用热线法测定粮食的导热系数

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导热系数的检测方法有哪些

导热系数的检测方法有哪些

导热系数的检测方法有哪些?导热系数是表征材料热传导能力的重要物理参数,是工程材料尤其是窑炉材料的热物理特性之一。

在研究和开发新型耐火材料时,研究人员都很重视导热系数这项技术指标,并在冶金工程材料、建筑中作为选择材料的重要依据之一。

所以,准确测定材料的导热系数至关重要。

导热系数是指在稳定传热条件下,1m厚的材料,两侧表面的温差为1度(K,°C),在1秒内,通过1平方米面积传递的热量,用k表示,单位为瓦/(米•度),w/(m•k)(W/m•K,此处的K可用℃代替)。

目前国内测定耐火材料导热系数通常采用平板法和热线法。

但这两种方法均存在测量精度不高,测量范围较窄等不足。

导热系数方法有:激光闪光法和稳态热流法激光闪光法1961年,Parker等开始了利用激光脉冲技术测量材料的热物理性能的研究,由于这种技术具有测量精度高、测试周期短和测试温度范围宽等优点,得到广泛的研究和应用,经过不断发展和完善,目前激光闪射法已经成为一种成熟的材料热物理性能测试方法。

激光闪射法是目前世界上最先进的材料热物理性能测试方法之一,欧美各国的大部分热扩散数据就是用该方法测定的。

本文介绍的激光闪射法导热系数测定方法是通过直接测量材料的热扩散系数、比热容、密度来计算材料的导热系数。

举例石墨纸测试程序:1) 试样的制备:由于耐火材料多为含颗粒原料的材料,具有明显的非均质性和方向性,因此试样的制备对测定结果影响很大,要严格控制试样的直径、厚度和两个端面的平行度。

典型试样为直径为12.7mm或者25.4mm的圆形试样;2) 试样的处理:为了减少耐火材料对激光脉冲的反射,并增加试样表面对激光脉冲能量的吸收,测试前可以在待测试样的两面均匀喷涂石墨涂层。

石墨涂层可以阻止激光射线和可观察波长段热辐射的穿透,在高温阶段能够抵抗激光脉冲的加热而不融化和蒸发,并且不与试样产生反应;3) 试样的安装与测定:试样经过上述步骤的处理后,即可放入仪器中进行测试。

食品导热系数的测量

食品导热系数的测量

导热系数测试案例
食品导热系数的测量
为防止食品变质,食品的冷藏、保鲜一直以来都是规模化食品产业的重要研究方向,无论是生产加工,还是运输、贮藏,食品从源头到用户手中的任何流通环节所涉及到的设备的设计计算,都需要考虑到食品的热传导。

食品的热传导过程,是非常复杂的传热、传质过程,其模拟计算都离不开热物性数据,导热系数更是其中一个必不可少的物理量。

此外,随着微波技术的发展,对于冷藏食品的解冻、回温、复热和干燥等传热计算方面的需求也日益增多,被加热食品的比热、导热系数、介电常数和介电损失等,也是微波二次加热理论研究的基础数据。

微波加热效果包括食品微波加热后的温度分布、质构变化等,直接影响食品的品质。

食品的热物性,如比热、导热系数,影响食品中的热扩散速度,进而影响加热效果,因此,研究食品的热物性是研究微波加热效果的关键之一。

食品材料的导热系数不仅与其组分、密度有关,还与其温度、均匀性等因素有关。

目前用于食品材料导热系数的测定方法主要有稳态法和非稳态法。

平板法、同心球法等稳态方法因需要很长的平衡时间,在此期间,食品材料会产生水分变化而引起导热系数改变,使结果误差很大,不适用于水分含量较大的食品。

常用的食品导热系数测试方法包括热线法、探针法。

用TC3000测量了室温下牛骨头的导热系数,并与文献数据进行比较,证明了数据的可靠性。

表1. 牛骨头的导热系数测试结果
*:参考数据:肉、肉松及骨头的热物性数据计算,荣玉珊, 郭金岑, 王莅, 胡萍,食品科学,1997 Vol. 18 (7): 3-6
更多关于瞬态热线法和仪器设备的介绍,详见固体导热系数仪。

热线法测量导热系数

热线法测量导热系数

热线法测量导热系数1.导热系数测定原理热物性是物质在受热过程中表现出来的属性一般都用宏观的方法研究与测热物性测定的一个共同特点是人为地安排一个热过程,然后对热过程进行测所直接测量的物理量有温度、时间、长度、质量、电流、电压等,再根据一关系式计算出热物性,因而热物性测定属于间接测定。

导热系数是物质重要物性参数,其测定方法的研究是通过建立适当的物理模型,根据热量传递理行数学分析,导出直接测量的物理量与导热系数之间的关系,并借助于误差,指导改进试验方案的设计和提高导热系数测定值的精度[1]。

对所有材料而言,凡是能为下式(傅立叶导热方程式)的特解提供所需边界条件的任何仪器,都可测定导热系数。

式中,ρ为密度,c 为比热容,z y x λλλ、、分别对应x 、y 、z 方向上的导热系数。

对于各向同性的介质,方程简化为由推测的温度分布随时间的变化函数关系计算出热扩散率,然后再根据热容确定导热系数λ。

对于各种导热系数的测定方法,概括起来就是确定一个导热过程的物理模型,并导出描述这一过程规律的微分方程,求在一定单值条件下微分方程的解,在实验中要满足这些条件,最后将测量结果带入微分方程的解中,进而求得微分方程中的物性参数λ的值。

