热线法测量材料热导率
用热线法测定粮食的导热系数
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。
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。
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。
热传导的实验研究材料的热导率与传热速率
热传导的实验研究材料的热导率与传热速率热传导是热能在物质中传递的过程，它在众多的工程应用和科学研究中起着重要的作用。
了解材料的热导率和传热速率对于设计高效的热传导设备以及解决传热问题非常关键。
本文将介绍一些常用的实验方法和材料测量热导率以及传热速率的技术。
一、材料的热导率实验测量材料的热导率是指单位时间内通过单位面积的热量传递量与温度梯度之比。
常见的热导率实验测量方法主要有热板法、热线法和热流计法。
1. 热板法热板法是一种常见的测量材料热导率的方法。
实验中，将待测材料夹在两块热平衡的金属热板之间。
通过加热一个热板并保持另一块热板的温度恒定，可以通过测量温度差和加热功率来计算材料的热导率。
2. 热线法热线法也是一种常用的测量热导率的方法。
它使用一个细丝状的热源在待测样品中产生热，然后通过测量样品的温度分布以及热源功率来计算材料的热导率。
3. 热流计法热流计法是一种直接测量热导率的方法。
它利用热流计对待测材料施加一个恒定的热流，通过测量温度差和热流来计算材料的热导率。
这种方法适用于具有较高热导率的材料。
以上三种方法都有各自的优缺点，实验者在选择时需要考虑材料的特性以及实验条件。
二、材料的传热速率实验测量材料的传热速率是指热量在单位时间内通过单位面积的传递量。
常用的材料传热速率实验测量方法有传热系数测量法和热阻测量法。
1. 传热系数测量法传热系数测量法是一种常用的测量传热速率的方法。
实验中，将待测材料放置在热源和冷源之间，通过测量热源和冷源温度差以及给定的热流量来计算传热系数。
2. 热阻测量法热阻测量法是一种测量传热速率的方法。
实验中，将待测材料置于两个热平衡的热源之间，测量热源温度差和传热功率，通过计算热阻来得到传热速率。
传热速率的测量方法根据实际需求和实验条件进行选择。
综合来说，热导率和传热速率的测量方法多种多样，每种方法都有其适用的材料和条件。
在实验过程中，需要注意控制温度梯度和热平衡以确保测量结果的准确性。
凝胶导热系数测试方法
凝胶导热系数测试方法
凝胶导热系数测试方法主要有以下几种：
１．热线法。
通过添加金属针作为温度传感器，使用激光
功率计来测量热量传递，这种方法可以精确地测定材料在特定方向上的电导率。
如果热凝胶被用作散热器或电子设备的冷却剂时，可以使用此方法测试其导热性能。
２．面接触传热仪。
根据对流传热的经验公式，在氮氛条
件下控制平板间腔体的总发热量与上板接点面区域的流量相等，以保持上下板的恒温。
３．DSC（差示扫描热量分析）。
这是一种常用的表征物质在不同温度下的物态变化和相关转变的方法，从而间接获得材料的热传导值。
此外，还有石英晶体振动模式改变的热膨胀实验、通过有限元模拟技术进行分析预测等方法。
以上仅供参考。
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。
“热线法”测定气体热导率数据处理方法及origin软件应用的探究
“热线法”测定气体热导率数据处理方法及Origin 软件应用的探究张孝栋 夏雪琴 C09建环2班 651911 （浙江海洋学院，浙江 舟山 316000）摘要：在分析“热线法”测定气体热导率原理的基础上, 以干燥空气为例对其热导率进行了测量,用“线性外推法”进行数据处理，并用Orig in7.0软件对测量结果进行了数据分析,可快捷精确地获得测量结果。
