材料的导热率 傅力叶方程式： Q=KA△T/d, R=A△T/Q Q: 热量，W；K: 导热率，W/mk；A：接触面积；d: 热量传递距离；△T：温度差；R: 热阻值 导热率K是材料本身的固有性能参数，用于描述材料的导热能力。这个特性跟材料本身的大小、形状、厚度都是没有关系的，只是跟材料本身的成分有关系。所以同类材料的导热率都是一样的，并不会因为厚度不一样而变化。 将上面两个公式合并，可以得到 K=d/R。因为K值是不变的，可以看得出热阻R值，同材料厚度d是成正比的。也就说材料越厚，热阻越大。 但如果仔细看一些导热材料的资料，会发现很多导热材料的热阻值R，同厚度d并不是完全成正比关系。这是因为导热材料大都不是单一成分组成，相应会有非线性变化。厚度增加，热阻值一定会增大，但不一定是完全成正比的线性关系，可能是更陡的曲线关系。 根据R=A△T/Q这个公式，理论上来讲就能测试并计算出一个材料的热阻值R。但是这个公式只是一个最基本的理想化的公式，他设定的条件是：接触面是完全光滑和平整的，所有热量全部通过热传导的方式经过材料，并达到另一端。实际这是不可能的条件。所以测试并计算出来的热阻值并不完全是材料本身的热阻值，应该是材料本身的热阻值+所谓接触面热阻值。因为接触面的平整度、光滑或者粗糙、以及安装紧固的压力大小不同，就会产生不同的接触面热阻值，也会得出不同的总热阻值。 所以国际上流行会认可设定一种标准的测试方法和条件，就是在资料上经常会看到的ASTM D5470。这个测试方法会说明进行热阻测试时候，选用多大的接触面积A，多大的热量值Q，以及施加到接触面的压力数值。大家都使用同样的方法来测试不同的材料，而得出的结果，才有相比较的意义。 通过测试得出的热阻R值，并不完全是真实的热阻值。物理科学就是这样，很多参数是无法真正的量化的，只是一个
一、【实验目的】 用稳态法测定金属、空气、橡皮的导热系数。 二、【实验仪器】 导热系数测定仪、铜-康导热电偶、游标卡尺、数字毫伏表、台秤(公用)、杜瓦瓶、秒表、待测样品（橡胶盘、铝芯）、冰块 三、【实验原理】 1、良导体（金属、空气）导热系数的测定 根据傅里叶导热方程式，在物体内部，取两个垂直于热传导方向、彼此间相距为h 、温度分别为θ1、θ2的平行平面（设θ1>θ2），若平面面积均为S ，在t ?时间内通过面积S 的热量Q ?免租下述表达式： h S t Q ) (21θθλ-=?? （3-26-1） 式中， t Q ??为热流量；λ即为该物质的导热系数，λ在数值上等于相距单位长度的两平面的温度相差1个单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是)(K m W ?。 在支架上先放上圆铜盘P ，在P 的上面放上待测样品B ，再把带发热器的圆铜盘A 放 冰水混合物 电源 输入 调零 数字电压表 FD-TX-FPZ-II 导热系数电压表 T 2 T 1 220V 110V 导热系数测定仪 测1 测1 测2 测2 表 风扇 A B C 图4-9-1 稳态法测定导热系数实验装置
在B 上，发热器通电后，热量从A 盘传到B 盘，再传到P 盘，由于A,P 都是良导体，其温度即可以代表B 盘上、下表面的温度θ1、θ2，θ1、θ2分别插入A 、P 盘边缘小孔的热电偶E 来测量。热电偶的冷端则浸在杜瓦瓶中的冰水混合物中，通过“传感器切换”开关G ，切换A 、P 盘中的热电偶与数字电压表的连接回路。由式（3-26-1）可以知道，单位时间内通过待测样品B 任一圆截面的热流量为 2 21)(B B R h t Q πθθλ-=?? (3-26-2) 式中，R B 为样品的半径，h B 为样品的厚度。当热传导达到稳定状态时，θ1和θ2的值不变， 遇事通过B 盘上表面的热流量与由铜盘P 向周围环境散热的速率相等，因此，可通过铜盘P 在稳定温度T 2的散热速率来求出热流量 t Q ??。实验中，在读得稳定时θ1和θ2后，即可将B 盘移去，而使A 盘的底面与铜盘P 直接接触。当铜盘P 的温度上升到高于稳定时的θ2值若干摄氏度后，在将A 移开，让P 自然冷却。观察其温度θ随时间t 变化情况，然后由此求出铜盘在θ2的冷却速率 2 θθθ=??t ,而2 θθθ=??t mc ,就是铜盘P 在温度为θ2时的散热速率。 2、不良导体（橡皮）的测定 导热系数是表征物质热传导性质的物理量。材料结构的变化与所含杂质的不同对材料导热系数数值都有明显的影响，因此材料的导热系数常常需要由实验去具体测定。 测量导热系数在这里我们用的是稳态法，在稳态法中，先利用热源对样品加热，样品内部的温差使热量从高温向低温处传导，样品内部各点的温度将随加热快慢和传热快慢的影响而变动；适当控制实验条件和实验参数可使加热和传热的过程达到平衡状态，则待测样品内部可能形成稳定的温度分布，根据这一温度分布就可以计算出导热系数。而在动态法中，最终在样品内部所形成的温度分布是随时间变化的，如呈周期性的变化，变化的周期和幅度亦受实验条件和加热快慢的影响，与导热系数的大小有关。 本实验应用稳态法测量不良导体(橡皮样品)的导热系数，学习用物体散热速率求传导速率的实验方法。 1898年C ．H ．Le e s ．首先使用平板法测量不良导体的导热系数，这是一种稳态法，实验中，样品制成平板状，其上端面与一个稳定的均匀发热体充分接触，下端面与一均匀散热体相接触。由于平板样品的侧面积比平板平面小很多，可以认为热量只沿着上下方向垂直传递，横向由侧面散去的热量可以忽略不计，即可以认为，样品内只有在垂直样品平面的方向上有温度梯度，在同一平面内，各处的温度相同。 设稳态时，样品的上下平面温度分别为 12θθ，根据傅立叶传导方程，在t ?时间内通过 样品的热量Q ?满足下式：S h t Q B 21θθλ-=?? （1） 式中λ为样品的导热系数，B h 为样品的厚度，S 为样品的平面面积，实验中样品为圆盘状。设圆盘样品的直径为B d ，则半径为B R ，则由（1)式得： 2 21B B R h t Q πθθλ-=?? （2）
DHR-II 导热系数测试仪使用说明 一、概述 材料的热导率是研究材料物理性能的一个重要参数指标，在航空、原子能、建筑材料，非金属材料等部门都要求对有关材料的热导率，进行预测或实际测定。该仪器基于护热平板法的原理，满足了材料检测研究部门对材料导热系数的高精度测试要求。主要测试塑料、玻璃、纤维、泡沫、保温材料等。 二、主要技术参数 1、应用范围 本仪器适用于测定干燥或不同含湿状况下匀质板状材料的导热系数。改装测试头可测试粉状、胶状、液态材料。导热系数范围：0.0152/w m k 2、仪器提供了对实验温度实现可控状态下的测试。 3、仪器实现数字化测温，精度优于0.2级。 4、电源：220/50V HZ 5、测量结果准确度：3%± 6、计量加热功率：351%W ±。 7、可连接上位机实现计算机自动测试，并实现数据打印输出。 8、试样尺寸要求：200200(520)()mm ??- 9、工作条件 ①环境温度 100350C ②相对湿度 ＜80% 三、操作步骤 （一） 对试件的要求 1、 取样应从样品材料中均质部位处取。 2、 取样大小成型尺寸不能大于20020020()mm ??。 3、 取样后将试样表面平整处理，并同时取35块样试样，一组试样必须是同一配比 原料组成，其容重差小于5%。 4、 试件两表面应平行，且厚度均匀，与极板接触面应平整且结合紧密实验时，可在此 面涂上一层相同材料的粉状材料或涂上一层高温导热胶，不能含杂质及灰尘。 5、 粉状材料用围框的办法按上述原理处理，液态材料需改装测试头。 （二） 手动操作 1、 温控表校验：将冷板恒温水槽的温度值设置室温（THS-10恒温水槽设置高于环境温 度50C ），合上仪器上盖，（注意：中心加热板不能加热）观察中心，护热，冷板温度表值，不变化时，修改温控表的平移参数值（参阅AL-701温控表说明书），使三块表的温度值与恒温水槽的温度值相同。此校验不定期进行。 2、 测厚调零：合上仪器上盖，4块百分表预压约25 mm . 3、 实验步骤：按标准取样，将样品放在冷热板的中间，合上仪器上盖，设置冷板恒温 4、 水槽的温度值为室温（THS-10恒温水槽设置高于环境温度50C ），护热板温度值设 置高于冷板温度100C （通过试样的温度梯度在4000C/M 至20000C/M 之间），启动程序升温。 5、 所有温度仪表显示均稳定，温度波动范围±20C 时，记录主热板温度、冷板温度、 主热板功率、试样厚度数据。代入下面公式计算（其中试样有效受热面积0.01m 2）。 6、 实验结束，用相同试样，做35次，最后得出的结果为该试样的平均导热系数。
导热系数的测量 导热系数（又称导热率）是反映材料热性能的重要物理量，导热系数大、导热性能好的材料称为良导体，导热系数小、导热性能差的材料称为不良导体。一般来说，金属的导热系数比非金属的要大，固体的导热系数比液体的要大，气体的导热系数最小。因为材料的导热系数不仅随温度、压力变化，而且材料的杂质含量、结构变化都会明显影响导热系数的数值，所以在科学实验和工程设计中，所用材料的导热系数都需要用实验的方法精确测定。 一．实验目的 1．用稳态平板法测量材料的导热系数。 2．利用稳态法测定铝合金棒的导热系数，分析用稳态法测定不良导体导热系数存在的缺点。 二．实验原理 热传导是热量传递过程中的一种方式，导热系数是描述物体导热性能的物理量。单位时间内通过某一截面积的热量dQ/dt 是一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，低温侧铜板则要将热量不断地向周围环境散出。单位时间通过截面的热流量为： 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，还需要进一步作参量转换，我们知道，铜板的散热速率与冷却速率（温度变化率）dQ/dt=-mcdT/dt 式中的 m 为铜板的质量， C 为铜板的比热容，负号表示热量向低温方向传递。 由于质量容易直接测量，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℃左右），再让其在环境中自然冷却，直到温度低于 T2，测出 温度在大于T2到小于T2区间中随时间的变化关系，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。 应该注意的是，这样得出的 t T ??