2 导热系数测定方法在实际工程中,各种固体材料的导热系数相差很大,其变化范围从与已知气体一样低的数值到比气体的导热系数高几个数量级。

对于高电导率余属,可以观测到其导热系数是相当之高。

因而在实际导热系数λ的测试研究中,必须应用各种极为不同的方法来测量各种不同固体材料的导热系数。

由于物理模型、实验方案及实验装置的不同,有许多导热系数的测定方法,如果按照热流状态分,可分为稳态法和非稳态两大类,也有两者结合的综合法,详述如下。

稳态法是在待测试样上温度分布达到稳定后进行实验测量,其分析的出发点是稳态导热微分方程。

这种方法的特点是实验公式简单,实验时间长,需要测量热流量和若干点的温度。

在稳态法中将直接测量热流量的方法称为绝对法,通过测量参比试样的温度梯度,间接测定热流量的方法称为比较法。

用热线法测定粮食的导热系数

用热线法测定粮食的导热系数
W h n t em os u ec n e to i e o ggr i o g u i o src h n y u 2 8 wa . ~ 2 . ,t e m a o — e h it r o t n fm l d l n — an n n l tn u ie Z o g o 1 s6 6 l O 1 h r lc n
U n e o m e p r t r n e tm o s u e c n e t7 9 ~ 2 . ,t he ma o d c i iy c a g d w ih n t h d r r o t m e a u e a d wh a it r o t n . O 4 he t r lc n u tv t h n e t i h
0 0 2 6 0 1 6 6w / m ・℃ ).Th r l o d c ii e f h i e e t id f r i s r i e e t i wa ih . 8 ~ . 1 ( e ma e n u t t s edf r n n so an edf r n : t sh g — v i o t f k g we f e l d ln — r i o g u io sr e u o ri a o ia r e o v r tdd ' c a g i nf a t mo g ri mi e g g an n n l t u i ,b tlwe n j p n c i ;h we e ,i int h n e sg i c n l a n n l o n c c i y
技 有 限公 司 , 南 郑 州 Nhomakorabea 4 00 ) 5 0 1
40 5 ; .国家 粮食 局科 学 研 究 院 , 京 10 3 ; .郑 州 同创 科 50 2 2 北 007 3

导热系数测试原理

导热系数测试原理

导热系数测试原理导热系数是衡量物质导热性能的重要参数,其测试原理有多种。

本文将对其中常见的几种测试原理进行介绍,包括稳态法、非稳态法、热线法、保护热流法和瞬态热平面法。

一、稳态法稳态法是最经典的导热系数测试方法,其原理基于热传导的稳态条件。

在该条件下,物体的温度分布达到稳定状态,不再随时间变化。

测试时,将样品置于两个平行的加热元件之间,通过加热元件对样品进行加热。

当热量在样品内部传导达到稳态时,测量加热元件的温差和传热面积,并根据傅里叶定律计算导热系数。

稳态法的优点是原理简单、准确度高,适用于各种材料的导热系数测试。

二、非稳态法非稳态法与稳态法不同,其基于热传导的非稳态条件。

在非稳态条件下,物体的温度分布随时间变化。

非稳态法测试时,通过对样品进行快速加热或冷却,使样品内部的温度分布处于动态变化状态。

通过测量样品内部的温度随时间的变化规律,并根据相关公式计算导热系数。

非稳态法的优点是测试时间短、对样品尺寸要求低,适用于某些难以达到稳态条件的材料。

三、热线法热线法是一种特殊的导热系数测试方法,其原理基于一维导热模型。

测试时,将一根细长的热线(通常是镍或铂)置于待测样品中,并对其通电加热。

热线与样品之间发生热交换,导致热线温度发生变化。

通过测量热线的电阻变化和加热电流,结合热线的几何尺寸和材料属性,可以计算出待测样品的导热系数。

热线法的优点是测试精度高、对样品尺寸要求低,适用于薄膜和纤维等细小样品的导热系数测试。

四、保护热流法保护热流法是一种适用于测量松散颗粒材料导热系数的测试方法。

其原理是将待测样品填充在一个容器中,并在容器的底部放置加热元件。

通过测量加热元件的温差和传热面积,结合传热方程和已知的热物性参数(如颗粒密度和比热容),可以计算出样品的导热系数。

保护热流法的优点是可以测量松散颗粒材料的导热系数,且测试操作相对简单。

五、瞬态热平面法瞬态热平面法是一种利用激光脉冲瞬时加热样品的导热系数测试方法。

稻谷导热系数的测定研究

稻谷导热系数的测定研究

ten0 0 2 ~0 16 m。C wt i m ea r h g gf m 6 5 5 0 ℃ .ie n pdy ae w e .8 6 .16W/ o h t t p r uecai o .1t 3 .3 Dfr t ad rt i s e t n n r o e vi y
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3 .郑 州同创科技 有 限公 司 , 河南 郑 州 400 ) 501

瞬态热线法测量导热系数及误差分析

瞬态热线法测量导热系数及误差分析

很小的范围内, 甚至可以忽略不计。
2 测量装置工作原理 瞬态热线法是一种用于测量流体( 包括液体、气体) 导
热系数的方法, 具有速度快、精度高的特点。由于瞬态热线
法测量液体和气体的导热系数时, 测量时间极短, 能够成功 避免自然对流的影响, 且热线既作加热器又作温度计, 免去
了复杂的装置结构, 所以是目前公认最精确的方法之一。
r 4
2
t
)
( 6)
E1( x ) 为指数积分, 由下式求得:
E1( x) =
0 x
e
-
y
y
dy
=
-
- 1nx + 0( x 2)
( 7)
式中, 是欧拉常数( 其值为 0 5772157 ) 。当线源
的半径为 r0, 假定 r = r 0 处, 线源表面与液体具有相同的
温度
T
(
r
0,
t)
,
且4r
2
t
电桥, 如图 1。通过稳压电源给 Wheatstone 电桥突然加电 压, 热线在电压的作用下温度 T 随时间上升, 而热线的电
阻 Rw 又随温度的上升而增加, 那么由电桥电压 Vb 就能
14
计量 与测试技术 2011 年第 38 卷第 5 期
得出温度T 与时间 t 的关系。
Rw = ( Vb + R3i 2) / i 1
IH
54 7 54 9 54 4 54 7 54 9 54 7 54 8
VL
52 8 52 6 53 53 1 53 1 52 9 53 3
IL
56 5 56 7 56 8 57 57 1 57 3 57 5
( 2) 控制器单点接触性能测试见表 5。