关键词：“热线法”；热导率；“线性外推法”；Origin 7.0软件1、引言热导率是气体热学物性的重要参数，在气相色谱分析中，气体热导率这一热学性质被用来鉴别不同的气体。
测量气体热导率的基本方法是“热线法”。
为了减少气体对流传热的影响，实验测量必须在低气压下进行，然后通过“线性外推法”进行数据处理时，巧用“origin 7.0软件”作直线拟合，并对数据进行综合分析，能快速、准确得到实验结果，从而达到综合性的实验训练。
图1 FB-202气体热导率测定仪2、“热线法”测定气体热导率的原理[1][2]“热线法”采用如图1的FB-202气体热导率测定仪，它的基本原理是将待测气体置于沿轴线方向有一根钨丝的圆柱形容器内，并给钨丝提供一定的电流使其加热，即为“热线”，加热钨丝升高温度的速度与气体实验材料的热导率有关，从而测出气体的热导率。
T 2图2是测量室（盛放待测气体的容器）的示意图，假设钨丝的半径为r 1，测量室的内半径为r 2，钨丝的温度为T 1，长度为l ，室温为T 2。
距热源钨丝r 处取一薄层圆筒状气体层，设其厚度为dr ，长为l (表面积ΔS = 2πrl )，内外圆柱面的温差为dT ，每秒钟通过该柱面传输的热量为tQ ∆∆，依傅里叶定律2Q dT dTS rl t dr drλλπ∆=-⨯∆=-⨯∆ 图2 测量室的示意图它可改写为 2πQ dr ldT t rλ∆⨯=-⨯∆两边积分，得2211/2πr r r r Q dr r l dT t λ∆⨯=-∆⎰⎰ 则 2112ln(/)2π()Qr r l T T t λ∆⨯=-∆2112ln(/)2πQr r t l T T λ∆∆=⨯- (1)3、用“线性外推法”处理实验数据的理论依据3.1二项修正（1）钨丝的热辐射与电极棒的热损失修正：用测量值UI 减去P U I =真空真空真空 即为() 1.2Q UI U I t'∆=-⨯∆低真真 （2） （一般P 低取1×10-3mmHg ，但由于气压计制作原因，可取热丝电压小于5V 即可）。
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。
导热系数测试实验
T 为温度，t 为时间，a 为被测物质的热
扩散系数，a = λ /ρCp，λ 为被测物质的导 热系数，ρ 与Cp 分别为被测物质的密度和 定压比热容。
由上式可知，在 r = r0 处的热线温升与时间的对数成线性关系，因此 可以分别从ΔT~lnt 线性关系的斜率A 和截距B 得到导热系数和热扩 散系数，即：
3.操作步骤
3.1准备试样
对于块状或片状样品，需要准备两块相同材质的样品； 样品的最小厚度应大于0.3mm，最小边长大于2.5cm，即保证样品将传感器完 全覆盖，两块式样尺寸可不一致、边界可不规则； 需要保证样品与传感器的接触面尽量平整光滑。 3.2仪器连接 将USB借口连接至计算机； 将传感器连接器连接到测试主机后面面板的传感器端口上并旋紧；
2. 实验中测试的导热系数大小与什么因素有关？什么情况下测 试出的导热系数会偏小？
5. 实验样品
1. 固体：有机玻璃、硼玻璃、不锈钢 2. 液体：硝酸盐溶液
3. 粉体：LaNi0.4Fe0.6O3 (LNF)粉体
6. 数据处理
测出上述样品的导热系数
7. 思考题
1. 实验中外加电压和材料导热系数之间有什么联系？如何根据 实验前对材料导热系数的估值来选取合适的电压？
两块样品不得偏离传感器，确保样品和
传感器表面之间无空气间隙，以尽可能
减少接触热阻。
用配套的500g砝码压住试样和传感器。
4. 实验测量
启动Hotwire 3.0测量软件；
