岩石导热系数测试方法比较
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傅里叶导热定律
优 点
设备简单，价格适 中，精度较高，试 样尺寸小。 准确度最高，可标 定基准样品，校准 其他仪器。
缺 点
准确度不如热板法
适用范围
固体绝缘材料、 聚合物墓复合材 料、高分子材料 干燥固体绝缘、 聚合物复合、高 分子材料
傅里叶导热定律
仪器昂贵，试样尺 寸较大
圆管法
热线法 闪光法 瞬变热 平面法
分类
Hot Disk 热常数分析仪
稳态法 与 瞬态法 比较
原 理 稳 态 法 优 点 缺 点 适用范围 低导热系 数材料 稳定传热过程 原理清晰 测试时间 中，传热速率 准确、直接 长； 等于散热速率。 温区较宽 对环境要 求苛刻 利用测试样品 测试时间短 需要通过 的温度分布随 对环境要求 计算间接 时间的变化关 低 得到导热 系，计算得出。 系数
4、热线法
优点：价格便宜、测量速度快，对样品尺寸
要求不太严格。
缺点：误差较大（5%~10%） 适用范围：干燥材料、含湿材料；导热系
数小于2W/m· K 的各向同性均质材料
分类
5、闪光法
原理：
激光或 氙灯光
热源闪照试样表面热响应多元函数拟合热 扩散系数导热系数
5、闪光法
2、保护热板法
Байду номын сангаас
优点：公认准确度最高，多采用双试件结构，标定
基准样品，校准其他仪器。
缺点：仪器昂贵，试样尺寸较大(直径100mm，厚
度10mm)
适用范围：干燥固体绝缘材料、聚合物复合材料、
高分子材料
分类
3、圆管法 原理：根据长圆筒壁一维稳态导热原理直接
测定单层或多层管绝热结构导热系数。
优点：试样小、测试周期短、温度范围宽。 缺点：求得热扩散系数，还需要用另外的仪
器测定试样的比热和密度。
适用范围：0.05~2000 W/（m· K），绝缘材
料，金属材料。
分类
6、瞬态平面热源法
探头 原理：该法采用柔性覆铜箔线路制备的加热 样品夹持器
及热敏元件作为探头。将探头贴在待测材料的 表面，给探头加热后，由于材料表面的温升与 HotDisk主机 导热系数存在一定的关系，通过多元函数对试 样表面温度的响应进行拟合后便可计算出材料 的导热系数。
试样中置入热线。 测量热线温度变化 与时间的关系。 激光或氙灯光照射 多元函数拟合 热扩散系数
加热热敏元件探头，测定时间短，对材 温升与导热系数关 料无损伤，厚度无 系曲线拟合。 关，多点同测。
汇报完毕，敬请批评指正
参考文献
[1]彭浩,樊栓狮,黄犊子. 瞬变平面热源法测定常压下四氢呋喃水合物的导热系数[J]. 化学通报,2005,(12). [2]唐酞峰. 圆管导热系数测试方法研究[J]. 攀枝花学院学报,2005,(3). [3]李保春,董有尔,. 热线法测量保温材料的导热系数[J]. 中国测试技术,2005,(6). [4]李建伟,葛岭梅,徐精彩,文虎. 松散煤体导热系数测定实验[J]. 辽宁工程技术大学学报,2004,(1). [5]崔其山. 综合导热系数及其计算[J]. 石油化工设备,2004,(6). [6]陈立有,池红岩,朱奎,陈雷. 稳态法测不良导体导热系数实验装置的改进[J]. 大学物理实验,2003,(4). [7]冯毅,梁满兵,. 稳态平板导热系数测定仪的误差分析[J]. 广州化工,2006,(1). [8]肖衡林,吴雪洁,周锦华,. 岩土材料导热系数计算研究[J]. 路基工程,2007,(3). [9]葛山,尹玉成,. 激光闪光法测定耐火材料导热系数的原理与方法[J]. 理化检验(物理分册),2008,(2). [10]柏松，周忙来，史希玉. 稠油导热系数测定仪的研究[J]. 石油大学学报(自然科学版),1994,(1). [11]徐宜发. 