采用热线法的高温粉体材料导热系数自动测试仪

采用热线法的高温粉体材料导热系数自动测试仪

中华测控网文章编号:1671-4598(2009)05-1010-03中图分类号:TP274.2 文献标识码:A采用热线法的高温粉体材料导热系数自动测试仪金 鹏1,方 清2, 林 峰1,张文超1(1.辽宁石油化工大学 信息与控制工程学院,辽宁 抚顺 113001;2.上海市医疗器械检测所,上海 200070)摘要:利用matlab 对系统进行辨识、建模和降维后得到电阻炉的模型,然后依据该模型进行仿真寻优确定采用单片机模糊PID 控制程序控制电阻炉的温度,进而使系统快速升温后保持所需初始恒温;在此初始恒温基础上利用热线通以恒流产生一个阶跃温度激励信号,系统自动采集该阶跃响应信号,并求取导热系数;采用模糊PID 控制算法,缩短了测试周期,提高导热仪的测试效率,由于选择虚拟仪器平台,提高了测量处理的自动化和智能化程度;经试验证明,应用此测试仪可较大提高高温粉状材料的导热系数的测试精度与效率。

关键词:导热系数;温度控制;电阻炉;虚拟仪器Automatic Test Instrument for Measuring Thermal Conductivity ofHigh Temprature Powder Material With Heat Wire MethodJin Peng 1, Fang Qing 2, Lin Feng 1, Zhang Wenchao 1(1.College of Information and Control Engineering, Liaoning University of Petroleum & Chemical Technology, Fushun 113001,China; 2.State Drug Administration Shanghai Centre for Medical Equipment Quality Supervision and Testing,Shanghai 200070,China)Abstract: The author will apply Matlab to the system identi fi cation,dimension reduction and modeling cf resistance furnace model, then using SCM fuzzy Pid algorithms to control the temperature of furnace based on the model simulation, then rapid warming, make sisterm to maintain constant temperature. Produce a step-temperature incentive signal in this initial temperature. The collection system automatically step response signals, and to strike a thermal conductivity. Due to fuzzy Pid algorithms, the test cycle will be shorten and the thermal ef fi ciency of the testing instrument will be improved. As the choice of virtual instrument platform, the measurement automation and intelligence will be improved. The results of the tests show that the accuracy and ef fi ciency of tests for high-temperature thermal conductivity can be improved .Key words: thermal conductivity coef fi cient; temperature control; resistance furnace; virtual instrument0 引言导热系数是表征物质热传导性质的物理量,材料结构的变化与所含杂质的不同对导热系数值都有明显的影响。

平行热线法在电热管导热系数测量中的应用

平行热线法在电热管导热系数测量中的应用

平行热线法在电热管导热系数测量中的应用1. 引言1.1 引言导热系数是材料导热性能的重要参数,对于电热管这种较为常见的热传导装置而言,其导热系数的准确测量具有重要意义。

平行热线法是一种常用的导热系数测量方法,其原理简单,操作方便,得到的结果准确可靠,因此在电热管导热系数测量中得到了广泛的应用。

本文将通过对平行热线法和电热管导热系数测量原理的介绍,探讨平行热线法在电热管导热系数测量中的应用,并通过具体的实验步骤和结果分析,展示该方法的有效性和可靠性。

通过这些内容,我们可以更加深入地了解电热管导热性能的特点,帮助我们在工程实践中更好地设计和选择合适的电热管,提高热传导效率,提升设备性能。

最终,我们将在结论中总结本文的研究成果,为相关领域的研究和应用提供有益的参考。

2. 正文2.1 平行热线法简介平行热线法是一种常用的导热系数测量方法,其原理是通过在导热样品上产生一对平行热线,通过测量热线之间的温度差和导热样品的几何参数,可以计算出导热系数。