温度检测：点击“热平衡监测”按钮，监测被侧样品与传感器的温度，但温 度波动度小于±50mK/5分钟的时候，可以结束监测，进入导热系数测量； 导热系数测量：点击“导热系数测量”按钮，选择合适的测试条件，包括测 量电压、采集时间、连续采集次数和多次测量的时间间隔（常规默认即可）； 多次测量结束后，软件会自动计算出结果和多次测量的偏差，并展示在分析 界面上，可以导出数据或保存； 测量结束后，将样品回收，将传感器表面擦拭干净，收回保护套中； 关闭测量主机和电脑的电源，实验结束。
热线法测量润滑油的导热系数
热线法测量润滑油的导热系数
相比于固体，由于容易发生自然对流，液体的导热系数更难测量。
目前国际上公认的测量液体导热系数最好的方法为瞬态热线法。
TC3000L系列热线法导热系数仪专门针对液体导热系数的高精度测量，测量时间一般为1~2秒，可用于高精度测量气体和液体的导热系数，配合环境模块、压力模块等，其可以测量的温度和压力范围分别为240~470K和0~20 MPa。
利用TC3010L导热系数仪及相关环境模块，研究了某润滑油在不同温度下的导热系数，其中，中温-30~120度温区，采用中温液体环境模块和C3060高精度循环浴；高温100~200度温区，采用高温液体环境模块测量；同时，为了进行比较和验证，高温区与中温区测量点有重合(80度)。
采用升温测试，升温过程中注意阀门的开启，按照正常测试条件进行，获得如下实验结果；从中可以看到，随着温度的升高，润滑油的导热性能降低。
图1 某润滑油导热系数随温度变化曲线。
实验中热传导的测量与分析方法
实验中热传导的测量与分析方法热传导是热量从一个物体传递到另一个物体的方式。
在实验中，我们常常需要测量和分析热传导现象，以便深入了解热量传递的规律。
本文将介绍一些常用的热传导测量与分析方法。
一、瞬态方法瞬态方法是通过热量在物体内部的传递过程来测量热传导率。
其中最常用的瞬态方法是热板法和热线法。
1. 热板法热板法是通过在物体上放置热板，并测量热板、物体温度变化来计算热传导率。
实验中，我们首先将热板置于待测物体表面，然后通过加热或冷却热板来产生温度梯度。
通过测量热板和物体的温度变化，可以计算出热传导率。
2. 热线法热线法是利用电加热丝在物体内部产生热源，并测量温度的变化来求解热传导率。
实验中，我们将一根细长的电加热丝插入物体内部，然后通过控制电流来加热电加热丝。
通过测量电加热丝和物体上不同位置的温度变化，可以计算出热传导率。
二、稳态方法稳态方法是通过观察物体稳定状态下的温度分布来计算热传导率。
其中最常用的稳态方法是导热系数法和平板法。
1. 导热系数法导热系数法是通过测量不同材料的导热系数来计算热传导率。
实验中，我们将待测物体与已知热传导率的标准物体接触，然后通过测量两个物体之间的温度差来计算热传导率。
2. 平板法平板法是通过测量物体上不同位置的温度分布来计算热传导率。
实验中，我们将热源放置于物体一侧，并测量物体上不同位置的温度变化。
通过分析温度分布曲线，可以计算出热传导率。
三、红外热像法红外热像法是一种非接触式的测温方法，适用于测量不规则形状物体的热传导。
实验中，我们使用红外热像仪来测量物体表面的红外辐射温度，然后根据热传导原理来计算热传导率。
四、数值模拟方法数值模拟方法是通过建立热传导的数学模型，并使用计算机进行模拟来分析热传导现象。
实验中，我们可以使用有限元软件或其他数值计算方法来模拟物体内部的温度分布和热传导过程，从而得到热传导率的数值结果。
总结：以上介绍了实验中常用的热传导测量与分析方法，包括瞬态方法和稳态方法、红外热像法以及数值模拟方法。
测量热导率的实验装置与方法
测量热导率的实验装置与方法热导率是材料本身传导热量的能力，被广泛应用于热传导、材料科学、环境保护等领域。