是铜板全部表面暴露于空气中的冷却速率， 其散热面积为 2πRp2+2πRphp （其中 Rp 和 hp 分别是下铜板的半径和厚度），然而， 设样品截面半径为R ，在实验中稳态传热时，铜板的上表面（面积为 πRp2）是被 样品全部（R=Rp ）或部分（R保温隔热绝热材料性能检测导热系数检测方法保温隔热绝热材料性能检测导热系数检测方法 1.1 适用范围及引用标准 1.1.1 适用范围 本规程规定了保温、隔热、绝热材料导热系数的检测方法。 本规程适用于保温、隔热、绝热材料干燥匀质试件导热系数（被测试件的热阻应大于0.1 m2·K/W）的测定，且所测定的结果均为在给定平均温度和温差下试件的导热系数。 1.1.2 引用标准 下列标准所包含的条文，通过在本规程中引用而构成为本规程的条文。使用本规程的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。 GB 4132 绝热材料名词术语 GB 10294-1988 绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法 GB 10295-1988 绝热材料稳态热阻及有关特性的测定热流计法 GB 10296-1988 绝热材料稳态热阻及有关特性的测定圆管法 GB 10297-1988 非金属固体材料导热系数的测定方法热线法 GB 3399-1982 塑料导热系数试验方法护热平板法1.2 仪器设备 1.2.1 量具 应符合GB6342规定。 1.2.2 导热系数仪 导热系数仪根据测试原理不同可分为分为防护热板式导热系数仪、热流计式导热系数仪等。防护热板式导热系数仪示意图见图1.1，热流计式导热系数仪示意图见图1.2。 a双试件装置b单试件装置 图1.1 防护热板式导热系数仪示意图a 单热流计不对称布置 b 双热流计对称布置 c 双试件式装置 图1.2 热流计式导热系数仪示意图 1.3 检测程序 1.3.1 绝热用模塑聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）导热系数检测程序 EPS板导热系数的测定按GB 10294-1988或GB 10295-1988规定进行；仲裁方法时执行GB 10294-1988。(完整word版)圆球法测量导热系数圆球法测定材料导热系数 一、目的 在稳定传热情况下，利用圆球法测定粒状材料的导热系数，并用图解法确定此材料的导热系数与温度之间的线性关系 λ=λ0(1+bt) 二、原理 本实验是利用在稳定传热情况下，以球壁导热公式作为基础来求得粒状材料的导热系数λ。设有一空心球体，球的内表面直径d 1，外表面直径为d 2，壁 厚21 2d d -=δ，如果内、外表面的温度维持不变，并等于t 1和t 2，则根据傅立 叶定律得 δπλπλ21212 121)(11)(2d d t t d d t t Q -=--= （1） 移项得 ) ()(21212121t t d d IU t t d d Q -=-= πδ πδλ （2） 式中： I 为电热器的工作电流 U 为电热器的工作电压； λ为试验材料在温度2 21t t t -=时的导热系数。 如果需要求得λ和温度之间的变化关系，则必须测定在不同温度下的导热系数，然后将测得的导热系数值λ1、λ2、λ3…λn 及其对应的t 1、t 2、t 3…t n 在坐标纸上绘出其坐标位置，如下图所示。绘出坐标点后，应根据各的昂的位置揣摩一下，是否能够连成一条直线或连成一条曲线。由于固体材料的导热系数与温度之间的函数关系，在温度相差不过分悬殊时一般可以当作线性直线关系的。因此可通过各点间的中心位置绘一条直线，然后在直线上任取a、b两个坐标点并算出直线的截距，就不难求出函数式λ=λ0(1+bt)，此式是描绘被测材料的导热系数与温度之间的经验关系式。实验点之所以不能完全落在一条直线上，是由于λ(t)不完全是线性关系，其次在实验中难免有种种误差所引起的偏差。 三、实验装置 本实验装置中，仅取四个温度工况。为了便于学生实验，四个不同温度工况由四个不同的实验球来实现。 每个实验球共有两个空心球体，球壁均用紫铜板冲压成形。内球外径为 d1，外球的内径为d2。四个空心球体的几何尺寸见下表： 球体结构的尺寸 内球中间装有电加热器，电加热器的功率自耦式调压器调节，输出的功率通过装在电加热器电源上的电压表和电流表读出，并由变送器将数据送入数据采集系统。常用材料导热系数-中文材料的导热系数 日期:2007-2-17 22:28:48 来源:来自网络查看:[大中小] 作者：不详热度： 1889 附录A 材料的导热系数(l) A.0.1 表A.0.1中给出材料的导热系数。 表 A.0.1 常用材料的导热系数聚硫胶1700 0.40 纯硅胶1200 0.35 聚异丁烯930 0.20 聚脂树脂1400 0.19 硅胶（干燥剂）720 0.13 分子筛650 to 750 0.10 低密度硅胶泡末750 0.12 中密度硅胶泡末820 0.17 附录B 气体热物理性能 B.0.1下列表的线性公式系数，计算填充空气、氩气、氮气、氙气四种气体空腔的导热系数、粘度和常压比热容。传热计算时，假设所充气体是不辐射/吸收的气体。 表B.1气体的导热系数 气体系数a W/(m·k) 系数b W/(m·k2) λ（0℃时） W/(m·k) λ（10℃时） W/(m·k) 空气 2.873×10-3 7.760×10-5 0.0241 0.0249 氩气 2.285×10-3 5.149×10-5 0.0163 0.0168 氪气9.443×10-4 2.826×10-5 0.0087 0.0090 氙气 4.538×10-4 1.723×10-5 0.0052 0.0053 其中：[W/m.K] 表B.2气体的粘度 气体系数a N·S/m2 系数b N·S/(m2·k2) μ（0℃时）μ（10℃时） 空气 3.723×10-6 4.940×10-8 1.722×10-5 1.771×10-5 氩气 3.379×10-6 6.451×10-8 2.100×10-5 2.165×10-5 氪气 2.213×10-6 7.777×10-8 2.346×10-5 2.423×10-5 氙气 1.069×10-6 7.414×10-8 2.132×10-5 2.206×10-5 其中：[kg/m.s]导热系数的测定_评分标准(精)“导热系数的测定”实验报告评分标准 第一部分：预习报告（20分） 一、实验目的 1.掌握用稳态法测量不良导体的导热系数的方法。 2.了解物体散热速率和传热速率的关系。 3.理解温差热电偶的特性。 二、实验仪器 发热盘，传热筒，杜瓦瓶，温差电偶，待测橡胶样品 ，数字电压表，停表。 三、实验原理 1 ?热传导定律：—— S ； 2 ?导热系数概念：等于相距单位长度的两平面的温度相差为一个单位时，在单位时间内通 过单位面积所传递的热量，单位是瓦?米-1?开-1（ W- m1? K1），导热系数是反映材料的导 热性能的重要参数之一； 3?稳态法（通过控制热源传热在样品内部形成稳定的温度分布，而进行的测量）测不良导体的导热系数的方法； 4散热板自由冷却与稳态时，由于散热面积不同因而要引入修正系数： 2 R c 2：'；R c h e _ 1 D e 4h C 2二R C 2「R C h C2 D e 2h c5 ?温差热电偶的工作原理 四、实验内容和步骤 1橡胶盘，黄铜盘直径，高度D B,h B,D c,h c，黄铜盘质量m，数据由实验室提供。 2、稳态法测传热板，散热板的温度哥0，20； 3、测量散热板（黄铜盘）的冷却速率22^，计算■ o 第二部分：数据采集与实验操作（40分） 有较好的动手能力，能够很好解决实验过程中出现的问题，数据采集记录完整准确，操作过程无误（35-40分）; 有一定的动手能力，能够解决实验过程中出现的一般问题，数据采集记录完整，操作过程无大的违规（35-20）; 动手能力较差，难以解决实验过程中出现的一般问题，数据采集与记录不完整、有偏差，有 违规操作（0-20分）o 操作要点： 1 导热系数测定仪的使用（数字电压表调零，热电偶接线，）; 2.构建稳态环境，保持哥°在 3.50mV ±0.03mV范围内，测量匕0 ； 3.测量黄铜盘的冷却速率。保持稳态时散热板的环境： a .电风扇一直工作。 b. Io附近的冷却速率。导热系数的测量实验报告导热系数的测量 导热系数（又称导热率）是反映材料热性能的重要物理量，导热系数大、导热性能好的材料称为良导体，导热系数小、导热性能差的材料称为不良导体。一般来说，金属的导热系数比非金属的要大，固体的导热系数比液体的要大，气体的导热系数最小。因为材料的导热系数不仅随温度、压力变化，而且材料的杂质含量、结构变化都会明显影响导热系数的数值，所以在科学实验和工程设计中，所用材料的导热系数都需要用实验的方法精确测定。 一．实验目的 1．用稳态平板法测量材料的导热系数。 2．利用稳态法测定铝合金棒的导热系数，分析用稳态法测定不良导体导热系数存在的缺点。 二．实验原理 热传导是热量传递过程中的一种方式，导热系数是描述物体导热性能的物理量。 h T T S t Q ) (21-??=??λ 单位时间通过某一截面积的热量dQ/dt 是一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，低温侧铜板则要将热量不断地向周围环境散出。单位时间通过截面的热流量为： B B h T T R t Q )(212 -???=??πλ 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的传热速率。但是，铜板的散热速率也不易测量，还需要进一步作参量转换，我们知道，铜板的散热速率与冷却速率（温度变化率）dQ/dt=-mcdT/dt 式中的 m 为铜板的质量， C 为铜板的比热容，负号表示热量向低温方向传递。 由于质量容易直接测量，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℃左右），再让其在环境中自然冷却，直到温度低于 T2，测出 温度在大于T2到小于T2区间中随时间的变化关系，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。 应该注意的是，这样得出的 t T ??是铜板全部表面暴露于空气中的冷却速率， 其散热面积为 2πRp2+2πRphp （其中 Rp 和 hp 分别是下铜板的半径和厚度），然而， 设样品截面半径为R ，在实验中稳态传热时，铜板的上表面（面积为 πRp2）是被 样品全部（R=Rp ）或部分（R材料导热系数测试实验东南大学材料科学与工程 实验报告 学生姓名 张沐天 班级学号 实验日期 批改教师 课程名称 材料性能测试实验 批改日期 实验名称 材料导热系数测试实验 报告成绩 一、实验目的 1.