非稳态法与准稳态法测量热系数[J]. 推进技术,1994,(1). [12]王振国，戴自祝. 用热流计式导热仪测定导热系数[J]. 化学建材,1995,(3). [13]高相斌,刘晓燕,邵丽君. 平板法及圆管法绝热材料导热系数测试[J]. 油气田地面工程,2002,(4). [14]公维平,刘英义. 多孔材料有效导热系数的试验研究[J]. 山东电力高等专科学校学报,1999,(2). [15]彭担任,赵全富,胡兰文,王钦福,贺本军. 煤与岩石的导热系数研究[J]. 矿业安全与环保,2000,(6). [16]徐强. 液体导热系数的瞬态双热线测量[D]. 重庆大学,2006. [17]张先来,饶保林. 保护热流计法测定固体电绝缘材料的导热系数[C]. 2007年全国绝缘材料与绝缘技术专题 研讨会论文集.2007
前言
导热系数:表征物质导热能力大小的物理量，是在没有流 体流动的稳定状态下，单位时间内、单位温度梯度通过单 位截面积所传递的热量。λ ，W/（m· K）。 热力开采稠油注蒸汽（热水）岩石、流体温度升高 热损失 岩石的热物性参数 有效热效应（油藏升温程度、受热范围、泄油区弹性能 量等） 注蒸汽条件下，油藏岩石导热系数是热采工艺设计、开发 方案计算及油藏工程研究中必不可少的基础参数。
瞬 态 法
高导热系 数或高温 条件下的 测量
分类
1、热流计法
原理：一维稳态导热原理。
在导热现象中，单位时间内通过 给定截面的热量，正比例于垂直 于该界面方向上的温度变化率和 截面面积，而热量传递的方向则 与温度升高的方向相反。
依据傅里叶导热定律，通过公式：
式中: k为仪表常数; q为热流量; δ为试样厚度; Δt=t1-t2(t1>t2)为温差。
傅里叶导热定律
用于材料的预制、 定型时可简化设计 计算过程。
价格便宜、测量速 度快，对样品尺寸 要求不太严格。 试样小、测试周期 短、温度范围宽。
自动控制装置复杂，可以弯曲成管状， 测试成本高，测试 管道绝热材料。 时间长。
误差较大 （5%~10%） 还需要用另外的仪 器测定试样的比热 和密度。 未标准化，准确度 较低。 干燥材料、含湿 材料；导热系数 小于2W/m· K 0.05~2000 W/ （m· K），绝缘 材料，金属材料。 干燥或含湿均质 各向同性材料； 液体；
缺点：保持测试段的温度场为一维，自动控制装置
复杂；测试成本高；测试时间长。
适用范围：可以弯曲成管状；包裹于加热圆管外
侧；管道绝热材料。
分类
4、热线法 原理：在试样中置入一根热线。测试时，在
热线上施加一个恒定的加热功率，使其温度上 升。测量热线本身或平行于热线一定距离上的 温度变化与时间的关系即可计算出导热系数。
式中：Q———通过绝热材料的热量，W； d2———绝热材料外表面直径，m； d1———绝热材料内表面直径，m； t2———绝热材料外表面温度，℃； t1———绝热材料内表面温度，℃； l———绝热材料的有效长度，m。
3、圆管法
优点：用于材料的预制、定型时测试条件与实际使
用条件很接近，从而简化设计计算过程。
电脑 马弗炉 油浴
6、瞬态平面热源法
优点：测定时间短；对材料无损伤；无需取样，可
直接测定成型工件；试验结果与试样厚度无关，测定 极薄制品。可以同时测定多个测量点的导热系数。
缺点：准确度和精确度尚有待商榷，尚未标准化。
适用范围：干燥或含湿均质各向同性材料；液体；
原 理 热流计 法 保护热 板法
1、热流计法
优点：设备简单，价格适中，精度较高，试样尺寸
较小。
缺点：保护热流计法的准确度不如保护热板法。
适用范围：比较适合一般固体绝缘材料、聚合物
墓复合材料、高分子材料热传导性能的测定。
分类
2、保护热板法 原理：根据热传导的傅里叶定律，在一维稳态导热
时，其数学表达式为：