测量热导率的实验装置和方法的研究是理解和评估材料热传导特性的关键。
一、传统测量方法1. 热板法热板法是一种常见的测量热导率的方法。
实验装置由两块具有平整热容和温度检测器的热板组成，其间放置待测材料。
通过在一侧加热并测量温度变化，可以计算得到材料的热导率。
这种方法广泛应用于建筑、材料等领域。
2. 热线法热线法是另一种测量热导率的传统方法。
实验装置由细长的导热丝组成，其中一段加热使其温度上升，另一段则用于测量温度。
通过测量导热丝上的温度差，可以计算得到热导率。
热线法适用于测量导电性较差的材料。
二、改进方法1. 瞬态热法瞬态热法是一种较新的测量热导率的方法。
它利用加热源瞬间加热材料，通过测量加热后温度随时间的变化，计算得到材料的热导率。
这种方法不受样品尺寸和形状的限制，适用于各种材料。
2. 红外热成像法红外热成像法是利用红外相机进行测量热导率的方法。
相机可以捕捉到材料上的热辐射，通过分析这些数据可以推导出材料的热导率。
这种方法适用于非接触的测量，如在建筑或电子元件的热管理中。
三、实验装置与方法为了准确测量热导率，实验装置的设计和方法的选择非常重要。
1. 实验装置实验装置应由导热性能较好的材料制成，以避免自身的传热对测量结果产生影响。
同时，装置的几何形状应保证热传导的均匀性，并减少边界效应的影响。
实验装置应配备温度传感器和控制系统，以精确测量和控制样品的温度。
2. 数据处理对于传统方法，可以利用热传导方程和实验数据进行计算得到热导率。
而对于瞬态热法和红外热成像法，需要进行更复杂的数值模拟和数据处理。
这些方法通常需要使用专业的软件来处理数据，并结合适当的数学模型，以得到准确的热导率值。
总结测量热导率的实验装置和方法是深入了解材料热传导性质的基础。
传统方法如热板法和热线法已经被广泛使用，但其仍有一些局限性。
航天隔热材料的热导率
航天隔热材料的热导率是指材料在温度梯度下导热的能力，其值越低，说明材料的隔热性能越好。
在航天领域，隔热材料的热导率对于保证飞行器在高温环境下的稳定运行至关重要。
航天隔热材料的热导率通常采用以下方法进行测试：
1. 稳态平板法：这是一种常用的测试方法，通过在两个平行平板之间建立稳定的温度梯度，测量单位时间内通过单位面积的热量来计算热导率。
2. 热线法：这种方法通过测量热线在材料中的传播速度来推算热导率。
热线法适用于导热性能较好的材料。
3. 热波法：热波法是一种基于热波传播速度的测试方法，适用于分析材料的热导率和热扩散系数等参数。
4. 激光闪变法：激光闪变法通过测量激光在材料中传播时的强度变化来计算热导率。
这种方法适用于薄型或半透明材料。
物理实验技术中的材料热性能测试方法与实验技巧
物理实验技术中的材料热性能测试方法与实验技巧引言：热性能测试是材料研究与工程应用中重要的实验技术之一。
通过对材料热传导、热膨胀、热导率等性能的测试，可以为材料的设计和应用提供重要的参考依据。
本文将介绍几种常用的材料热性能测试方法以及实验技巧，旨在帮助读者更好地理解和应用这些技术。
一、热传导测试方法与技巧热传导是材料热性能的基本特性之一，它描述了材料内部或表面的热量传递能力。
常见的热传导测试方法有热板法、热盘法和热流计法。
1. 热板法热板法通过在两个平行的热板之间放置待测材料，测量热板表面温度和传导热流量，从而计算材料的热传导系数。
在实验中，需要控制好热板的温差和传导面积，以确保测试结果的准确性。
此外，还需要考虑边界效应对结果的影响，可以采用保温材料隔离边界效应。
2. 热盘法热盘法是一种常用的非稳态热传导测试方法，它通过在一块平均加热的热盘上放置待测材料，测量材料及热盘表面的温度随时间的变化，从而计算材料的热传导特性。
实验中需要注意热盘的加热速率和材料的热容对测试结果的影响。