掌握稳态法测定材料导热系数的方法 2.了解材料导热系数与温度的关系 二、实验原理 不同温度的物体具有不同的内能，同一个物体不同区域如果温度不等，则他们热运动的激烈程度不同，含有的内能也不相同。这些不同温度的物体或区域，在相互靠近或接触时，会以传热的形式交换能量。由于材料相邻部分之间的温差而发生的能量迁移称为热传导。在热能工程、制冷技术、工业炉设计等一系列技术领域中，材料的导热性都是一个重要的问题。 1.材料的导热性及电导率 材料的导热系数是指在稳定传热条件下，1m 厚的材料，两侧表面的温差为1K ，在1s 钟内，通过1m2面积传递的热量，单位为 W/(m ·K)，也叫热导率。热导率λ由简化的傅里叶导热定律 dx dT -q λ 决定。 2.热传导的物理机制 热传导过程就是材料的能量传输过程。在固体中能量的载体可以有自由电子、声子和光子，因此固体的导热包括电子导热、声子导热和光子导热。 1）电子和声子导热 纯金属中主要为电子导热，在合金、半金属或半导体、绝缘体的变化过程中，声子导热所占比例逐渐增大。 2）光子导热 固体中分子、原子和电子的振动、转动等运动状态的改变会辐射出频率较高的电磁波，其中具有较强热效应的是波长在间的可见光与部分近红外光的区域，这部分辐射线称为热射线。热射线的传递过程称为热辐射。 3.影响导热系数的因素 1）温度 金属以电子导热为主，电子在运动过程中将受到热运动的原子和各种晶格缺陷的阻挡，从而形成对热量传输的阻力。 一般来说，纯金属的导热系数一般随温度的升高而降低；而今导热系数一般随温度的升高而升高；玻璃体的导热系数则一般随温度的降低而减小。 2）原子结构 物质的电子结构对热传导有较大影响。具有一个价电子的，导电性能良好的、德拜温度较常用材料的导热系数表常用材料的导热系数表材料的导热率 傅力叶方程式： Q=KA△T/d, R=A△T/Q Q: 热量，W；K: 导热率，W/mk；A：接触面积；d: 热量传递距离；△T：温度差；R: 热阻值 导热率K是材料本身的固有性能参数，用于描述材料的导热能力。这个特性跟材料本身的大小、形状、厚度都是没有关系的，只是跟材料本身的成分有关系。所以同类材料的导热率都是一样的，并不会因为厚度不一样而变化。 将上面两个公式合并，可以得到 K=d/R。因为K值是不变的，可以看得出热阻R值，同材料厚度d是成正比的。也就说材料越厚，热阻越大。 但如果仔细看一些导热材料的资料，会发现很多导热材料的热阻值R，同厚度d并不是完全成正比关系。这是因为导热材料大都不是单一成分组成，相应会有非线性变化。厚度增加，热阻值一定会增大，但不一定是完全成正比的线性关系，可能是更陡的曲线关系。 根据R=A△T/Q这个公式，理论上来讲就能测试并计算出一个材料的热阻值R。但是这个公式只是一个最基本的理想化的公式，他设定的条件是：接触面是完全光滑和平整的，所有热量全部通过热传导的方式经过材料，并达到另一端。 实际这是不可能的条件。所以测试并计算出来的热阻值并不完全是材料本身的热阻值，应该是材料本身的热阻值+所谓接触面热阻值。因为接触面的平整度、光滑或者粗糙、以及安装紧固的压力大小不同，就会产生不同的接触面热阻值，也会得出不同的总热阻值。 所以国际上流行会认可设定一种标准的测试方法和条件，就是在资料上经常会看到的ASTM D5470。这个测试方法会说明进行热阻测试时候，选用多大的接触面积A，多大的热量值Q，以及施加到接触面的压力数值。大家都使用同样的方法来测试不同的材料，而得出的结果，才有相比较的意义。 通过测试得出的热阻R值，并不完全是真实的热阻值。物理科学就是这样，很多参数是无法真正的量化的，只是一个“模糊”的数学概念。通过这样的“模糊”数据，人们可以将一些数据量化，而用于实际应用。此处所说的“模糊” 是数学术语，“模糊”表示最为接近真实的近似。 而同样道理，根据热阻值以及厚度，再计算出来的导热率K值，也并不完全是真正的导热率值。 傅力叶方程式，是一个完全理想化的公式。我们可用来理解导热材料的原理。但实际应用、热阻计算是复杂的数学模型，会有很多的修正公式，来完善所有的环节可能出现的问题。 总之： a. 同样的材料，导热率是一个不变的数值，热阻值是会随厚度发生变化的。 b. 同样的材料，厚度越大，可简单理解为热量通过材料传递出去要走的路程越多，所耗的时间也越多，效能也越差。 c. 对于导热材料，选用合适的导热率、厚度是对性能有很大关系的。选择导热率很高的材料，但是厚度很大，也是 性能不够好的。最理想的选择是：导热率高、厚度薄，完美的接触压力保证最好的界面接触。 d、使用什么导热材料给客户，理论上来讲是很困难的一件事情。很难真正的通过一些简单的数据，来准确计算出选 用何种材料合适。更多的是靠测试和对比，还有经验。测试能达到产品要求的理想效果，就是最为合适的材料。 e、不专业的用户，会关注材料的导热率；专业的用户，会关注材料的热阻值。材料导热系数测试实验材料导热系数测试实验内部编号：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128）东南大学材料科学与工程 实验报告 学生姓名 张沐天 班级学号 实验日期 批改教师 课程名称 材料性能测试实验 批改日期 实验名称 材料导热系数测试实验 报告成绩 一、实验目的 1.掌握稳态法测定材料导热系数的方法 2.了解材料导热系数与温度的关系 二、实验原理 不同温度的物体具有不同的内能，同一个物体不同区域如果温度不等，则他 们热运动的激烈程度不同，含有的内能也不相同。这些不同温度的物体或区域， 在相互靠近或接触时，会以传热的形式交换能量。由于材料相邻部分之间的温差 而发生的能量迁移称为热传导。在热能工程、制冷技术、工业炉设计等一系列技 术领域中，材料的导热性都是一个重要的问题。 1.材料的导热性及电导率 材料的导热系数是指在稳定传热条件下，1m 厚的材料，两侧表面的温差为 1K ，在1s 钟内，通过1m2面积传递的热量，单位为 W/(m ·K)，也叫热导率。热导率λ由简化的傅里叶导热定律 dx dT -q λ 决定。 2.热传导的物理机制 热传导过程就是材料的能量传输过程。在固体中能量的载体可以有自由电子、声 子和光子，因此固体的导热包括电子导热、声子导热和光子导热。1）电子和声子导热 纯金属中主要为电子导热，在合金、半金属或半导体、绝缘体的变化过程中，声子导热所占比例逐渐增大。 2）光子导热 固体中分子、原子和电子的振动、转动等运动状态的改变会辐射出频率较高的电磁波，其中具有较强热效应的是波长在间的可见光与部分近红外光的区域，这部分辐射线称为热射线。热射线的传递过程称为热辐射。 3.影响导热系数的因素 1）温度 金属以电子导热为主，电子在运动过程中将受到热运动的原子和各种晶格缺陷的阻挡，从而形成对热量传输的阻力。 一般来说，纯金属的导热系数一般随温度的升高而降低；而今导热系数一般随温度的升高而升高；玻璃体的导热系数则一般随温度的降低而减小。 2）原子结构 物质的电子结构对热传导有较大影响。具有一个价电子的，导电性能良好的、德拜温度较高的单质都具有较高的导热系数。 3）成分和晶体结构 合金中加入杂质元素将提高热阻，使导热系数降低。杂志原子与基体金属的结构差异较大的元素，对基体导热系数的影响也较大。 4）压强，密度，气孔率等 压强，密度，气孔率等因素也会对材料的导热系数产生影响，影响材料导热系数的因素是复杂的。 4.导热系数的测试方法导热系数测定实验一固体导热系数的测量 一、实验目的 用稳态法测定出不良导热体的导热系数，并与理论值进行比较。 二、实验器材 TC-3型热导率测定仪、橡胶样品、游标卡尺、冰水、硅油、TW-1型物理天平。 本实验采用杭州富阳精科仪器有限公司生产的型导热系数测定仪，如图5.4.1所示。该仪器采用低于的隔离电压作为加热电源，安全可靠。发热圆盘和散热圆盘的侧面有一小孔，为放置热电偶之用。散热盘放在三个螺旋头上，调节螺旋头可使待测样品盘B的上下两个表面与发热圆盘A和散热圆盘P紧密接触。散热盘下方有一个轴流式风扇，用来快速散热。 两个热电偶的冷端分别插在放有冰水的杜瓦瓶中的两根玻璃管中。热端分别插入发热圆盘A和散热圆盘P的侧面小孔内。冷、热端插入时，涂少量的硅脂，热电偶的两个接线端分别插在仪器面板上的相应插座内。温差电动势用量程为的数字式电压表测量，根据铜—康铜分度表可将温差电动势转换成对应的温度值（附录1）。 仪器设置了数字计时装置，计时范围，分辩率。设置了自动温度控制装置，控制精度，分辨率，供实验时加热温度控制用。 图5.4.1 TC-3型热导系数测定仪 三、实验原理 导热系数是表征物质热传导性质的物理量。材料结构的变化与所含杂质等因素都会对导热系数产生明显的影响，因此，材料的导热系数常常需要通过实验来具体测定。测量导热系数的方法比较多，但可以归并为两类基本方法： 一类是稳态法，另一类为动态法。用稳态法时，先用热源对测试样品进行加热，并在样品内部形成稳定的温度分布，然后进行测量。而在动态法中，待测样品中的温度分布是随时间变化的，例如按周期性变化等。本实验采用稳态法进行测量。 根据傅立叶导热方程式，在物体内部，取两个垂直与热传导方向、彼此间相距为h、温度分别为，的平行平面（设＞）。若平面面积均为，在时间内通过面积的热量满足式 （1），(5.4.1) 式中为热流量，λ即为该物质的热导率（又称作导热系数），在数值上等于相距单位长度的两平面的温度相差1个单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是。 实验中待测样品盘B两个表面与发热盘 A、散放盘P紧密接触，发热器通电后，热量从A盘传到盘，再传到P盘。由于，盘都是良导体，其温度即可以代表盘上、下表面的温度，。，分别由插入，盘边缘小孔热电偶来测量。热电偶的冷端则浸在杜瓦瓶中的冰水混合物中，通过“传感器切换”开关，切换、盘中的热电偶与数字电压表的连接回路。由式（5.4.1）可以知道，单位时间内通过待测样品任一圆截面的热流量为(5.42) 式中为样品的半径，为样品的厚度，当热传导达到稳定状态时，和的值不变，于是通过盘上表面的热流量与由铜盘向周围环境散热的速率相等，因此，可通过铜盘在稳定温度时的散热速率来求出热流量。实验中，在读得稳定时的和后，即可将盘移去，而使盘的底面与铜盘直接接触。当盘的温度上升到高于稳定时的值若干摄氏度后，再将圆盘移开，让铜盘自然冷却。