热导率测量方法.pdf

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1、第一童文献综述;1.2.2测量导热系数的基本原理测定导热系数的基本原理一般是用实验方法测量出物体的温度和热流密度，然后根据实验测量系统的数学模型来间接确定出材料的导热系数，因为导热系数本身是不能直接测量的。实验测量系统的数学模型，是描述实验测量装置传热特性的数学表达，实际上就是导热偏微分方程在特定条件(边界条件和初始条件)下的解。对于均质各向同性、导热系数为常数的物体，其内部不稳定温度场由下面的导热偏微分方程描述(211aT(r,t)O'T(rt)=(1.4)aat其中9(r,。为热源项，a=AlpC

2、;是热扩散率或导温系数，PC，为体积比热容，显然这三个热物性参数中只有两个是独立的。一般认为导热系数和体积比热容是物质的热物理性质，而热扩散率为导出参数。如果没有内热源，式(1.4)变为:1aT(r,t)V2T(i,t)=(1.5)aat在稳定导热的条件下，则有:OZT(r>t)=0{1.6)若稳定而有内热源，导热方程为:v2T(r,1)+粤。(*，，)一。(1.7)A控制方程(1.4)一(1.7)即是各种测量导热系数方法原理的基本出发点。对于测量导热系数的实验装置的数学模型，通常使用分析方法求出问题

3、的解析解根据测量参数以及描述其导热问题的解析解，确定测量材料的导热系数。'1.2.3测量方法的分类从十八世纪中叶由富兰克林开始对固体的导热能力进行实验以来，己经经历了二百多年.其间发展了多种多样测量物质的导热系数的方法。方法名称众第一章文献综述多，主要是根据导热过程的宏观机理、导热热流在试样上的流向、试样的形状、热流与时间的函数关系以及是否直接测量热流量等方面来区分。一般可分为稳态法和非稳态法两大类〔3-4]，由此再派生出其它不同特点的测试方法，见表1.1。稳态法指的是实验中待测试样上温度分布达到稳定

4、后进行测量，其分析的出发点是稳态的导热微分方程，能直接测得导热系数。其特点是实验公式简单，实验时间长，需要测量导热量(直接或间接地)和若干点的温度。非稳态法指的是实验测量过程中试样温度随时间变化，其分析的出发点是不稳态导热微分方程。非稳态方法以其快速准确的特点近年来发展很快。测量原理是对处于热平衡状态的试样施加某种热干扰，同时测量试样对热干扰的响应(温度或热流随时间的变化)，然后根据响应曲线确定热物性参数的数值。在非稳态测量方法中，测量信号是时间的函数，因而可以分别或同时得出导热系数以及由几和RC，组

5、合而成的参数如热扩散率、蓄热系数等。近年来，由X.X.ZHANG和A.Degiovanni等〔5-7]对非稳态方法作了大量新的系统研究，认为非稳态法的主要区别在于:(1)热干扰的形式;(2)测量信号的种类;(3)问题的几何特征。并根据这三个原则进行新的分类，见表1.20表中第一行是热干扰的形式，从左至右归纳成四类，分别为阶梯热干扰、脉冲热干扰、周期热干扰和任意形式热干扰;左侧第一列为测量信号的种类，从上到下也归纳成四类，依次为(I)测量热干扰面上的温度、(II)测量非热干扰面上的温度、(II)测量两个

6、温度信号、(N)测量一个温度信号和一个热流信号;最下面的一行为问题的几何特征，其中1代表平面问题、2代表圆柱问题、3代表圆球问题。三个原则的组合就构成了相应的热物性测量方法(表中的每一格代表一类测量方法)，可以归纳为表1.3e分析研究各种测量方法，其目的是为了能够预测方法的优劣，提出改进方向，优化实验以及探索新的测量方法。针对不同的试验温度范围和具有不同导热系数数值范围的材料，需要采用不同的测试方法，因为至今还没有一种测试方法能够适用于所有的材料和所有的温度范围。ZIP选宁一种合适的测试方法时，必须考

7、虑以下几个方面的因素:材料的物理特性，试样加工成所需几何形状的可能性和难易程度，所需的测试准确度和a第一章文献综述精度，测试周期的长短以及建立测试装置所需的时间和资金。表1.1导热系数测量方法的分类和名称棒体法纵“热流法卜叮‘比对较法法工一仁平板法棒元体法平板法混合法Frobes棒法圆柱体法圆球法(椭球法)绝对法同心圆球(圆柱DeSenarment平板法稳态法径向热流法同心圆柱体法比较、止圆盘法纵向热流法圆柱棒法径向热流法“电加热法仁矩形棒法细丝近似法热电法热比较器法周期。仁纵向热流法径向热流法纵向热

8、流法非稳态法闪光法瞬态热流法径向热流法线热源和探针法运动热源法比较法第一章文献综述表I.2非稳态测量方法仁二飞。、一一热干扰0}i抽0i一1，AozB一“CDE，FG日一IIHIJKL,MNN0PQ口一}几何特征-123I2312312il表1.3非稳态测量方法符号方法名称热物性参数测量正面温度的瞬态热流法热扩散率测量正面温度的周期热流法热扩散率双基探针法热扩散率瞬态〔闪光)法热扩散率圆柱几何域瞬态(闪光)法热扩散率环状热干扰瞬态(闪光)法热扩散率侧量背