3. 热流计法热流计法是一种全流域方法，通过测量热流计中的电阻值变化来计算材料的热传导系数。
实验中需要考虑热流计的灵敏度和校准，以及材料的厚度和热接触的问题。
二、热膨胀测试方法与技巧热膨胀是材料在温度变化下体积或尺寸发生变化的现象。
热膨胀测试可以帮助研究人员了解材料的热稳定性和热应变特性。
常见的热膨胀测试方法有膨胀系数测试、膨胀热测试和差示扫描量热法（DSC）。
1. 膨胀系数测试膨胀系数测试是一种常用的静态热膨胀测试方法，通过测量材料在不同温度下的长度或体积变化，计算材料的线膨胀系数或体膨胀系数。
实验中需要注意温度的控制和测量的准确性，可以使用光栅测量解决测量的精度问题。
2. 膨胀热测试膨胀热测试是一种常用的动态热膨胀测试方法，通过测量材料在一定温度范围内的膨胀热曲线，了解材料在温度变化下的热应变特性。
实验中需要控制好加热速率和温度的测量，以获得准确的测试结果。
热线法测量食品热导率的实验研究 2001
（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
热导率的测量方法和影响因素
热导率的测量方法和影响因素热导率是描述物质传导热量能力的物理量，它在工程和科学领域中具有重要的应用价值。
热导率的测量方法和影响因素是热传导研究中的重要课题。
本文将介绍几种常见的热导率测量方法，并探讨影响热导率的因素。
一、热导率的测量方法1. 热板法热板法是一种常用的热导率测量方法。
它利用热板与待测物质接触，通过测量热板上的温度变化来计算热导率。
热板法适用于固体和液体的热导率测量，具有测量精度高、操作简便等优点。
2. 热线法热线法是另一种常见的热导率测量方法。
它利用热线与待测物质接触，通过测量热线上的温度变化来计算热导率。
热线法适用于固体和液体的热导率测量，具有测量范围广、灵敏度高等优点。
3. 横向热流法横向热流法是一种用于测量薄膜和涂层材料热导率的方法。
它利用热流在薄膜或涂层中的传导特性来计算热导率。
横向热流法适用于薄膜和涂层的热导率测量，具有非接触性、适用于高温材料等优点。
二、影响热导率的因素1. 温度温度是影响热导率的重要因素之一。
一般来说，温度升高会导致物质的热导率增加。
这是因为温度升高会使物质内部分子的热运动加剧，从而增强了热传导的能力。
2. 材料的物性材料的物性也是影响热导率的重要因素之一。
不同材料的热导率不同，这是由于材料的分子结构、原子间的距离等因素所决定的。
例如，金属材料的热导率通常较高，而绝缘材料的热导率较低。
3. 结构和形态材料的结构和形态也会对热导率产生影响。
例如，晶体结构的材料通常具有较高的热导率，而非晶态结构的材料热导率较低。
此外，材料的形态也会对热导率产生影响，例如，纳米材料通常具有较高的热导率。
4. 含气量和含水量材料中的气体和水分含量也会对热导率产生影响。
一般来说，含气量和含水量较高的材料热导率较低，这是因为气体和水分的热传导能力较差。
5. 压力压力是影响热导率的因素之一。
一般来说，压力增大会使物质的热导率增加。
这是因为压力增大会使物质的分子结构更加紧密，从而增强了分子间的热传导能力。
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。
用平行热线法测定含炭耐火材料热导率
用平行热线法测定含炭耐火材料热导率
张亚静;袁晓平
【期刊名称】《耐火材料》
【年(卷),期】1999(033)002
【摘要】１概述热导率是含炭耐火材料的一项重要物理性能指标，但含炭耐火材料热导率的测试比较困难，一是制品导电；二是在高温下容易氧化，需在惰性或还原性气氛中完成；三是其热导率较大。
２测试方法的确定耐火材料热导率的测量，按照原理划分为稳态和非稳态两种实验方法，具体...