观察其温度T随时间变化情况，然后由此求出铜盘在的冷却速率,而（5.4.3） 式中： 为紫铜盘的质量,为铜材的比热容，（5.4.3）式就是紫铜盘在温度为时的散热速率。但要注意，这样求出的是紫铜盘的全部表面暴露于空气中的冷却速率，其散热表面积为（其中分别为紫铜盘的半径与厚度）。然而，在观察测试样品的稳态传热时，盘的上表面（面积为）是被样品覆盖着的。考虑到物体的常见材料导热系数一、固体的导热系数 常用的固体导热系数见表 4-1 。在所有固体中，金属是最好的导热体。纯金属的导热系数一般随温度升高而降低。而金属的纯度对导热系数影响很大，如含碳为 1% 的普通碳钢的导热系数为45W/m · K ，不锈钢的导热系数仅为16 W/m · K 。表 4-1 常用固体材料的导热系数 固体温度，℃导热系数，λ W/m · K 铝300 230 镉18 94 铜100 377 熟铁18 61 铸铁53 48 铅100 33 镍100 57 银100 412 钢 (1%C) 18 45 船舶用金属30 113 青铜189 不锈钢20 16石墨0 151 石棉板50 0.17 石棉0~100 0.15 混凝土0~100 1.28 耐火砖 1.04 ① 保温砖0~100 0.12~0.21 建筑砖20 0.69 绒毛毯0~100 0.047 棉毛30 0.050 玻璃30 1.09 云母50 0.43 硬橡皮0 0.15 锯屑20 0.052 软木30 0.043 玻璃毛-- 0.041 85% 氧化镁-- 0.070 二、液体的导热系数液体分成金属液体和非液体两类，前者导热系数较高，后者较低。在非金属液体中，水的导热系数最大，除去水和甘油外，绝大多数液体的导热系数随温度升高而略有减小。一般来说，溶液的导热系数低于纯液体的导热系数。表 4-2 和图 4-6 列出了几种液体的导热系数值。 表 4-2 液体的导热系数 液体温度，℃导热系数，λ W/m · K 醋酸 50% 20 0.35 丙酮30 0.17 苯胺0~20 0.17 苯30 0.16 氯化钙盐水 30% 30 0.55 乙醇 80% 20 0.24 甘油 60% 20 0.38 甘油 40% 20 0.45 正庚烷30 0.14 水银28 8.36 硫酸 90% 30 0.36 硫酸 60% 30 0.43 水30 0.62导热系数的测试方法和装置-第四章第四章 导热系数的测试方法和装置 一、测试方法分类 二、稳态法 1、 待测试样在一个不随时间而变化的温度场里，当达到热平衡后，一次测出导热系数公式中的值，即可得到导热系数。 2、稳态法实施过程中面对的问题 稳态法测量导热系数是面对的两个根本问题 -要得到一个与建立物理模型是所作的假设相符合的热流图像 1、设计一种装置，把热流约束在规定的方向（沿着一维方向流动） 2、设计各种形状式样，以便于数学描述 3、推导相应的数学公式描述便于制备的样品的热流图像 -待测样品的热流速率 1、测定流过试样的热量 2、测定用来加热试样的热量 稳态法 非稳态法 按热流的状态分 设计一种装置，把热流约束在规定的方向，又可把稳态法分为 纵向热流法 横向热流法 按是否直接测定热流量或功率 绝对法 包括平板法，圆柱体法，圆球体法，椭球体法 比较法 包括纵向热流发，径向热流法，比较器法 t F L Q ???==τλ t grad q -3、同时测定全部或部分的输入热量和热损 4、使热量等同通过待测样和标样 三、非稳态法 试样的温度分布随时间变化，测试时往往是使试样的某一部分温度作突然的或周期性的变化。 测试中的标准样品： -必要性：为缩短研制周期并对测试装置的准确度或误差作必要的验证 -入选标样的要求：在宽广温度范围有良好的物理化学稳定性，易于加工，价格合适 -常用标样： 一种是作为非金属材料即导热系数较小的一类材料的标准样品——多晶32O Al -α 另一种是作为金属材料即导热系数较大的一类材料的标准样品——阿姆可工业纯铁 第三节 平板法 1、平板法是一种试样形状为圆盘形或方板型的纵向热流法，按其是否直接测定热流量或功率，又可分为绝对法和比较法两种。 2、平板法优缺点： 优点：试样容易制备，操作方便；具有相当高的测试准确度和实验温度。 缺点：试样太大，加工困难，径向热损很难减小到最低限度，测试周期长。 因此已被许多国家列为低导热系数材料的标准实验方法。 3、平板内纵向一维热流如何实现 （1）利用试样的低导热系数特点，把试样做的很薄，直径很大。 （2）把试样夹在带有加热器的热板和没有加热器的冷板间，试样冷面和热面的重心区域便有一较好的等温面，等温面之间产生均匀的热流。 4、测定Q 方法很多，直接测主发热器电功率，也可以在试样的冷面用水卡计测定。 5、平板法也可以测纤维或粉末材料的导热系数，试样需要用试样匣，匣盖和匣底均用高热导的金属或碳化硅簿圆片做成。 平板法还可以测导热系数较小的液态物质，注意防止对流传热，控制液体沿热流方向的厚度。 6、导热系数的测试误差随着不同试样和不同温度而变化。一般，热导高的材料，在较低温材料导热系数表材料导热系数表 金属导热系数表（W/mK) 热传导系数的定义为：每单位长度、每K，可以传送多少W的能量，单位为W/mK。其中“W”指热功率单位，“m”代表长度单位米，而“K”为绝对温度单位。该数值越大说明导热性能越好。以下是几种常见金属的热传导系数表： 银429 铜401 金317 铝237 铁80 锡67 铅34.8 各种物质导热系数！ material conductivity K (W/m.K) diamond 钻石2300 silver 银429 cooper 铜401 gold 金317aluminum 铝237 各物质的导热系数 物质温度导热系数物质温度导热系数 亚麻布50 0.09 落叶松木0 0.13 木屑50 0.05 普通松木45 0.08～0.11 海砂20 0.03 杨木100 0.1 研碎软木20 0.04 胶合板0 0.125 压缩软木20 0.07 纤维素0 0.46 聚苯乙烯100 0.08 丝20 0.04～0.05 硫化橡胶50 0.22～0.29 炉渣50 0.84 镍铝锰合金0 32.7 硬质胶25 0.18 青铜30 32～153 白桦木30 0.15 殷钢30 11 橡木20 0.17 康铜30 20.9 雪松0 0.095 黄铜20 70～183 柏木20 0.1 镍铬合金20 12.3～171 普通冕玻璃20 1 石棉0 0.16～0.37 石英玻璃4 1.46纸12 0.06～0.13 燧石玻璃32 0.795 皮棉4.1 0.03 重燧石玻璃12.5 0.78 矿渣棉0 0.05～0.14 精制玻璃12 0.9 毡0.04 汽油12 0.11 蜡0.04 凡士林12 0.184 纸板0.14 “天然气”油12 0.14 皮革0.18～0.19 甘油0 0.276 冰2.22 煤油100 0.12 新下的雪0.1 蓖麻油500 0.18 填实了的雪0.21 橄榄油0 0.165 瓷1.05 已烷0 0.152 石蜡油0.123 二氯乙烷0.147 变压器油0.128 90%硫酸0.354 石油0.14 醋酸18 石蜡0.12 硝基苯0.159 柴油机燃油0.12 二硫化碳0.144 沥青0.699 甲醇0.207 玄武岩2.177 四氯化碳0.106 拌石水泥1.5 三氯甲烷0.121 花岗石2.68～3.35 氨气* 0.022 丙铜0.177 水蒸汽* 0.0235～0.025 苯0.139 重水蒸汽* 0.072不良导体导热系数的测定实验报告-不良导体实验报告非金属固体材料导热系数的测量 2004/04 用热线法测量不良导体导热系数是一种广泛使用的方法，国家对此制定了标准——“非金属固体材料导热系数的测定——热线法”（GB/T 10297-1998）。基本原理如图1所示，在匀质均温的物体内部放置一电阻丝，即热线，对其以恒定功率加热时，热线及其 附近试样的温度将随时间变化。根据时间与温度的变化关系，可以确定该试样的导热系数。[1] [原理简述] 由热传导理论[2]可知，恒定功率的热线对匀质物体进行热传导时，可以用一维柱坐标系的热传导方程对物体的温度场进行描述：r r r t ??+??=??θθθα1122 （1） 边界条件为： 00 =r θ(t =0，r ≥0)，0=∞r θ(t >0，r =)，const.π0=??-==r r q θλ(t >0，r =0)[3] （2） 根据热传导方程和边界条件得到解为：t t e q t t r r t d π4042 ?-=αλθ （3） 其中各物理量含义为，t ：热线的加热时间，单位为s ；r ：距热线的距离，单位为m ；q ：热线单位长度的加热功率，单位为W/m ；t r θ：加热时间t ，距离热线距离r 处的温升，单位为K ； α：试样的热扩散率，单位为m 2/s ；λ：试样的导热系数，单位为W/（m ·K ），对于非金属固体材料，该系数一般小于2 W/（m ·K ）。 假设t r α42 →0，即r →0或αt →∞，利用Euler 公式，忽略展开后二次项以后的各项。如果在不同时间t 1、t 2，测的同一点r 处的温升为1t r θ、2t r θ，则：12ln π412t t q t t r r λθθ=- （4） 根据（4）可以得到试样的导热系数 ()()12121212ln πL 4ln π4t t t t r r r r t t IU t t q θθθθλ-=-= [4] （5） （5）式中，I 、U 分别热线的通电电流（单位为A ）和电压（单位为V ），L 为有效加热长度（单位为m ）。因此，当等时间间隔测量试样的温升时，ln(t 2/t 1)和1 2t t r r θθ-呈线性关系，据此计算试样的导热系数。 [实验设计] 图1、热线法测定非金属固体材料导热系数的原理示意图 试样 热线导热系数测定导热系数测定 一、实验目的和要求 为了使围护结构的热工设计和计算符合实际情况，必须正确确定所用建筑材料的热物理性能系数。一些设计手册和材料手册推荐了这类材料的物理指标固然可供参考，但是甚至同一类和规格的材料，由于产地不同，加工方法不同，其热物理性能往往存在较大的差别，用实测法测定建筑材料的热物理性能系数是获得材料性能的准确数据以解决热工设计问题的一个可靠方法。建筑材料常用的热物理性能系数概括材料的导热系数、导温系数、比热容和蓄热系数。本实验主要进行导热系数测量，加深对一维稳定传热原理热流计测量材料导热系数的原理的理解。 