这种方法在实验上操作简单,测量精度高,因此被广泛应用于材料导热性能的研究中。

在平行热线法中,热线通常由金属电阻丝或半导体材料制成,通过电流加热来产生热源。

热线的长度和直径决定了热源的大小和形状,而热线之间的距离则影响了热量传递的路径和速度。

通过精确控制这些参数,可以实现对导热系数的准确测量。

除了导热系数的测量,平行热线法还可以用于研究材料的热传导特性和热阻的变化规律。

通过分析热线间的温度分布和热传导路径,可以深入了解材料的导热机制和热阻的影响因素,为材料设计和性能优化提供重要参考。

2.2 电热管导热系数测量原理电热管导热系数测量原理是通过平行热线法来实现的。

在进行测量前,首先需要了解导热系数的定义,即单位时间内单位面积上温度梯度为单位长度时,导热物质内热量通过的能力。

电热管导热系数测量原理是利用电热管在通电时产生热量,通过测量不同位置的温度变化来计算导热系数。

在实验中,首先需要将电热管放置在被测物质中,通电使其发热。

稻谷导热系数的测定研究

稻谷导热系数的测定研究

稻谷导热系数的测定研究金文;张来林;李光涛;朱庆芳;叶明;王永军【摘要】采用热线法检测粮食的导热系数,在室温条件下,稻谷的导热系数值随物料的水分增加、温度上升而增加;当籼稻中优218在6.57%~20.08%水分范围内,导热系数的变化范围为0.0998~0.1223 W/m·℃;当广东早籼在6.51~35.03℃温度范围内,导热系数的变化范围为0.0826~0.1166 W/m·℃.稻谷品种不同,导热系数值不同;籼稻的导热系数大于粳稻的导热系数.【期刊名称】《粮油食品科技》【年(卷),期】2010(018)002【总页数】3页(P1-3)【关键词】稻谷;热线法;导热系数【作者】金文;张来林;李光涛;朱庆芳;叶明;王永军【作者单位】河南工业大学,粮油食品学院,河南,郑州,450052;河南工业大学,粮油食品学院,河南,郑州,450052;国家粮食局科学研究院,北京,100037;河南工业大学,粮油食品学院,河南,郑州,450052;河南工业大学,粮油食品学院,河南,郑州,450052;郑州同创科技有限公司,河南,郑州,450001【正文语种】中文【中图分类】TS210.1在粮食储藏、干燥和加工的过程中,经常要了解物料的热特性,而导热系数是粮食热特性中最为重要的基本参数,是研究粮食通风降温、冷却干燥机理、控制冷却时间及干燥效率的重要参数[1-2],也是粮食加工工艺设计如制粉、压榨、混合以及烘烤中不可缺少的重要依据。

文章通过自制热线法测定仪检测稻谷的导热系数,为及时了解粮食在储藏期间的基本变化规律、减少储藏期间的粮食损失、提高储粮稳定性等提供科学依据[1]。

1.1 实验材料中优218:湖南常德产,水分6.6%~20.1%;广东早籼:广东产,水分12.1%;辽新1号:辽宁盘锦产,水分 12.9%;晚籼 527:湖北钟祥产,水分12.7 %;宁夏粳稻:宁夏产,水分13.5%。

1.2 实验仪器DGG-9030BD型电热恒温鼓风干燥箱:上海森信实验仪器有限公司;AB304-S型电子分析天平(精度0.1 mg)METT LER TOLREDO;恒温恒湿培养箱:德国BINDER公司,控温范围-40~180℃;粮情测控系统:郑州同创科技有限公司;自制热线法导热系数测定仪。

热线法测量导热系数

热线法测量导热系数

热线法测量导热系数1.导热系数测定原理热物性是物质在受热过程中表现出来的属性一般都用宏观的方法研究与测热物性测定的一个共同特点是人为地安排一个热过程,然后对热过程进行测所直接测量的物理量有温度、时间、长度、质量、电流、电压等,再根据一关系式计算出热物性,因而热物性测定属于间接测定。

导热系数是物质重要物性参数,其测定方法的研究是通过建立适当的物理模型,根据热量传递理行数学分析,导出直接测量的物理量与导热系数之间的关系,并借助于误差,指导改进试验方案的设计和提高导热系数测定值的精度[1]。

对所有材料而言,凡是能为下式(傅立叶导热方程式)的特解提供所需边界条件的任何仪器,都可测定导热系数。

式中,ρ为密度,c 为比热容,z y x λλλ、、分别对应x 、y 、z 方向上的导热系数。

对于各向同性的介质,方程简化为由推测的温度分布随时间的变化函数关系计算出热扩散率,然后再根据热容确定导热系数λ。

对于各种导热系数的测定方法,概括起来就是确定一个导热过程的物理模型,并导出描述这一过程规律的微分方程,求在一定单值条件下微分方程的解,在实验中要满足这些条件,最后将测量结果带入微分方程的解中,进而求得微分方程中的物性参数λ的值。