【总页数】2页(P114-115)
【作者】张亚静;袁晓平
【作者单位】国家耐火材料质量监督检验测试中心;国家耐火材料质量监督检验测试中心
【正文语种】中文
【中图分类】TQ175.13
【相关文献】
1.用热线法测定气体热导率的仪器改进 [J], 卢锦杰;竺江峰;李雪梅
2.平行热线热导率试验方法在耐火材料的应用和发展 [J], 张亚静;朱惠良;王燕妮;高建荣;蔚晓敏;谭丽华
3.用涂层热线法测量含SiC耐火混合料的热导率 [J], 刘顺华;李长茂;耿兆强
4.平行热线法测定耐火材料导热系数的理论基础及技术 [J], 张亚静;余先彬
5.从废旧轮胎中获得的热解液和热解炭对MgO-C耐火材料热导率的影响 [J], 刘萍
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离和加热时间 ;θ( r , t ) 表 r 处 t 时刻的温升 , 即
θ( r , t) = T ( r , t) - T ( r ,0) ; a = λcρ为热扩散系数 , 其中 λ为试件材料的热导率 ,ρ为试件材料的密度 ,
c 是材料的比定压热容. 求解式 (1) ,得
dθ( r , t) dt
Abstract :The principle and met hod of t he t hermal conductivity measurement are discussed based on t he t hermal line met hod on SHT - 20 automatic measurement apparat us. And t he correspending result s is also given and analyzed.
[ 3 ] 霍尔曼 J P. 传热学 [ M ] . 马庆芳译. 北京 :人民教育出 版社 ,1981 :6.
[4 ] 周惠君 ,江洪建 ,胡立群等. 热波理论的应用 ———良导 热体热导率的动态法测量 [J ] . 大学物理 ,2006 ,24 (6) :
47249. [ 5 ] 郭建军 ,杨继先. 非平衡态气体内迁的热导率计算 [J ] .
y|
-
y2
1·1
!
+
y4
2·2
!
-
y6
3·3
!
+
…
可以证明 :当 y = r 足够小时 , 平方以上的项均 2 at
可略而不计. 这样 ,近似地就有
θ(
r,
t) ≈
-
q
4πλ
C
+ ln
2
r at
(6)
式中 , C = 01577 26 ,称为欧拉常数.
在加热升温过程中 , 在满足 y = r 足够小 2 at
∫ θ( r , t)
=
q
4πλ
t 0
2
1 t
e
-
r
4 at d
t
(4)
令 y = r ,式 (4) 可以改写成 2 at
∫ θ(
r,
t)
=
q
2πλ
∞ y
1 ey
2
y dy
(5)
为了计算式 (5) , 可以将被积函数展为级数 , 进行逐
项积分得到
收稿日期 :2005 - 11 - 07 ;修回日期 ;2006 - 12 - 07 基金项目 :西南科技大学校级教改资助项目 (2006) 作者简介 :杨振萍 (1960 —) ,女 ,江苏南京人 ,西南科技大学理学院副教授 ,主要从事近代物理教学与研究工作.
42
大 学 物 理
第 26 卷
参考文献 :
[ 1 ] 陈昭栋 ,舒维芬 ,陈芬 ,等. 在瞬态自动仪上用脉冲法测 量材料的热物理系数 [J ] . 物理实验 ,2002 ,22 (10) : 32 5.
[ 2 ] 沈韫元 ,白玉珍. 建筑材料热物理性能 [ M ] . 北京 :中国 建筑工业出版社 ,1981 :107.
摘要 :讨论在 SHT - 20 型热物性自动测量仪上 ,用热线法测量材料热导率的原理和方法 ,并给出了测量结果. 关键词 :SHT - 20 自动测量仪 ;热线法 ;热导率 中图分类号 :O 55113 文献标识码 :A 文章编号 :100020712 (2007) 07 20040203
第 26 卷第 7 期 2007 年 7 月
大 学 物 理 COLL EGE PH YSICS
Vol. 26 No. 7 J uly 2007
物理实验
热线法测量材料热导率
杨振萍1 ,魏莎莎2
(11 西南科技大学 理学院 ,四川 绵阳 621010 ; 21 华北煤炭医学院 ,河北 唐山 063000)
有关 :材料的导热性能差 ,温度升高快 ;材料的导热
性能好 ,电热丝的温度升高慢. 材料的热导率与电热
丝表面 (或材料中某点) 的温升关系 ,可以通过求解
无限长圆柱体的导热微分方程[3 ]
5θ( r , t) 5t
=a
52θ( r , t) 5 r2
+
1 r
5θ( r , t) 5r
(1)
求得. 式中 r , t 分别为试件中某点到热丝表面的距
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.
