导热系数验证方案.doc

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1、DRPL-I导热系数测试仪测试导热系数验证日期:日期:编制:审批:江苏中设集团试验检测中心有限公司用DRPL-I导热系数测试仪测试导热系数验证确认一、概述DRPL-I导热系数测试仪基于稳态平板法测试原理，在热面加入稳定的热面温度，热量通过试样传递到冷面，测量传递的热流,再根据试样的厚度和传热面积可计算导热系数。二、验证目的为确认DRPL-I导热系数测试仪测试岩土材料导热系数结果的可靠性。三、验证依据1、《导热系数测试方法》Q/JZJC012、DRPL-I导热系数测试仪使用说明书四、验证方法A、样品的选取选取试样（土样编号G1-10）B、样品的制作试样制备按《土工试验方法标准》（GB/T50

2、123-1999）第3.1.4条的规定进行，其屮环刀直径按样品杯（辘料杯）的直径选取。将带有试样的环刀刃口向上对准样品环（塑料环），用透水板将试样压到样詁环内；在样詁环内土样两端面均匀地涂少量导热硅脂；C、样品的测试1、打开仪器电源开关（观察加热器温控表下显示框是否Stop闪动，否则按“▲”键,停止运行升温程序），开启电脑，启动DRPL导热系数测试仪程序。2、在程序主界而“设定温度”文本框小输入热而温度值45°C,按“确认设置”键，此时，加热温控表下显示框出现上显示框的数值与Stop交替闪动，否则重按“确认设置”键。再控“加热离动”键，此时，加热温控表下显示框出现上显示框的数值并向上增加，

3、打开仪器“加热开关”，仪器进入升温状态。再打开“风扇开关”。3、装样：将试样冷热而涂上少量导热硅脂后，试样放冷热而正小间，压紧试样。4、输入试样厚度和试样截而积数据后，按“确认”键。5、输入自动数据记录的时间间隔和次数数据后，按“确认”键。6、按“自动测试”键，仪器进入自动测试状态，完成后自动牛成报表，提供测试结果。五、测试结果不确定度分析（1）测试原理为了测定材料的导热系数，首先从热导率的定义和它的物理意义入手。热传导定律指出：如果热量是沿着Z方向传导，那么在Z轴上任一位置Z。处取一个垂直截面积dS（如图1）以芳表示在Z处的温度梯度，以等表示在该处的传热速率（单位时间内通过截面积dS的热

4、量），那么传导定律可表示成：dQ=—A（——）7ds'dt（Sl—1）dzf式屮的负号表示热量从高温区向低温区传导（即热传导的方向与温度梯度的方向相反）。式屮比例系数入即为导热系数，可见热导率的物理意义：在温度梯度为一个单位的情况下，单位时间内垂直通过单位而积截而的热量。利用（Sl・l）式测量材料的导热系数入，需解决的关键问题两个：一个是在材料内造并确定其数值；另一个是测量材料内由高温区向低温区的传热速1、关于温度梯度牛为了在样品内造成i个温度的梯度分布，可以把样品加工成平板状，并把它夹在两块良导体——铜板之间>（图2）使两块铜板分别保持在恒定温度Ti和就可能在垂直于样品表而的方向上形成温

5、度的梯度分布。样品厚度可做成hWD（样品直径）。这样，由于样品侧面积比平板面积小得多，由侧面散去的热量可以忽略不计，可以认为热量是沿垂直于样品平面的方向JL传导，即只在此方向上有温度梯度。由于铜是热的良导体，在达到平衡时，可以认为同一铜板各处的温度相同，样品内同一平行平面上各处的温度也相同。这样只要测出样品的厚度h和两块铜板的温度儿就可以确定样品图(2)内的温度梯度度。铜板与样殆表面的需紧密接触（无缝隙），否则屮间的空气层将产生热阻，使得温度梯度测量不准确。2、关于传热速率等单位时间内通过某-澈面积的热量晋是-个无法直接测定的量，我们设法将这个量转化为较容易测量的量。为了维持一个恒定的温度

6、梯度分布，必须不断地给高温侧铜板加热，热量通过样品传到低温侧铜板，低温侧铜板则耍将热量不断地向周围环境散出。当加热速率、传热速率与散热速率相等时，系统就达到一个动态平衡，称之为稳态，此时低温侧铜板的散热速率就是样品内的传热速率。这样，只要测量低温侧铜板在稳态温度t2下散热的速率，也就间接测量出了样品内的传热速率。但是，铜板的散热速率也不易测量,(1-2)还需要进-步作参量转换，我们知道，铜板的散热速率与冷却速率（温度变化率）药有关，其表达式为dtmdtI式屮的m为铜板的质量，C为铜板的比热容，负号表示热量由高温向低温方向传递。因为质量容易直接测量，C为常量，这样对铜板的散热速率的测量又转化

7、为对低温侧铜板冷却速率的测量。铜板的冷却速率可以这样测量：在达到稳态后，移去样品，用加热铜板直接对下铜板加热，使其温度高于稳态温度T2（大约高出10°C左右），再让其在环境屮自然冷却，直到温度低于T?,测出温度在大于T2到小于T2区间屮随时间的变化关系，描绘出T-t曲线（见图2）,曲线在T2处的斜率就是铜板在稳态温度时T2下的冷却速率。图2散热盘的冷却曲线图应该注意的是，这样得出的二是铜板全部表而暴露于空气小的冷却速率，