式中: △S--垂直于热流线的截面面积 △Q--单位时间通过△S的热 t，即热流t λ--导热系数 dT/d--温度梯度
优 点
设备简单，价格适 中，精度较高，试 样尺寸小。 准确度最高，可标 定基准样品，校准 其他仪器。
缺 点
准确度不如热板法
适用范围
固体绝缘材料、 聚合物墓复合材 料、高分子材料 干燥固体绝缘、 聚合物复合、高 分子材料
傅里叶导热定律
仪器昂贵，试样尺 寸较大
圆管法
热线法 闪光法 瞬变热 平面法
分类
Hot Disk 热常数分析仪
稳态法 与 瞬态法 比较
原 理 稳 态 法 优 点 缺 点 适用范围 低导热系 数材料 稳定传热过程 原理清晰 测试时间 中，传热速率 准确、直接 长； 等于散热速率。 温区较宽 对环境要 求苛刻 利用测试样品 测试时间短 需要通过 的温度分布随 对环境要求 计算间接 时间的变化关 低 得到导热 系，计算得出。 系数
4、热线法
优点：价格便宜、测量速度快，对样品尺寸
要求不太严格。
缺点：误差较大（5%~10%） 适用范围：干燥材料、含湿材料；导热系
数小于2W/m· K 的各向同性均质材料
分类
5、闪光法
原理：
激光或 氙灯光
热源闪照试样表面热响应多元函数拟合热 扩散系数导热系数
5、闪光法
2、保护热板法
Байду номын сангаас
优点：公认准确度最高，多采用双试件结构，标定
基准样品，校准其他仪器。
缺点：仪器昂贵，试样尺寸较大(直径100mm，厚
度10mm)
适用范围：干燥固体绝缘材料、聚合物复合材料、
高分子材料
分类
3、圆管法 原理：根据长圆筒壁一维稳态导热原理直接
测定单层或多层管绝热结构导热系数。
优点：试样小、测试周期短、温度范围宽。 缺点：求得热扩散系数，还需要用另外的仪
器测定试样的比热和密度。
适用范围：0.05~2000 W/（m· K），绝缘材
料，金属材料。
分类
6、瞬态平面热源法
探头 原理：该法采用柔性覆铜箔线路制备的加热 样品夹持器
及热敏元件作为探头。将探头贴在待测材料的 表面，给探头加热后，由于材料表面的温升与 HotDisk主机 导热系数存在一定的关系，通过多元函数对试 样表面温度的响应进行拟合后便可计算出材料 的导热系数。
试样中置入热线。 测量热线温度变化 与时间的关系。 激光或氙灯光照射 多元函数拟合 热扩散系数
加热热敏元件探头，测定时间短，对材 温升与导热系数关 料无损伤，厚度无 系曲线拟合。 关，多点同测。
汇报完毕，敬请批评指正
参考文献
[1]彭浩,樊栓狮,黄犊子. 瞬变平面热源法测定常压下四氢呋喃水合物的导热系数[J]. 化学通报,2005,(12). [2]唐酞峰. 圆管导热系数测试方法研究[J]. 攀枝花学院学报,2005,(3). [3]李保春,董有尔,. 热线法测量保温材料的导热系数[J]. 中国测试技术,2005,(6). [4]李建伟,葛岭梅,徐精彩,文虎. 松散煤体导热系数测定实验[J]. 辽宁工程技术大学学报,2004,(1). [5]崔其山. 综合导热系数及其计算[J]. 石油化工设备,2004,(6). [6]陈立有,池红岩,朱奎,陈雷. 稳态法测不良导体导热系数实验装置的改进[J]. 大学物理实验,2003,(4). [7]冯毅,梁满兵,. 稳态平板导热系数测定仪的误差分析[J]. 广州化工,2006,(1). [8]肖衡林,吴雪洁,周锦华,. 岩土材料导热系数计算研究[J]. 路基工程,2007,(3). [9]葛山,尹玉成,. 激光闪光法测定耐火材料导热系数的原理与方法[J]. 理化检验(物理分册),2008,(2). [10]柏松，周忙来，史希玉. 稠油导热系数测定仪的研究[J]. 石油大学学报(自然科学版),1994,(1). [11]徐宜发. 非稳态法与准稳态法测量热系数[J]. 推进技术,1994,(1). [12]王振国，戴自祝. 