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
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.
- 20 热物性自动测量仪 ,实现了这种测量. 本文给
出热线法测量的一般原理和方法 ,并给出对干燥纸
质发泡天花板热导率的测量结果.
1. 1 理论推导
在均匀的大块材料中 ,放置一根长直细电阻丝 ,
当电阻丝中通以稳恒电流加热时 ,就构成了一个以
热丝为轴的长直圆柱体导热模型. 电热丝 (或试件中
某点) 的温度升高的快慢程度 ,与试件材料的热导率
线 ,同时记录表上开始记录测温时间和测得的相应温 度. 热线与环境温度二者应该重合. 当二者确实重合 时 ,即可按下加热开关开始测量. 开始加热测量的时 刻记为 t0. 以后 ,将看到随着时间的增加 ,环境温度保 持不变;而热丝的温度则不断升高. 待到热丝的温度 时间曲线有足够长的直线部分时 , 即可停止加热 , 结 束测量. 测量得到的温度时间曲线如图 1 所示.
317. 541
344. 025
4. 250
12. 967
235. 451
340. 025
321. 862
344. 275
4. 250
239. 775
340. 275
326. 181
344. 400
4. 125
244. 093
340. 525
330. 502
344. 650
4. 125
248. 414
的条件下 ,测出试件中某点 (也可以就选热丝中点)
处 ,在两个不同时刻的温度 θ( r , t1) 和θ( r , t2) , 求 出其温度的差值
Δθ=θ( r , t2) - θ( r , t1)
(7)
用式 (6) 代入 ,经整理即可得到试件材料的热导率
λ= 4πΔqθln
t2 t1 -
t0 t0
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第7期
杨振萍 ,等 :热线法测量材料热导率
41
θ( r , t)
=
-
பைடு நூலகம்
q
4πλ
C + ln|
1 测量原理
热线法瞬态测量材料的热导率 ,是指在大块均
匀材料中 ,放置一根长的 、能均匀恒定发热的直线供
热器 ,热量在垂直于热线的径向方向上传导 ,构成一
个理想的无限长圆柱体导热模型. 热线法瞬态测量
材料的热导率 ,适用于测量大块材料 、粉状材料 、颗
粒材料和纤维材料等工程材料[3 - 5 ] . 本实验用 SH T
表 1 干燥纸质发泡天花板热导率在室温下的测量数据
t 0/ s
t 1/ s
θ1/ K
t 2/ s
θ2/ K
Δθ/ K
222. 492
339. 275
308. 900
343. 775
4. 500
226. 811
339. 525
313. 221
343. 900
4. 375
231. 131
339. 775
图 1 天花板的温度时间曲线
3 测量数握
测量时 ,加热电流 I = 01448 A ,热丝的电阻和 长度分别为 8116 Ω 和 01311 0 m. 由此可以算出单 位时间内单位长度热丝上的发热量 q = 51266 W·m - 1 .
为满足理论近似条件 ,在温度 - 时间曲线的直 线部分 (即在记录数据序号数大约为 100 以后) ,取 相继的部分数据 ,记录处理如表 1.
(8)
式中的 t0是开始加热的时刻.
2 发泡纸质天花板热导率的测量
在自动测量仪中 ,打开直流稳流电源的电源开 关 ,预热仪器 ,启动计算机待用. 然后 ,在加热测量装 置中 ,放上大小为 100 ×200 ×300 mm3的干燥发泡纸 质天花板 (密度很小) ,在其上表面长度方向上的中轴 线处放置热线 ,并将仪器第三通道上的温差电偶的测 温端粘在热线中点表面 ,再覆盖上另一块同样的纸质 天花板. 打开 TAS 测量操作系统 ,开始测量. 鼠标双击 TAS 图标 ,调出测量主界面. 点击测量 按键 ,温度时间图上开始显示热线温度和环境温度曲