二、实验内容 利用导热仪进行建筑材料的导热系数测量 三、测试原理 将材料试件置于稳定的一维温度场中，根据稳定热流强度、温度梯 度和导热系数之间的关系确定材料的导热系数λ λ=qd/(t1-t2) (t1>t2) 在稳定状态下，装置的中心计量区域内，存在一维恒定热流，通过 测定稳定状态下流过试件计量单元的一维恒定热流量Q、计量单元的面积 m、试件的厚度d、试件冷、热表面的温差（t1-t2），根据上公式便可计算 出试件材料的导热系数。 本实验所用仪器可直接计算并输出结果，并可现场打印。 四、测试设备 JW-Ⅲ型热流计导热仪、钢尺 五、实验步骤 1、制作试件规格300mm×300mm 含量2％的秸秆页岩烧结砖试样一块，厚度39mm 2、安装试样，玻璃罩盖上，启动电源开关。 3、设定热板温度为40℃，为保持冷板25℃温差以上，设定冷板温度10℃。开启工作台前板开关，温度显示器显示冷板水槽内的温度，将拨动开关指向“预置”。 4、打开加热开关。 5、监测热流计输出热电势的变化，其变化值小于±1.5％时，仪器进入稳定状态，此时，每隔15min打印一次，连续四组读数符合给出的热阻差别不超过±1％，并且不是单调地朝一个方向改变时，试验结束。 6、关闭仪器。 六、注意事项 1、冷板温度在室温一下，热板温度在室温以上，并保持温差在25℃以上。 2、恒温水域水槽内应注入蒸馏水，加热器内不得进水。 3、试件表面要求平整，两平面的平面度误差＜0.1mm。对于硬质试件不平度＜0.05mm，平行度误差小于厚度的2%。 4、保证试件表面与仪器充分接触，同时不能太紧，以防改变时间的厚度。 5、仪器进入稳定状态后在进行测量、打印。 6、测试过程中，应用有机玻璃罩罩住，避免室内温度有太大的波动而影响测试温度。 七、实验数据及处理
保温隔热绝热材料性能检测导热系数检测方法 1.1 适用范围及引用标准 1.1.1 适用范围 本规程规定了保温、隔热、绝热材料导热系数的检测方法。 本规程适用于保温、隔热、绝热材料干燥匀质试件导热系数（被测试件的热阻应大于0.1 m2·K/W）的测定，且所测定的结果均为在给定平均温度和温差下试件的导热系数。 1.1.2 引用标准 下列标准所包含的条文，通过在本规程中引用而构成为本规程的条文。使用本规程的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。 GB 4132 绝热材料名词术语 GB 10294-1988 绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法 GB 10295-1988 绝热材料稳态热阻及有关特性的测定热流计法 GB 10296-1988 绝热材料稳态热阻及有关特性的测定圆管法 GB 10297-1988 非金属固体材料导热系数的测定方法热线法 GB 3399-1982 塑料导热系数试验方法护热平板法
1.2 仪器设备 1.2.1 量具 应符合GB6342规定。 1.2.2 导热系数仪 导热系数仪根据测试原理不同可分为分为防护热板式导热系数仪、热流计式导热系数仪等。防护热板式导热系数仪示意图见图1.1，热流计式导热系数仪示意图见图1.2。 a双试件装置b单试件装置 图1.1 防护热板式导热系数仪示意图
a 单热流计不对称布置 b 双热流计对称布置 c 双试件式装置 图1.2 热流计式导热系数仪示意图 1.3 检测程序 1.3.1 绝热用模塑聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）导热系数检测程序 EPS板导热系数的测定按GB 10294-1988或GB 10295-1988规定进行；仲裁方法时执行GB 10294-1988。
圆球法测定材料导热系数 一、目的 在稳定传热情况下，利用圆球法测定粒状材料的导热系数，并用图解法确定此材料的导热系数与温度之间的线性关系 λ=λ0(1+bt) 二、原理 本实验是利用在稳定传热情况下，以球壁导热公式作为基础来求得粒状材料的导热系数λ。设有一空心球体，球的内表面直径d 1，外表面直径为d 2，壁 厚21 2d d -=δ，如果内、外表面的温度维持不变，并等于t 1和t 2，则根据傅立 叶定律得 δπλπλ21212 121)(11)(2d d t t d d t t Q -=--= （1） 移项得 ) ()(21212121t t d d IU t t d d Q -=-= πδ πδλ （2） 式中： I 为电热器的工作电流 U 为电热器的工作电压； λ为试验材料在温度2 21t t t -=时的导热系数。 如果需要求得λ和温度之间的变化关系，则必须测定在不同温度下的导热系数，然后将测得的导热系数值λ1、λ2、λ3…λn 及其对应的t 1、t 2、t 3…t n 在坐标纸上绘出其坐标位置，如下图所示。
绘出坐标点后，应根据各的昂的位置揣摩一下，是否能够连成一条直线或连成一条曲线。由于固体材料的导热系数与温度之间的函数关系，在温度相差不过分悬殊时一般可以当作线性直线关系的。因此可通过各点间的中心位置绘一条直线，然后在直线上任取a、b两个坐标点并算出直线的截距，就不难求出函数式λ=λ0(1+bt)，此式是描绘被测材料的导热系数与温度之间的经验关系式。实验点之所以不能完全落在一条直线上，是由于λ(t)不完全是线性关系，其次在实验中难免有种种误差所引起的偏差。 三、实验装置 本实验装置中，仅取四个温度工况。为了便于学生实验，四个不同温度工况由四个不同的实验球来实现。 每个实验球共有两个空心球体，球壁均用紫铜板冲压成形。内球外径为 d1，外球的内径为d2。四个空心球体的几何尺寸见下表： 球体结构的尺寸 内球中间装有电加热器，电加热器的功率自耦式调压器调节，输出的功率通过装在电加热器电源上的电压表和电流表读出，并由变送器将数据送入数据采集系统。
材料的导热系数 日期:2007-2-17 22:28:48 来源:来自网络查看:[大中小] 作者：不详热度： 1889 附录A 材料的导热系数(l) A.0.1 表A.0.1中给出材料的导热系数。 表 A.0.1 常用材料的导热系数
聚硫胶1700 0.40 纯硅胶1200 0.35 聚异丁烯930 0.20 聚脂树脂1400 0.19 硅胶（干燥剂）720 0.13 分子筛650 to 750 0.10 低密度硅胶泡末750 0.12 中密度硅胶泡末820 0.17 附录B 气体热物理性能 B.0.1下列表的线性公式系数，计算填充空气、氩气、氮气、氙气四种气体空腔的导热系数、粘度和常压比热容。传热计算时，假设所充气体是不辐射/吸收的气体。 表B.1气体的导热系数 气体系数a W/(m·k) 系数b W/(m·k2) λ（0℃时） W/(m·k) λ（10℃时） W/(m·k) 空气 2.873×10-3 7.760×10-5 0.0241 0.0249 氩气 2.285×10-3 5.149×10-5 0.0163 0.0168 氪气9.443×10-4 2.826×10-5 0.0087 0.0090 氙气 4.538×10-4 1.723×10-5 0.0052 0.0053 其中：[W/m.K] 表B.2气体的粘度 气体系数a N·S/m2 系数b N·S/(m2·k2) μ（0℃时）μ（10℃时） 空气 3.723×10-6 4.940×10-8 1.722×10-5 1.771×10-5 氩气 3.379×10-6 6.451×10-8 2.100×10-5 2.165×10-5 氪气 2.213×10-6 7.777×10-8 2.346×10-5 2.423×10-5 氙气 1.069×10-6 7.414×10-8 2.132×10-5 2.206×10-5 其中：[kg/m.s]
“导热系数的测定”实验报告评分标准 第一部分：预习报告（20分） 一、实验目的 1.掌握用稳态法测量不良导体的导热系数的方法。 2.了解物体散热速率和传热速率的关系。 3.理解温差热电偶的特性。 二、实验仪器 发热盘，传热筒，杜瓦瓶，温差电偶，待测橡胶样品 ，数字电压表，停表。 三、实验原理 1 ?热传导定律：—— S ； 2 ?导热系数概念：等于相距单位长度的两平面的温度相差为一个单位时，在单位时间内通 过单位面积所传递的热量，单位是瓦?米-1?开-1（ W- m1? K1），导热系数是反映材料的导 热性能的重要参数之一； 3?稳态法（通过控制热源传热在样品内部形成稳定的温度分布，而进行的测量）测不良导体的导热系数的方法； 4散热板自由冷却与稳态时，由于散热面积不同因而要引入修正系数： 2 R c 2：'；R c h e _ 1 D e 4h C 2二R C 2「R C h C2 D e 2h c
5 ?温差热电偶的工作原理 四、实验内容和步骤 1橡胶盘，黄铜盘直径，高度D B,h B,D c,h c，黄铜盘质量m，数据由实验室提供。 2、稳态法测传热板，散热板的温度哥0，20； 3、测量散热板（黄铜盘）的冷却速率22^，计算■ o 第二部分：数据采集与实验操作（40分） 有较好的动手能力，能够很好解决实验过程中出现的问题，数据采集记录完整准确，操作过程无误（35-40分）; 有一定的动手能力，能够解决实验过程中出现的一般问题，数据采集记录完整，操作过程无大的违规（35-20）; 动手能力较差，难以解决实验过程中出现的一般问题，数据采集与记录不完整、有偏差，有 违规操作（0-20分）o 操作要点： 1 导热系数测定仪的使用（数字电压表调零，热电偶接线，）; 2.构建稳态环境，保持哥°在 3.50mV ±0.03mV范围内，测量匕0 ； 3.测量黄铜盘的冷却速率。保持稳态时散热板的环境： a .电风扇一直工作。 b. Io附近的冷却速率。