2 导热系数测定方法在实际工程中,各种固体材料的导热系数相差很大,其变化范围从与已知气体一样低的数值到比气体的导热系数高几个数量级。

对于高电导率余属,可以观测到其导热系数是相当之高。

因而在实际导热系数λ的测试研究中,必须应用各种极为不同的方法来测量各种不同固体材料的导热系数。

由于物理模型、实验方案及实验装置的不同,有许多导热系数的测定方法,如果按照热流状态分,可分为稳态法和非稳态两大类,也有两者结合的综合法,详述如下。

稳态法是在待测试样上温度分布达到稳定后进行实验测量,其分析的出发点是稳态导热微分方程。

这种方法的特点是实验公式简单,实验时间长,需要测量热流量和若干点的温度。

在稳态法中将直接测量热流量的方法称为绝对法,通过测量参比试样的温度梯度,间接测定热流量的方法称为比较法。

热线法测量食品热导率的实验研究 2001

热线法测量食品热导率的实验研究 2001
λ= q ln(τ 2 / τ 1 ) 4π T2 − T1
(8)
2 和图 3 分别为热线法导热系数测量仪测得的某种食 品材料热导率的温度-时间图和温度-时间对数图 食
由此可见 当探针插进食品材料后 经一段过渡 期后 温度 T 和时间 ln 的对数出现线性关系 据此直线的斜率就可求出食品材料的热导率 3 实验设备与方法 实验设备采用的是上海理工大学低温与食品冷冻 研究所研制的热线法导热系数测量仪 其测试系统结 构如图 1 所示 其中加热丝材料采用康铜 绕制成的 加热丝长度为45mm 稳压电源可调 即加热功率可调 根
西瓜 0.6084 0.6060 0.39
2001,Vol.22,No.1
29
实测值 0.5177 0.5508 0.5762 0.6084 0.6178
*含水量指食品中水的质量分数
数据来自文献[3]
品材料的热导率的求法为在温度 - 时间对数图中取其 线性最佳的线段进行拟合 求拟合后直线的斜率 根 据 8 式就可相应求出所测的食品材料的热导率 4 食品材料热导率的估算方法 由于食品材料一般都是多组分系统 所以根据食 品材料的组分及各组分的热物理性质 来估算食品材 料的热物理性质 在工程上有着重要的应用 但这些 估算方法并不是对所有的食品都适用 对于具体的某 种食品也可能还会有较大偏差 这是因为食品材料的 热物理性质不仅与其组分 主要是含水量 温度有 关 而且还与食品的结构 水和组分的结合情况等有 关[1] 在食品处理应用过程中 还常需要根据食品材料 中水的质量分数来对食品材料的热导率进行估算 目 前常用的几种估算方法有[1] =0.26+0.34 Backstrom 1965年 9 =0.056+0.567 Bowman 1970 年 10 =0.26+0.33 11 =0.148+0.493 12 上述公式只将热导率表达成与含水量的关系 实 际还应和食品中的其它组分 如蛋白质 脂肪 碳水 化合物等 有关 而这些组分的 值又会和它们的化 学 物理状态有关 因此一些不同的计算式之间的偏 差是很大的 上述关系并不适用于多孔的疏松的食品 因为多孔性食品的热导率和空隙度有很大关系 有时 影响比含水量的影响还大 我们将上述食品材料的热导率实测值与用上面 9 12 式的计算值一起列于表 1 进行比较 5 实验结果讨论 5.1 食品材料热导率的实测值与计算值的关系

热线法测导热系数原理

热线法测导热系数原理

热线法测导热系数原理导热系数是描述材料导热性能的重要参数,它反映了材料在单位时间内传导热量的能力。

为了准确测定材料的导热系数,科学家们提出了多种方法,其中热线法是一种常用且有效的测量方法。

热线法是通过在材料中引入一个加热元件和一个测温元件,利用热传导原理来测量材料的导热系数。

具体而言,热线法通过在材料中夹入一个细长的电热丝或热电偶作为加热元件,然后再夹入一个测量温度的热电偶作为测温元件。

当电热丝通电时,会在材料中产生一条热线,热量会沿着热线方向传导,并逐渐散布到周围的材料中。

在热线法测量中,首先需要根据热传导原理建立热传导方程。

根据传热学基本原理,热量在导热体中的传导可以用傅立叶热传导方程来描述。

傅立叶热传导方程是一个二阶偏微分方程,其中包含了导热系数、温度分布和热源分布等物理量。

通过求解这个方程,可以得到具体的温度分布情况。

为了简化热传导方程的求解过程,热线法通常采用一维传热假设。

在一维传热假设下,假设材料的导热性能沿热线方向是均匀的,即导热系数在整个材料中是恒定的。

这样,热传导方程可以简化为一维热传导方程,进一步简化了求解的过程。

根据热线法的原理,当电热丝通电后,测温热电偶可以测量到热线附近的温度变化。

通过测量不同位置的温度,可以得到不同位置处的温度梯度。

根据热传导方程,温度梯度与导热系数之间存在一定的关系。

通过测量温度梯度和施加的电热丝功率,可以计算出材料的导热系数。

热线法测量导热系数的过程中,需要注意一些实验条件的控制。

首先,加热元件和测温元件的位置应该合理选择,以确保能够准确测量到材料表面处的温度梯度。

其次,加热功率的选择也需要合适,过高的功率可能导致材料的温度过高,影响测量结果的准确性。

此外,环境温度的变化也可能对测量结果产生一定的影响,需要在实验过程中进行控制。

总结起来,热线法测量导热系数的原理是利用热传导原理,在材料中引入加热元件和测温元件,通过测量温度梯度和施加的功率来计算导热系数。

第2章 热线法测量原理

第2章  热线法测量原理

第2章 热线法测量原理2.1 热线法测量原理热线法基于常物性、均质、具有相同初始温度的无限大介质,在受到恒定线热源作用时,根据非稳态导热过程测量材料热导率和热扩散率的热物性测量方法。

现热线法已经被广泛应用于各种低热导率、颗粒状材料和多孔材料的热物性测量,成为我国测量非金属材料标准之一(GB/T 10297-1998)。

2.1.1 热线法基本假设热线法理想模型的基本假设[25,26]:(1)热线无限长;(2)热线自身的热容量为零;(3)热线的半径无限小具有零截面积;(4)被测试样的热物性与时间、温度和温度梯度无关为常数;(5)被测试样无限大,均匀连续,各向同性;(6)热线与被测试样完全接触,热传递只有热传导。

2.1.1 热线法数学模型瞬态热线法测量原理是基于无限大非稳态导热模型,假设模型已经满足上面的基本假设,被测试样均匀初始温度为T 0,热导率为λ,热扩散率为a ,密度为ρ,比热容为c 。

加热热线放在被测试样的几何中心并与z 轴重合,其长度为l ,恒定线功率为q l (W·m -1)。

在时间t=0 s 时,打开开关加热热线开始通电升温,忽略热量想热线轴向的传播,并令0T T θ-=,则可以建立一维瞬态导热微分方程:∞<<>∂θ∂+∂θ∂=∂θ∂r 0,0t )rr r (a t 22 (2-1)边界条件和初始条件: ∞==θ==∂θ∂πλ-===θr ,0)t ,r (r r ,const r r 2q 0t ,0)t ,r (00l (2-2)式中r 为柱坐标中的坐标值,r 0为加热热线的径向坐标值。

