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1、第14卷第3期山东建材学院学报Vol.14,NO.32000年9月JOURNALOFSHANDONGINSTITUTEOFBUILDINGMATERIALSSep,2000文章编号:1002-3046(2000)03-0258-03多层复合材料导热系数测定方法的研究王教方,岳贤军,宋淑珍,孙平(山东建材工业学院数理系,济南250022)摘要:导热系数是多种材料的一个重要参数。在实际应被测材料上、下表面的温度分别为T1、T2(T1>用中,正确地测定和估算某些多层复合材料的导热系数,具T2)。这时傅立叶方程可写为:有重要的意义。本文中从单一材料的导热系数测定公
2、式着T1-T2手,得出了带附着层的复合材料导热系数的计算公式,并通ΔQ=κ×s×Δth过实验进行了验证。由此又引出了某些不定形材料(如粉hΔQ状)导热系数的测定方法和公式,最后得出了多层不同的复κ=×(2)s(T1-T2)Δt合材料导热系数的估算公式,并通过实例进行了计算。式中,ΔQ/Δt为被测材料的传热速率。关键词:复合材料;导热系数;热阻利用导热系数测定仪配合热电偶和电位差计可+中图分类号:O552.422文献标识码:A测出系统达到稳态导热时材料上、下表面的温度T1、T2及散热盘在T2附近的散热速度,由(2)式可导热系数是多种复合材料、尤其是保温材料的
3、算出材料的导热系数κ〔3〕。一个重要参数,一般书籍和文献中给出的都是某种2带附着层的复合材料导热系数测定单一材料的导热系数,在实际应用中,通常是多种材2.1带附着层的复合材料与单一材料导热系数之料的复合,如给某种材料加上保护层(我们称为带附间的关系着层),或把几种材料根据定型和加固的需要而拼合在实际应用中,多数材料一般需要在两侧加上在一起(我们称多层复合材料),这时其总的导热效保护层或定性层(称为带附着层)。其带附着层的复果是几种不同材料共同作用的结果。怎样测定和计合材料导热系数κ′与单一材料导热数κ、κ0之间的算它们的等效导热系数呢?我们通过研究和实验,
4、关系如下:提出几种测定和计算方法,相信这在实际应用中会设附着层材料的导热系数为κ0,厚度分别为有一定的使用价值。δ1、δ2(δ1+δ2=δ),中间主体材料的导热数为κ,厚1单一材料导热系数的测定度为h-δ,截面均为S(如图1)。当系统处于稳定导热时,设上、下两附着层表面温度分别为T1、T2,应用稳态法测定某种材料导热系数的原理是根中间材料上、下接触面的温度分别为T1′、T2′。据傅立叶定律,其数学方程是:dQ=-κ×gradT×ds×dt(1)其中dQ为垂直ds面元方向上、在dt时间内传递的热量,gradT是沿ds面元法向的温度梯度,κ是被测材料的导热系数
5、。“-”表示传热方向与温度梯度方向相反。图1将被测材料做成厚度为h,截面积为s的平板,由传热学知:对一维稳态导热,由于温度变化是置于测量仪器中。当被测系统达到稳态导热时,如连续的,所以热传导是连续的,热流密度等于恒量,即q=ΔQ/SΔt=恒量。结合傅立叶方程得收稿日期:2000-06-19第一作者简介:男,1947年生,高级实验师。T1-T1′T1′-T2′q=κ0×=κ×=δ1h-δ第3期王教方,等:多层复合材料导热系数测定方法的研究259T2′-T2T1-T2块在竖直方向处于稳态导热时,如果上、下表面的温κ0×=κ′δ2h度仍为T1、T2(T1>T2)
6、,那么,由于试块内部无热解之得源,所以试块自上而下传递的总热量ΔQ是中间部hh-δδ=+(3)分(图3(a))传递的热量ΔQ中与四周保护层(图3κ′κκ0(b))传递的热量ΔQ侧之和(侧面绝热)。κ0κ′(h-δ)即κ=(4)即ΔQ=ΔQ中+ΔQ侧,设中间部分的等效导热系数κ0h-κ′δ为κ′,结合傅立叶方程可得:κκ0h或κ′=(5)κδ+κ0(h-δ)T1-T2T1-T2κ″××s×Δt=κ′××(s-s′)×在实际应用中,如已知附着层的导热系数κ0,hhT1-T2要测某一种材料的导热系数κ,可先按图1作好样Δt+κ0××s′×Δth品,再用导热系数测
7、定仪测出κ′,从而由公式(4)得即κ″s=κ′(s-s′)+κ0s′到被测材料的导热系数κ;对于类似图1的复合材料,如已知κ0和κ,可利用(5)式计算出该复合材料的导热系数κ′。为了验证公式(5)的正确性,我们用两块1.6mm厚的橡胶板和8.4mm厚的水泥珍珠岩试块图2做成了图1的模型,进行了重复实验,在测定仪上测出了该复合材料的平均导热系数κ″,并利用公式(5)计算出理论值κ′(见表1)。由表1可以看出:测出的κ″与用公式计算的κ′二者是比较接近的,其最大误差不大于5%。表1公式计算与测出的数值比较κ0κh/mmδ/mmκ′κ″Δκ″/κ′0.460.0
8、4211.63.20.05270.05424.7%说明:(1)公式