导热系数的测量 导热系数（又称导热率）是反映材料热性能的重要物理量，导热系数大、导热性能好的材料称为良导体，导热系数小、导热性能差的材料称为不良导体。一般来说，金属的导热系数比非金属的要大，固体的导热系数比液体的要大，气体的导热系数最小。因为材料的导热系数不仅随温度、压力变化，而且材料的杂质含量、结构变化都会明显影响导热系数的数值，所以在科学实验和工程设计中，所用材料的导热系数都需要用实验的方法精确测定。 一．实验目的 1．用稳态平板法测量材料的导热系数。 2．利用稳态法测定铝合金棒的导热系数，分析用稳态法测定不良导体导热系数存在的缺点。 二．实验原理 热传导是热量传递过程中的一种方式，导热系数是描述物体导热性能的物理量。 h T T S t Q ) (21-??=??λ 单位时间通过某一截面积的热量dQ/dt 是一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，低温侧铜板则要将热量不断地向周围环境散出。单位时间通过截面的热流量为： B B h T T R t Q )(212 -???=??πλ 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的传热速率。但是，铜板的散热速率也不易测量，还需要进一步作参量转换，我们知道，铜板的散热速率与冷却速率（温度变化率）dQ/dt=-mcdT/dt 式中的 m 为铜板的质量， C 为铜板的比热容，负号表示热量向低温方向传递。 由于质量容易直接测量，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℃左右），再让其在环境中自然冷却，直到温度低于 T2，测出 温度在大于T2到小于T2区间中随时间的变化关系，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。 应该注意的是，这样得出的 t T ??是铜板全部表面暴露于空气中的冷却速率， 其散热面积为 2πRp2+2πRphp （其中 Rp 和 hp 分别是下铜板的半径和厚度），然而， 设样品截面半径为R ，在实验中稳态传热时，铜板的上表面（面积为 πRp2）是被 样品全部（R=Rp ）或部分（R材料导热系数测试实验东南大学材料科学与工程 实验报告 学生姓名 张沐天 班级学号 实验日期 批改教师 课程名称 材料性能测试实验 批改日期 实验名称 材料导热系数测试实验 报告成绩 一、实验目的 1.掌握稳态法测定材料导热系数的方法 2.了解材料导热系数与温度的关系 二、实验原理 不同温度的物体具有不同的内能，同一个物体不同区域如果温度不等，则他们热运动的激烈程度不同，含有的内能也不相同。这些不同温度的物体或区域，在相互靠近或接触时，会以传热的形式交换能量。由于材料相邻部分之间的温差而发生的能量迁移称为热传导。在热能工程、制冷技术、工业炉设计等一系列技术领域中，材料的导热性都是一个重要的问题。 1.材料的导热性及电导率 材料的导热系数是指在稳定传热条件下，1m 厚的材料，两侧表面的温差为1K ，在1s 钟内，通过1m2面积传递的热量，单位为 W/(m ·K)，也叫热导率。热导率λ由简化的傅里叶导热定律 dx dT -q λ 决定。 2.热传导的物理机制 热传导过程就是材料的能量传输过程。在固体中能量的载体可以有自由电子、声子和光子，因此固体的导热包括电子导热、声子导热和光子导热。 1）电子和声子导热 纯金属中主要为电子导热，在合金、半金属或半导体、绝缘体的变化过程中，声子导热所占比例逐渐增大。 2）光子导热 固体中分子、原子和电子的振动、转动等运动状态的改变会辐射出频率较高的电磁波，其中具有较强热效应的是波长在间的可见光与部分近红外光的区域，这部分辐射线称为热射线。热射线的传递过程称为热辐射。 3.影响导热系数的因素 1）温度 金属以电子导热为主，电子在运动过程中将受到热运动的原子和各种晶格缺陷的阻挡，从而形成对热量传输的阻力。 一般来说，纯金属的导热系数一般随温度的升高而降低；而今导热系数一般随温度的升高而升高；玻璃体的导热系数则一般随温度的降低而减小。 2）原子结构 物质的电子结构对热传导有较大影响。具有一个价电子的，导电性能良好的、德拜温度较常用材料的导热系数表常用材料的导热系数表材料的导热率 傅力叶方程式： Q=KA△T/d, R=A△T/Q Q: 热量，W；K: 导热率，W/mk；A：接触面积；d: 热量传递距离；△T：温度差；R: 热阻值 导热率K是材料本身的固有性能参数，用于描述材料的导热能力。这个特性跟材料本身的大小、形状、厚度都是没有关系的，只是跟材料本身的成分有关系。所以同类材料的导热率都是一样的，并不会因为厚度不一样而变化。 将上面两个公式合并，可以得到 K=d/R。因为K值是不变的，可以看得出热阻R值，同材料厚度d是成正比的。也就说材料越厚，热阻越大。 但如果仔细看一些导热材料的资料，会发现很多导热材料的热阻值R，同厚度d并不是完全成正比关系。这是因为导热材料大都不是单一成分组成，相应会有非线性变化。厚度增加，热阻值一定会增大，但不一定是完全成正比的线性关系，可能是更陡的曲线关系。 根据R=A△T/Q这个公式，理论上来讲就能测试并计算出一个材料的热阻值R。但是这个公式只是一个最基本的理想化的公式，他设定的条件是：接触面是完全光滑和平整的，所有热量全部通过热传导的方式经过材料，并达到另一端。 实际这是不可能的条件。所以测试并计算出来的热阻值并不完全是材料本身的热阻值，应该是材料本身的热阻值+所谓接触面热阻值。因为接触面的平整度、光滑或者粗糙、以及安装紧固的压力大小不同，就会产生不同的接触面热阻值，也会得出不同的总热阻值。 所以国际上流行会认可设定一种标准的测试方法和条件，就是在资料上经常会看到的ASTM D5470。这个测试方法会说明进行热阻测试时候，选用多大的接触面积A，多大的热量值Q，以及施加到接触面的压力数值。大家都使用同样的方法来测试不同的材料，而得出的结果，才有相比较的意义。 通过测试得出的热阻R值，并不完全是真实的热阻值。物理科学就是这样，很多参数是无法真正的量化的，只是一个“模糊”的数学概念。通过这样的“模糊”数据，人们可以将一些数据量化，而用于实际应用。此处所说的“模糊” 是数学术语，“模糊”表示最为接近真实的近似。 而同样道理，根据热阻值以及厚度，再计算出来的导热率K值，也并不完全是真正的导热率值。 傅力叶方程式，是一个完全理想化的公式。我们可用来理解导热材料的原理。但实际应用、热阻计算是复杂的数学模型，会有很多的修正公式，来完善所有的环节可能出现的问题。 总之： a. 同样的材料，导热率是一个不变的数值，热阻值是会随厚度发生变化的。 b. 同样的材料，厚度越大，可简单理解为热量通过材料传递出去要走的路程越多，所耗的时间也越多，效能也越差。 c. 对于导热材料，选用合适的导热率、厚度是对性能有很大关系的。选择导热率很高的材料，但是厚度很大，也是 性能不够好的。最理想的选择是：导热率高、厚度薄，完美的接触压力保证最好的界面接触。 d、使用什么导热材料给客户，理论上来讲是很困难的一件事情。很难真正的通过一些简单的数据，来准确计算出选 用何种材料合适。更多的是靠测试和对比，还有经验。测试能达到产品要求的理想效果，就是最为合适的材料。 e、不专业的用户，会关注材料的导热率；专业的用户，会关注材料的热阻值。材料导热系数测试实验材料导热系数测试实验内部编号：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128）东南大学材料科学与工程 实验报告 学生姓名 张沐天 班级学号 实验日期 批改教师 课程名称 材料性能测试实验 批改日期 实验名称 材料导热系数测试实验 报告成绩 一、实验目的 1.掌握稳态法测定材料导热系数的方法 2.了解材料导热系数与温度的关系 二、实验原理 不同温度的物体具有不同的内能，同一个物体不同区域如果温度不等，则他 们热运动的激烈程度不同，含有的内能也不相同。这些不同温度的物体或区域， 在相互靠近或接触时，会以传热的形式交换能量。由于材料相邻部分之间的温差 而发生的能量迁移称为热传导。在热能工程、制冷技术、工业炉设计等一系列技 术领域中，材料的导热性都是一个重要的问题。 1.材料的导热性及电导率 材料的导热系数是指在稳定传热条件下，1m 厚的材料，两侧表面的温差为 1K ，在1s 钟内，通过1m2面积传递的热量，单位为 W/(m ·K)，也叫热导率。热导率λ由简化的傅里叶导热定律 dx dT -q λ 决定。 2.热传导的物理机制 热传导过程就是材料的能量传输过程。在固体中能量的载体可以有自由电子、声 子和光子，因此固体的导热包括电子导热、声子导热和光子导热。1）电子和声子导热 纯金属中主要为电子导热，在合金、半金属或半导体、绝缘体的变化过程中，声子导热所占比例逐渐增大。 2）光子导热 固体中分子、原子和电子的振动、转动等运动状态的改变会辐射出频率较高的电磁波，其中具有较强热效应的是波长在间的可见光与部分近红外光的区域，这部分辐射线称为热射线。热射线的传递过程称为热辐射。 3.影响导热系数的因素 1）温度 金属以电子导热为主，电子在运动过程中将受到热运动的原子和各种晶格缺陷的阻挡，从而形成对热量传输的阻力。 一般来说，纯金属的导热系数一般随温度的升高而降低；而今导热系数一般随温度的升高而升高；玻璃体的导热系数则一般随温度的降低而减小。 2）原子结构 物质的电子结构对热传导有较大影响。具有一个价电子的，导电性能良好的、德拜温度较高的单质都具有较高的导热系数。 3）成分和晶体结构 合金中加入杂质元素将提高热阻，使导热系数降低。杂志原子与基体金属的结构差异较大的元素，对基体导热系数的影响也较大。 4）压强，密度，气孔率等 压强，密度，气孔率等因素也会对材料的导热系数产生影响，影响材料导热系数的因素是复杂的。 4.导热系数的测试方法导热系数测定实验一固体导热系数的测量 一、实验目的 用稳态法测定出不良导热体的导热系数，并与理论值进行比较。 二、实验器材 TC-3型热导率测定仪、橡胶样品、游标卡尺、冰水、硅油、TW-1型物理天平。 本实验采用杭州富阳精科仪器有限公司生产的型导热系数测定仪，如图5.4.1所示。该仪器采用低于的隔离电压作为加热电源，安全可靠。发热圆盘和散热圆盘的侧面有一小孔，为放置热电偶之用。散热盘放在三个螺旋头上，调节螺旋头可使待测样品盘B的上下两个表面与发热圆盘A和散热圆盘P紧密接触。散热盘下方有一个轴流式风扇，用来快速散热。 两个热电偶的冷端分别插在放有冰水的杜瓦瓶中的两根玻璃管中。热端分别插入发热圆盘A和散热圆盘P的侧面小孔内。冷、热端插入时，涂少量的硅脂，热电偶的两个接线端分别插在仪器面板上的相应插座内。温差电动势用量程为的数字式电压表测量，根据铜—康铜分度表可将温差电动势转换成对应的温度值（附录1）。 仪器设置了数字计时装置，计时范围，分辩率。设置了自动温度控制装置，控制精度，分辨率，供实验时加热温度控制用。 图5.4.1 TC-3型热导系数测定仪 三、实验原理 导热系数是表征物质热传导性质的物理量。材料结构的变化与所含杂质等因素都会对导热系数产生明显的影响，因此，材料的导热系数常常需要通过实验来具体测定。测量导热系数的方法比较多，但可以归并为两类基本方法： 一类是稳态法，另一类为动态法。用稳态法时，先用热源对测试样品进行加热，并在样品内部形成稳定的温度分布，然后进行测量。而在动态法中，待测样品中的温度分布是随时间变化的，例如按周期性变化等。本实验采用稳态法进行测量。 