对时间t 进行拉普拉斯变换进行求解,解的温升为:)at4r (E 4q )t ,r (21l πλ=θ (2-3) 式中)x (E 1为积分指数函数:∑⎰∞=---γ-==1k kk 0x y 1k !k x )1()x ln(dy y e )x (E (2-4) 式中γ=0.5772157…,是欧拉常数。

热线法在导热系数测量中的应用

热线法在导热系数测量中的应用
图 1 测试装置示 意图 Fig. 1 Scheme of measuring unit
图 2 测量探头示 意图 Fig. 2 Scheme of measuring probe
34
物理测试
第 23 卷
/ ( W m- 1 K- 1 )
表 1 导热系数的 测量结果 Table 1 Measured thermal conductivity
1 热线法的测试原理
热线法的基本原理是在实验材料中间, 放置一 根细长的金属加热丝( 即所谓的∀ 热线#) 。加热丝温
度升高的速度与实验材料的热物理参数有关。设实
验材料为均值、常物性、具有初始均匀温度的无限大
介质, 其导热系数为 、导温系数为 、比热为 c 、密
度为 !、金属加热丝为无限长的线热源。并且与 Z 轴重合, 热丝 单 位长 度 上 的加 热 功率 为 q。 当 时
3 用 O rigin 7. 0 处理分析数据
本实验数据处理的关键是直线拟合。最小二乘 法直线拟合是处理实验数据常用的方法, 主要内容 包括: ( 参数估计。 ) 评价变量的相关程度。 ∗ 估
计拟合变量以及直线方程参数的方差或标准差。 + 若被测量的是斜率与截距之比, 还应估计出比值的 标准差。一般来说, 全部计算上述内容的工作量较 大, 手工计算不仅繁琐, 且误差较大。
同时进行直线拟合, 求出拟 合直线的 斜率, 即得到
A , 就可以按式( 9) 计算出导热系数 。本实验采用
Or
ig
in
7.的值。
2 测试装置
热线法测定装置如图 1 所示, A、B 点距试样边 缘的距离最好在 10 mm 左右, 距测温热电偶的距离 应不小于 60 mm。电源 选用稳定的直流 稳流电源 ( 输出值的变化小于 0 3% ) ; 电流表和电 压表的精 度都为 1/ 1 000; 测温仪测量热线升温的分辨力不低 于 0 02 。测量探头由热线和焊在其上的热电偶 组成, 如图 2 所示。

导热系数(热线法)检测方案

导热系数(热线法)检测方案

导热系数(热线法)检测方案1 检测方案目的本检测方案是为了规范非金属固体材料的导热系数(热线法)的检测。

2 适用范围本标准适用于导热系数小于2W/(m·K)的各向同性均质非金属固体材料导热系数的测定,不适用于导电的非金属材料(如碳化硅)。

3 编制依据GB/T 10297-2015《非金属固体材料导热系数的测定热线法》4 使用设备导热系数使用设备:热线法平板导热仪5 试验方法5.1 试验环境5.1.1 在室温下测定时,用隔热罩将试样与周围空间隔离,减少周围空气温度变化对试件的影响。

在高于或低于室温条件下测定时,试样与测量探头的组合体应放在加热炉或低温箱中。

5.2 样品制备5.2.1 试样为两块尺寸不小于40mm×80mm×114mm的互相叠合的长方体或为两块横断面直径不小于80mm,长度不小于114mm的半圆柱体叠合成的圆柱体;5.2.2 试样互相叠合的平面应平整,其不平度应小于0.2%,且不大于0.3 mm,以保证热线与试样及试样的两平面贴合良好。

对于致密、坚硬的试样,需在其叠合面上铣出沟槽,用来安放测量探头。

沟槽的宽度与深度必须与测量探头的热线和热电偶丝直径相适应。

用从被测量试样上取下的细粉末加少量的水调成粘结剂,将测量探头嵌粘在沟槽内,以保证良好的热接触。

粘好测量探头的试样,需经干燥后方能测试,有面层或表皮层的材料,应取芯料进行测量。

5.3 试样干燥处理欲测定干燥状态的导热系数,应将试件在烘箱中烘至恒重,然后用塑料袋密封放入干燥器内降至室温(一般需8h)。

待试件中内外温度均匀一致后,迅速取出,安装测定探头,在2h内完成测定工作。

5.3.1 粉末状和颗粒材料对粉末状和颗粒材料的测定,使用两个内部尺寸不小于80 mm×114 mm×40 mm的盒子。

其下层是一个带底的盒子,将待测材料装填到盒中,并与其上边沿平齐,然后将测量探头放在试样上。

上层的盒子与下层的内部尺寸相同,但无底。

热线法测量材料热导率

热线法测量材料热导率

2
=
q
4πλt
e
-
r 4 at
(2)
式 (2) 表明 :试件内的电阻丝 , 在 t = 0 时 , 突然通一
下电流 (脉冲) 加热 ,此一瞬间热丝放出的热量 ,用单
位长度热丝在单位时间内发出的热量 q 表示时 , 在
试件内引起沿径向距热线表面的距离为 r 处 , 单位
时间的温度变化. 式中 ,热丝单位长度单位时间的发
4 结论
在 SHT - 20 热物性自动测量仪上 ,可以实现用
热线法测量材料的热导率. 实验测得纸质发泡天花 板的热导率比较小 ,说明此材料用于隔热 、隔音 、保 温效果都比较好.
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
大学物理 ,2005 ,24 (2) :27228.
Thermal conductivity measurement by thermal line method
YAN G Zhen2ping1 ,WEI Sha2sha2
(1. Sout hwest University of Science and Technology , Mianyang , Sichuan 621002 , China ; 21 Nort h China Coal Medical College , Tangshan , Hebei 063000 , China)
SHT - 20 热物性自动测量仪 ,是利用平面热源 加热 、为瞬态测量材料的热扩散系数 、热导率等热物 理性质而研究发展起来的一种新型热物性快速测量 仪器[1 ] . 我们对测量装置略作改动后 , 用热线法测 量了干燥纸质发泡天花板等材料的热导率 , 测量结 果与脉冲法测量和文献[2 ]给出的数据基本一致.