用热流计式导热仪测定导热系数[J]. 化学建材,1995,(3). [13]高相斌,刘晓燕,邵丽君. 平板法及圆管法绝热材料导热系数测试[J]. 油气田地面工程,2002,(4). [14]公维平,刘英义. 多孔材料有效导热系数的试验研究[J]. 山东电力高等专科学校学报,1999,(2). [15]彭担任,赵全富,胡兰文,王钦福,贺本军. 煤与岩石的导热系数研究[J]. 矿业安全与环保,2000,(6). [16]徐强. 液体导热系数的瞬态双热线测量[D]. 重庆大学,2006. [17]张先来,饶保林. 保护热流计法测定固体电绝缘材料的导热系数[C]. 2007年全国绝缘材料与绝缘技术专题 研讨会论文集.2007
前言
导热系数:表征物质导热能力大小的物理量，是在没有流 体流动的稳定状态下，单位时间内、单位温度梯度通过单 位截面积所传递的热量。λ ，W/（m· K）。 热力开采稠油注蒸汽（热水）岩石、流体温度升高 热损失 岩石的热物性参数 有效热效应（油藏升温程度、受热范围、泄油区弹性能 量等） 注蒸汽条件下，油藏岩石导热系数是热采工艺设计、开发 方案计算及油藏工程研究中必不可少的基础参数。
瞬 态 法
高导热系 数或高温 条件下的 测量
分类
1、热流计法
原理：一维稳态导热原理。
在导热现象中，单位时间内通过 给定截面的热量，正比例于垂直 于该界面方向上的温度变化率和 截面面积，而热量传递的方向则 与温度升高的方向相反。
依据傅里叶导热定律，通过公式：
式中: k为仪表常数; q为热流量; δ为试样厚度; Δt=t1-t2(t1>t2)为温差。
傅里叶导热定律
用于材料的预制、 定型时可简化设计 计算过程。
价格便宜、测量速 度快，对样品尺寸 要求不太严格。 试样小、测试周期 短、温度范围宽。
自动控制装置复杂，可以弯曲成管状， 测试成本高，测试 管道绝热材料。 时间长。
误差较大 （5%~10%） 还需要用另外的仪 器测定试样的比热 和密度。 未标准化，准确度 较低。 干燥材料、含湿 材料；导热系数 小于2W/m· K 0.05~2000 W/ （m· K），绝缘 材料，金属材料。 干燥或含湿均质 各向同性材料； 液体；
缺点：保持测试段的温度场为一维，自动控制装置
复杂；测试成本高；测试时间长。
适用范围：可以弯曲成管状；包裹于加热圆管外
侧；管道绝热材料。
分类
4、热线法 原理：在试样中置入一根热线。测试时，在
热线上施加一个恒定的加热功率，使其温度上 升。测量热线本身或平行于热线一定距离上的 温度变化与时间的关系即可计算出导热系数。
式中：Q———通过绝热材料的热量，W； d2———绝热材料外表面直径，m； d1———绝热材料内表面直径，m； t2———绝热材料外表面温度，℃； t1———绝热材料内表面温度，℃； l———绝热材料的有效长度，m。
3、圆管法
优点：用于材料的预制、定型时测试条件与实际使
用条件很接近，从而简化设计计算过程。
电脑 马弗炉 油浴
6、瞬态平面热源法
优点：测定时间短；对材料无损伤；无需取样，可
直接测定成型工件；试验结果与试样厚度无关，测定 极薄制品。可以同时测定多个测量点的导热系数。
缺点：准确度和精确度尚有待商榷，尚未标准化。
适用范围：干燥或含湿均质各向同性材料；液体；
原 理 热流计 法 保护热 板法
1、热流计法
优点：设备简单，价格适中，精度较高，试样尺寸
较小。
缺点：保护热流计法的准确度不如保护热板法。
适用范围：比较适合一般固体绝缘材料、聚合物
墓复合材料、高分子材料热传导性能的测定。
分类
2、保护热板法 原理：根据热传导的傅里叶定律，在一维稳态导热
时，其数学表达式为：
式中: △S--垂直于热流线的截面面积 △Q--单位时间通过△S的热 t，即热流t λ--导热系数 dT/d--温度梯度