根据傅立叶导热方程式，在物体内部，取两个垂直与热传导方向、彼此间相距为h、温度分别为，的平行平面（设＞）。若平面面积均为，在时间内通过面积的热量满足式 （1），(5.4.1) 式中为热流量，λ即为该物质的热导率（又称作导热系数），在数值上等于相距单位长度的两平面的温度相差1个单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是。 实验中待测样品盘B两个表面与发热盘 A、散放盘P紧密接触，发热器通电后，热量从A盘传到盘，再传到P盘。由于，盘都是良导体，其温度即可以代表盘上、下表面的温度，。，分别由插入，盘边缘小孔热电偶来测量。热电偶的冷端则浸在杜瓦瓶中的冰水混合物中，通过“传感器切换”开关，切换、盘中的热电偶与数字电压表的连接回路。由式（5.4.1）可以知道，单位时间内通过待测样品任一圆截面的热流量为(5.42) 式中为样品的半径，为样品的厚度，当热传导达到稳定状态时，和的值不变，于是通过盘上表面的热流量与由铜盘向周围环境散热的速率相等，因此，可通过铜盘在稳定温度时的散热速率来求出热流量。实验中，在读得稳定时的和后，即可将盘移去，而使盘的底面与铜盘直接接触。当盘的温度上升到高于稳定时的值若干摄氏度后，再将圆盘移开，让铜盘自然冷却。观察其温度T随时间变化情况，然后由此求出铜盘在的冷却速率,而（5.4.3） 式中： 为紫铜盘的质量,为铜材的比热容，（5.4.3）式就是紫铜盘在温度为时的散热速率。但要注意，这样求出的是紫铜盘的全部表面暴露于空气中的冷却速率，其散热表面积为（其中分别为紫铜盘的半径与厚度）。然而，在观察测试样品的稳态传热时，盘的上表面（面积为）是被样品覆盖着的。考虑到物体的常见材料导热系数一、固体的导热系数 常用的固体导热系数见表 4-1 。在所有固体中，金属是最好的导热体。纯金属的导热系数一般随温度升高而降低。而金属的纯度对导热系数影响很大，如含碳为 1% 的普通碳钢的导热系数为45W/m · K ，不锈钢的导热系数仅为16 W/m · K 。表 4-1 常用固体材料的导热系数 固体温度，℃导热系数，λ W/m · K 铝300 230 镉18 94 铜100 377 熟铁18 61 铸铁53 48 铅100 33 镍100 57 银100 412 钢 (1%C) 18 45 船舶用金属30 113 青铜189 不锈钢20 16石墨0 151 石棉板50 0.17 石棉0~100 0.15 混凝土0~100 1.28 耐火砖 1.04 ① 保温砖0~100 0.12~0.21 建筑砖20 0.69 绒毛毯0~100 0.047 棉毛30 0.050 玻璃30 1.09 云母50 0.43 硬橡皮0 0.15 锯屑20 0.052 软木30 0.043 玻璃毛-- 0.041 85% 氧化镁-- 0.070 二、液体的导热系数液体分成金属液体和非液体两类，前者导热系数较高，后者较低。在非金属液体中，水的导热系数最大，除去水和甘油外，绝大多数液体的导热系数随温度升高而略有减小。一般来说，溶液的导热系数低于纯液体的导热系数。表 4-2 和图 4-6 列出了几种液体的导热系数值。 表 4-2 液体的导热系数 液体温度，℃导热系数，λ W/m · K 醋酸 50% 20 0.35 丙酮30 0.17 苯胺0~20 0.17 苯30 0.16 氯化钙盐水 30% 30 0.55 乙醇 80% 20 0.24 甘油 60% 20 0.38 甘油 40% 20 0.45 正庚烷30 0.14 水银28 8.36 硫酸 90% 30 0.36 硫酸 60% 30 0.43 水30 0.62导热系数的测试方法和装置-第四章第四章 导热系数的测试方法和装置 一、测试方法分类 二、稳态法 1、 待测试样在一个不随时间而变化的温度场里，当达到热平衡后，一次测出导热系数公式中的值，即可得到导热系数。 2、稳态法实施过程中面对的问题 稳态法测量导热系数是面对的两个根本问题 -要得到一个与建立物理模型是所作的假设相符合的热流图像 1、设计一种装置，把热流约束在规定的方向（沿着一维方向流动） 2、设计各种形状式样，以便于数学描述 3、推导相应的数学公式描述便于制备的样品的热流图像 -待测样品的热流速率 1、测定流过试样的热量 2、测定用来加热试样的热量 稳态法 非稳态法 按热流的状态分 设计一种装置，把热流约束在规定的方向，又可把稳态法分为 纵向热流法 横向热流法 按是否直接测定热流量或功率 绝对法 包括平板法，圆柱体法，圆球体法，椭球体法 比较法 包括纵向热流发，径向热流法，比较器法 t F L Q ???==τλ t grad q -3、同时测定全部或部分的输入热量和热损 4、使热量等同通过待测样和标样 三、非稳态法 试样的温度分布随时间变化，测试时往往是使试样的某一部分温度作突然的或周期性的变化。 测试中的标准样品： -必要性：为缩短研制周期并对测试装置的准确度或误差作必要的验证 -入选标样的要求：在宽广温度范围有良好的物理化学稳定性，易于加工，价格合适 -常用标样： 一种是作为非金属材料即导热系数较小的一类材料的标准样品——多晶32O Al -α 另一种是作为金属材料即导热系数较大的一类材料的标准样品——阿姆可工业纯铁 第三节 平板法 1、平板法是一种试样形状为圆盘形或方板型的纵向热流法，按其是否直接测定热流量或功率，又可分为绝对法和比较法两种。 2、平板法优缺点： 优点：试样容易制备，操作方便；具有相当高的测试准确度和实验温度。 缺点：试样太大，加工困难，径向热损很难减小到最低限度，测试周期长。 因此已被许多国家列为低导热系数材料的标准实验方法。 3、平板内纵向一维热流如何实现 （1）利用试样的低导热系数特点，把试样做的很薄，直径很大。 （2）把试样夹在带有加热器的热板和没有加热器的冷板间，试样冷面和热面的重心区域便有一较好的等温面，等温面之间产生均匀的热流。 4、测定Q 方法很多，直接测主发热器电功率，也可以在试样的冷面用水卡计测定。 5、平板法也可以测纤维或粉末材料的导热系数，试样需要用试样匣，匣盖和匣底均用高热导的金属或碳化硅簿圆片做成。 平板法还可以测导热系数较小的液态物质，注意防止对流传热，控制液体沿热流方向的厚度。 6、导热系数的测试误差随着不同试样和不同温度而变化。一般，热导高的材料，在较低温材料导热系数表材料导热系数表 金属导热系数表（W/mK) 热传导系数的定义为：每单位长度、每K，可以传送多少W的能量，单位为W/mK。其中“W”指热功率单位，“m”代表长度单位米，而“K”为绝对温度单位。该数值越大说明导热性能越好。以下是几种常见金属的热传导系数表： 银429 铜401 金317 铝237 铁80 锡67 铅34.8 各种物质导热系数！ material conductivity K (W/m.K) diamond 钻石2300 silver 银429 cooper 铜401 gold 金317aluminum 铝237 各物质的导热系数 物质温度导热系数物质温度导热系数 亚麻布50 0.09 落叶松木0 0.13 木屑50 0.05 普通松木45 0.08～0.11 海砂20 0.03 杨木100 0.1 研碎软木20 0.04 胶合板0 0.125 压缩软木20 0.07 纤维素0 0.46 聚苯乙烯100 0.08 丝20 0.04～0.05 硫化橡胶50 0.22～0.29 炉渣50 0.84 镍铝锰合金0 32.7 硬质胶25 0.18 青铜30 32～153 白桦木30 0.15 殷钢30 11 橡木20 0.17 康铜30 20.9 雪松0 0.095 黄铜20 70～183 柏木20 0.1 镍铬合金20 12.3～171 普通冕玻璃20 1 石棉0 0.16～0.37 石英玻璃4 1.46纸12 0.06～0.13 燧石玻璃32 0.795 皮棉4.1 0.03 重燧石玻璃12.5 0.78 矿渣棉0 0.05～0.14 精制玻璃12 0.9 毡0.04 汽油12 0.11 蜡0.04 凡士林12 0.184 纸板0.14 “天然气”油12 0.14 皮革0.18～0.19 甘油0 0.276 冰2.22 煤油100 0.12 新下的雪0.1 蓖麻油500 0.18 填实了的雪0.21 橄榄油0 0.165 瓷1.05 已烷0 0.152 石蜡油0.123 二氯乙烷0.147 变压器油0.128 90%硫酸0.354 石油0.14 醋酸18 石蜡0.12 硝基苯0.159 柴油机燃油0.12 二硫化碳0.144 沥青0.699 甲醇0.207 玄武岩2.177 四氯化碳0.106 拌石水泥1.5 三氯甲烷0.121 花岗石2.68～3.35 氨气* 0.022 丙铜0.177 水蒸汽* 0.0235～0.025 苯0.139 重水蒸汽* 0.072不良导体导热系数的测定实验报告-不良导体实验报告非金属固体材料导热系数的测量 2004/04 用热线法测量不良导体导热系数是一种广泛使用的方法，国家对此制定了标准——“非金属固体材料导热系数的测定——热线法”（GB/T 10297-1998）。基本原理如图1所示，在匀质均温的物体内部放置一电阻丝，即热线，对其以恒定功率加热时，热线及其 附近试样的温度将随时间变化。根据时间与温度的变化关系，可以确定该试样的导热系数。[1] [原理简述] 由热传导理论[2]可知，恒定功率的热线对匀质物体进行热传导时，可以用一维柱坐标系的热传导方程对物体的温度场进行描述：r r r t ??+??=??θθθα1122 （1） 边界条件为： 00 =r θ(t =0，r ≥0)，0=∞r θ(t >0，r =)，const.π0=??-==r r q θλ(t >0，r =0)[3] （2） 根据热传导方程和边界条件得到解为：t t e q t t r r t d π4042 ?-=αλθ （3） 其中各物理量含义为，t ：热线的加热时间，单位为s ；r ：距热线的距离，单位为m ；q ：热线单位长度的加热功率，单位为W/m ；t r θ：加热时间t ，距离热线距离r 处的温升，单位为K ； α：试样的热扩散率，单位为m 2/s ；λ：试样的导热系数，单位为W/（m ·K ），对于非金属固体材料，该系数一般小于2 W/（m ·K ）。 假设t r α42 →0，即r →0或αt →∞，利用Euler 公式，忽略展开后二次项以后的各项。