导热系数的测定方法

导热系数的测定方法

导热系数的测定方法
导热系数是描述物质传热性能的物理量,常用的测定方法有以下几种:
1. 平板法:将待测物质制成平板样品,在样品两侧施加一个恒定的温度差,通过测量样品两侧的温度分布来计算导热系数。

2. 热线法:通过将一根加热丝放入待测物质中,使其在一定时间内以恒定功率加热,同时测量加热丝的温度和待测物质的温度分布,从而计算导热系数。

3. 横向热流法:将待测物质制成长方体样品,样品两侧施加不同温度的热源,通过测量样品两侧的热流量和温度差来计算导热系数。

4. 热平衡法:将待测物质制成试样,放置在稳定的温度环境中,测量试样的表面温度,根据表面温度的变化率和试样的尺寸参数来计算导热系数。

5. 热梯度法:简单地说就是测量物质中的温度差别,通过测量物质内部的温度梯度和加热面的功率,来计算导热系数。

这些方法根据不同的实验条件和样品特点选择适合的测定方法,以获得准确的导热系数数值。

同时,也可以利用计算机模拟和数值方法来推算导热系数。

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122010,No.7收稿日期:2010-01-28;修回日期:2010-06-03基金项目:国家粮食局科学研究院,基本科研业务费专项ZX0708作者简介:张来林(1955-),男,教授,粮油储藏技术与仓储工艺设计。

用热线法测定粮食的导热系数张来林1,李岩峰1,毛广卿1,曹 阳2,郭 漾3,朱庆芳1(1.河南工业大学粮油食品学院,河南郑州 450052; 2.国家粮食局科学研究院,北京 100037; 3.郑州同创科技有限公司,河南郑州 450001)摘 要:采用热线法测定了小麦、稻谷的导热系数。

室温条件下,小麦水分在719%~2014%的状态下,导热系数的变化范围为011420~011627W/(m #e ),并且与水分呈正线性相关;温度在5196~33133e 时,导热系数的变化范围为011336~011605W/(m #e )。

籼稻中优218水分在616%~2011%时,导热系数的变化范围为010998~011223W/(m #e );广东早籼在6151~35103e 时,导热系数的变化范围为010826~011166W/(m #e )。

不同品种粮食的导热系数不同,籼稻的导热系数大于粳稻的导热系数,但不同品种小麦的导热系数值变化范围不大。

关键词:粮食;热线法;导热系数中图分类号:T S210.1 文献标识码:A 文章编号:1003-6202(2010)07-0012-05Deter mination of thermal conductivity of grain by ho-t wire methodABSTRACT:T he t hermal conduct ivity of wheat and paddy rice w as measured by hot -w ire met hod in this paper.U nder room temperat ure and wheat moist ure cont ent 7.9%~20.4%,the thermal conduct ivity changed w it hin the range of 0.1420~0.1627W/(m #e )and had a posit ive linear correlat ion w it h moist ure cont ent.At a t empera -t ure of 5.96~33.33e ,t he t hermal conductivit y changed within t he range of 0.1336~0.1605W/(m #e ).When t he moisture cont ent of milled long -grain nonglut inous rice Zhongyou 218was 6.6%~20.1%,thermal con -ductivity changed w ithin the range of 0.0998~0.1223W/(m #e ).When t he temperat ure of Guangdong early -season milled long -grain nonglutinous rice was 6.51~35.03e ,thermal conductivit y changed w it hin t he range of 0.0826~0.1166W/(m #e ).T hermal conduct ivities of the dif ferent kinds of grains w ere different:it was high -er in milled long -grain nonglutinous rice,but lower in japonica rice;how ever,it didn't change signif icant ly among dif ferent w heat variet ies.KEYWO RDS :grain;hot -wire met hod;thermal conductivity导热系数是粮堆的基本热物理特性之一,它表明粮食传递热量的能力,是研究粮堆通风降温、控制冷却时间、粮食干燥计算及干燥过程的计算机模拟以及粮食储藏过程中吸收或放出热量等传热计算及干燥效率的重要基础数据之一[1~2],也是粮食加工过程,如制粉、压榨、混合以及烘烤中不可缺少的重要设计依据。

每年有大批粮食需要依据湿热传递原理,采用通风与干燥的手段,解决粮食水分超标、温度高的问题,达到控制害虫、保持粮食品质的安全储藏目的[3]。

因此,为及时了解在储藏期间粮堆内部湿热传递的基本规律,减少粮食损失,需掌握粮食的热物理特性。

影响物料导热系数的因素较多,通常只能用实验方法确定。

目前测定导热系数的方法主要有同心圆筒法、平板法、瞬态热线法和热探针法。

试验表明,热线法较适用于固体物料,尤其是用于测定松散材料和高含水率农业物料的导热系数[1]。

本实验根据粮食的结构特点,对现有的热线法进行改进,使用自制热线法测定仪检测小麦、稻谷等粮种的导热系数,取得了较好的结果。

1 热线法的测定原理与测定仪111 热线法的测定原理根据非稳态法传热学理论,若假定在固体介质粮食仪器/中存在一个理想的无限细且无限长的线形热源,则该线热源在单位时间和单位长度上的发热量是一个定值。

在该线热源作用下,线热源本身及周围温度将上升,而线热源温度上升的快慢将取决于其周围介质导热系数的大小。

因此通过测定线热源的升温速率,即可根据下列公式计算出介质的导热系数。

K =q ln (t 2t 1)4P (H 2-H 1),式中,K 为导热系数,W/(m #e );q 为每米长度热线在单位时间内输入的热量,W/m;t 1、t 2分别为测定时间,s;H 1为在时间为t 1时测得温度,e ;H 2为在时间为t 2时测得温度,e 。

112 热线法的测定仪市场现有测定导热系数的仪器较多,但不适合粮食热物理参数的测定。

为此专门设计了热线法粮食导热系数检测仪[4],该装置不仅操作简便,而且检测精度高,还解决了粮食导热系数测定时存在的电热丝中心定位难与不能绷紧等难题。

导热系数测定仪主要由稳压电源、镍铬热丝、数字温度传感器、测试筒(见图1)、测控系统主机等部分组成。

尤其在测试筒的结构设计上采取:¥穿过筒体的上、下封盖安装在筒体内的电热丝与筒体共轴线,电热丝下端通过三爪卡头固定在试验筒体的下封盖上,其上端通过张紧机构固定在筒体顶部U 形连接杆的提梁上,既解决了电热丝在试验筒中心的定位,又避免了因加热或环境温度变化时电热丝不能绷紧的难题。

¦设置在电热丝中部的测温元件和在筒内壁中部均布的三个测温元件,以弥补电热丝的安装偏置而带来的检测数据上误差。

§上封盖由封盖座和两个半圆板构成和整个测试筒外加保温隔热套的设计结构,既方便检测物料的装填,又可避免环境温度变化对检测数据测量误差的影响。

1.三爪卡头2.下封盖3.电热丝4.筒体5.测温元件6.U 形连接杆7.上封盖8.张紧机构图1 热线法测定仪的测试筒2实验材料和方法211 实验材料本次实验粮种为小麦、稻谷,如表1所示。

表1 实验粮食的品种和特性粮种品种产地水分/%小麦小麦9843北京719~2014鲁麦1号山东郓城县1210烟农21山东荣成1113小麦211北京1514稻谷中优218湖南常德616~2011广东早籼广东1211辽新1号辽宁盘锦1219晚籼527湖北钟祥1217宁夏粳稻宁夏1315212 实验仪器DGG-9030BD 型电热恒温鼓风干燥箱,上海森信实验仪器有限公司;M ET TLER T OLREDO AB304-S 型电子分析天平(精度011mg );恒温恒湿培养箱,德国BINDER 公司,控温范围-40~180e ;粮情测控系统,郑州同创科技有限公司;自制热线法导热系数测定仪。

213 样品的制备先按照ASABE 标准(2007)中的整粒法[5]测定样品小麦9843的初始水分为20142%、稻谷中优218的初始水分为2011%,再依据水分含量预设定20%、17%、14%、11%和8%等5个干基水分梯度。

最后将试验粮种用双层自封袋密闭,分别放置于设定好温度(5、10、15、20、25、30、35e )的恒温培养箱中,恒温24h 后,取出样品进行实验。

214 导热系数的测定步骤按图2所示安装好实验装置,然后将粮食样品用漏斗自然装入测试筒内,要求漏斗口距离测试筒上端5cm,保证装料的均匀性。

盖好上封盖,连接电源线、温度信号线,最后在测试筒上加上隔热罩,减少外界空气对试件的影响。

在做好检测仪器的准备工作后,打开电子测温系统,待计算机上所显示的温度稳定后,对测试筒内的电热丝通电加热,电热丝周边的粮食吸收热量并沿径向朝周围散热,测温元件传输粮温随时间变化的信息,与此同时计算机开始记录测试筒中心的电阻丝温度(H )和其对应时间(t )的数据,每间隔60s采集一次数据。

11稳压电源2.镍铬热丝3.被测物料4.测试筒5.温度传感器6.测控主机图2导热系数测定仪示意图215 数据处理所得数据用EXCEL 、SAS 等软件处理,按1.1热线法测定原理中的公式计算粮食导热系数。

3 结果分析311 导热系数与实验粮种水分含量关系实验测定了4组小麦、5组稻谷水分的导热系数,得出的导热系数与水分的关系见图3、图4。

从图3、图4可知,在室温条件下,导热系数随着水分的增加呈线性增长,当小麦水分在719%~2014%时,其变化范围为011420~011627W/(m #e );稻谷中优218水分含量在616%~2011%时,其变化范围为010998~011223W/(m #e )。

为在测量范围内获得粮食导热系数和水分含量关系的数学模型,检测数据经处理得到回归方程:y 麦=011296+010017x 、R 2=019658,y 稻=01083+010019x 、R 2=019908。

除小麦的检测结果与龚红菊研究资料[6]不太相符外,本次实验利用热线法测定的粮食导热系数结果与其它文献报道的数值较为接近,均在表2文献报道的范围之内,由此说明自制的测定装置能够准确测定粮食的导热系数[3、7~10]。

表2 文献报道的试验粮种的导热系数粮种品种水分/%温度/e导热系数/W #(m #e )-1文献小麦硬麦912)0114027红色硬质冬小麦1318~1616)011813~0120163红色硬麦121531~36011281~0113677红色硬麦141026~33011367~0114197红色硬麦231027011501~0116017红色软质冬小麦1316~1617)011678~0118893白色软麦0168~2013)011170+010011M *8稻谷短粒稻1115~2317)011000+010011M *7中粒稻1010~2010)010866+010013M *7早稻华航一号810~141028~30010741+010024M *9武育粳3号615~1918)010936+010006M *10注:*表示线性回归方程,M 代表水分含量,%。

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