如果在不同时间t 1、t 2，测的同一点r 处的温升为1t r θ、2t r θ，则：12ln π412t t q t t r r λθθ=- （4） 根据（4）可以得到试样的导热系数 ()()12121212ln πL 4ln π4t t t t r r r r t t IU t t q θθθθλ-=-= [4] （5） （5）式中，I 、U 分别热线的通电电流（单位为A ）和电压（单位为V ），L 为有效加热长度（单位为m ）。因此，当等时间间隔测量试样的温升时，ln(t 2/t 1)和1 2t t r r θθ-呈线性关系，据此计算试样的导热系数。 [实验设计] 图1、热线法测定非金属固体材料导热系数的原理示意图 试样 热线导热系数测定导热系数测定 一、实验目的和要求 为了使围护结构的热工设计和计算符合实际情况，必须正确确定所用建筑材料的热物理性能系数。一些设计手册和材料手册推荐了这类材料的物理指标固然可供参考，但是甚至同一类和规格的材料，由于产地不同，加工方法不同，其热物理性能往往存在较大的差别，用实测法测定建筑材料的热物理性能系数是获得材料性能的准确数据以解决热工设计问题的一个可靠方法。建筑材料常用的热物理性能系数概括材料的导热系数、导温系数、比热容和蓄热系数。本实验主要进行导热系数测量，加深对一维稳定传热原理热流计测量材料导热系数的原理的理解。 二、实验内容 利用导热仪进行建筑材料的导热系数测量 三、测试原理 将材料试件置于稳定的一维温度场中，根据稳定热流强度、温度梯 度和导热系数之间的关系确定材料的导热系数λ λ=qd/(t1-t2) (t1>t2) 在稳定状态下，装置的中心计量区域内，存在一维恒定热流，通过 测定稳定状态下流过试件计量单元的一维恒定热流量Q、计量单元的面积 m、试件的厚度d、试件冷、热表面的温差（t1-t2），根据上公式便可计算 出试件材料的导热系数。 本实验所用仪器可直接计算并输出结果，并可现场打印。 四、测试设备 JW-Ⅲ型热流计导热仪、钢尺 五、实验步骤 1、制作试件规格300mm×300mm 含量2％的秸秆页岩烧结砖试样一块，厚度39mm 2、安装试样，玻璃罩盖上，启动电源开关。 3、设定热板温度为40℃，为保持冷板25℃温差以上，设定冷板温度10℃。开启工作台前板开关，温度显示器显示冷板水槽内的温度，将拨动开关指向“预置”。 4、打开加热开关。 5、监测热流计输出热电势的变化，其变化值小于±1.5％时，仪器进入稳定状态，此时，每隔15min打印一次，连续四组读数符合给出的热阻差别不超过±1％，并且不是单调地朝一个方向改变时，试验结束。 6、关闭仪器。 六、注意事项 1、冷板温度在室温一下，热板温度在室温以上，并保持温差在25℃以上。 2、恒温水域水槽内应注入蒸馏水，加热器内不得进水。 3、试件表面要求平整，两平面的平面度误差＜0.1mm。对于硬质试件不平度＜0.05mm，平行度误差小于厚度的2%。 4、保证试件表面与仪器充分接触，同时不能太紧，以防改变时间的厚度。 5、仪器进入稳定状态后在进行测量、打印。 6、测试过程中，应用有机玻璃罩罩住，避免室内温度有太大的波动而影响测试温度。 七、实验数据及处理
东南大学材料科学与工程 实验报告 学生姓名 张沐天 班级学号 实验日期 批改教师 课程名称 材料性能测试实验 批改日期 实验名称 材料导热系数测试实验 报告成绩 一、实验目的 1.掌握稳态法测定材料导热系数的方法 2.了解材料导热系数与温度的关系 二、实验原理 不同温度的物体具有不同的内能，同一个物体不同区域如果温度不等，则他们热运动的激烈程度不同，含有的内能也不相同。这些不同温度的物体或区域，在相互靠近或接触时，会以传热的形式交换能量。由于材料相邻部分之间的温差而发生的能量迁移称为热传导。在热能工程、制冷技术、工业炉设计等一系列技术领域中，材料的导热性都是一个重要的问题。 1.材料的导热性及电导率 材料的导热系数是指在稳定传热条件下，1m 厚的材料，两侧表面的温差为1K ，在1s 钟内，通过1m2面积传递的热量，单位为 W/(m ·K)，也叫热导率。热导率λ由简化的傅里叶导热定律 dx dT -q λ 决定。 2.热传导的物理机制 热传导过程就是材料的能量传输过程。在固体中能量的载体可以有自由电子、声子和光子，因此固体的导热包括电子导热、声子导热和光子导热。 1）电子和声子导热 纯金属中主要为电子导热，在合金、半金属或半导体、绝缘体的变化过程中，声子导热所占比例逐渐增大。 2）光子导热 固体中分子、原子和电子的振动、转动等运动状态的改变会辐射出频率较高的电磁波，其中具有较强热效应的是波长在间的可见光与部分近红外光的区域，这部分辐射线称为热射线。热射线的传递过程称为热辐射。 3.影响导热系数的因素 1）温度 金属以电子导热为主，电子在运动过程中将受到热运动的原子和各种晶格缺陷的阻挡，从而形成对热量传输的阻力。 一般来说，纯金属的导热系数一般随温度的升高而降低；而今导热系数一般随温度的升高而升高；玻璃体的导热系数则一般随温度的降低而减小。 2）原子结构 物质的电子结构对热传导有较大影响。具有一个价电子的，导电性能良好的、德拜温度较
常用材料的导热系数表
材料的导热率 傅力叶方程式： Q=KA△T/d, R=A△T/Q Q: 热量，W；K: 导热率，W/mk；A：接触面积；d: 热量传递距离；△T：温度差；R: 热阻值 导热率K是材料本身的固有性能参数，用于描述材料的导热能力。这个特性跟材料本身的大小、形状、厚度都是没有关系的，只是跟材料本身的成分有关系。所以同类材料的导热率都是一样的，并不会因为厚度不一样而变化。 将上面两个公式合并，可以得到 K=d/R。因为K值是不变的，可以看得出热阻R值，同材料厚度d是成正比的。也就说材料越厚，热阻越大。 但如果仔细看一些导热材料的资料，会发现很多导热材料的热阻值R，同厚度d并不是完全成正比关系。这是因为导热材料大都不是单一成分组成，相应会有非线性变化。厚度增加，热阻值一定会增大，但不一定是完全成正比的线性关系，可能是更陡的曲线关系。 根据R=A△T/Q这个公式，理论上来讲就能测试并计算出一个材料的热阻值R。但是这个公式只是一个最基本的理想化的公式，他设定的条件是：接触面是完全光滑和平整的，所有热量全部通过热传导的方式经过材料，并达到另一端。 实际这是不可能的条件。所以测试并计算出来的热阻值并不完全是材料本身的热阻值，应该是材料本身的热阻值+所谓接触面热阻值。因为接触面的平整度、光滑或者粗糙、以及安装紧固的压力大小不同，就会产生不同的接触面热阻值，也会得出不同的总热阻值。 所以国际上流行会认可设定一种标准的测试方法和条件，就是在资料上经常会看到的ASTM D5470。这个测试方法会说明进行热阻测试时候，选用多大的接触面积A，多大的热量值Q，以及施加到接触面的压力数值。大家都使用同样的方法来测试不同的材料，而得出的结果，才有相比较的意义。 通过测试得出的热阻R值，并不完全是真实的热阻值。物理科学就是这样，很多参数是无法真正的量化的，只是一个“模糊”的数学概念。通过这样的“模糊”数据，人们可以将一些数据量化，而用于实际应用。此处所说的“模糊” 是数学术语，“模糊”表示最为接近真实的近似。 而同样道理，根据热阻值以及厚度，再计算出来的导热率K值，也并不完全是真正的导热率值。 傅力叶方程式，是一个完全理想化的公式。我们可用来理解导热材料的原理。但实际应用、热阻计算是复杂的数学模型，会有很多的修正公式，来完善所有的环节可能出现的问题。 总之： a. 同样的材料，导热率是一个不变的数值，热阻值是会随厚度发生变化的。 b. 同样的材料，厚度越大，可简单理解为热量通过材料传递出去要走的路程越多，所耗的时间也越多，效能也越差。 c. 对于导热材料，选用合适的导热率、厚度是对性能有很大关系的。选择导热率很高的材料，但是厚度很大，也是 性能不够好的。最理想的选择是：导热率高、厚度薄，完美的接触压力保证最好的界面接触。 d、使用什么导热材料给客户，理论上来讲是很困难的一件事情。很难真正的通过一些简单的数据，来准确计算出选 用何种材料合适。更多的是靠测试和对比，还有经验。测试能达到产品要求的理想效果，就是最为合适的材料。 e、不专业的用户，会关注材料的导热率；专业的用户，会关注材料的热阻值。
材料导热系数测试实验内部编号：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128）
东南大学材料科学与工程 实验报告 学生姓名 张沐天 班级学号 实验日期 批改教师 课程名称 材料性能测试实验 批改日期 实验名称 材料导热系数测试实验 报告成绩 一、实验目的 1.掌握稳态法测定材料导热系数的方法 2.了解材料导热系数与温度的关系 二、实验原理 不同温度的物体具有不同的内能，同一个物体不同区域如果温度不等，则他 们热运动的激烈程度不同，含有的内能也不相同。这些不同温度的物体或区域， 在相互靠近或接触时，会以传热的形式交换能量。由于材料相邻部分之间的温差 而发生的能量迁移称为热传导。在热能工程、制冷技术、工业炉设计等一系列技 术领域中，材料的导热性都是一个重要的问题。 1.材料的导热性及电导率 材料的导热系数是指在稳定传热条件下，1m 厚的材料，两侧表面的温差为 1K ，在1s 钟内，通过1m2面积传递的热量，单位为 W/(m ·K)，也叫热导率。热导率λ由简化的傅里叶导热定律 dx dT -q λ 决定。 2.热传导的物理机制 热传导过程就是材料的能量传输过程。在固体中能量的载体可以有自由电子、声 子和光子，因此固体的导热包括电子导热、声子导热和光子导热。
1）电子和声子导热 纯金属中主要为电子导热，在合金、半金属或半导体、绝缘体的变化过程中，声子导热所占比例逐渐增大。 2）光子导热 固体中分子、原子和电子的振动、转动等运动状态的改变会辐射出频率较高的电磁波，其中具有较强热效应的是波长在间的可见光与部分近红外光的区域，这部分辐射线称为热射线。热射线的传递过程称为热辐射。 3.影响导热系数的因素 1）温度 金属以电子导热为主，电子在运动过程中将受到热运动的原子和各种晶格缺陷的阻挡，从而形成对热量传输的阻力。 一般来说，纯金属的导热系数一般随温度的升高而降低；而今导热系数一般随温度的升高而升高；玻璃体的导热系数则一般随温度的降低而减小。 2）原子结构 物质的电子结构对热传导有较大影响。具有一个价电子的，导电性能良好的、德拜温度较高的单质都具有较高的导热系数。 3）成分和晶体结构 合金中加入杂质元素将提高热阻，使导热系数降低。杂志原子与基体金属的结构差异较大的元素，对基体导热系数的影响也较大。 4）压强，密度，气孔率等 压强，密度，气孔率等因素也会对材料的导热系数产生影响，影响材料导热系数的因素是复杂的。 4.导热系数的测试方法
实验一固体导热系数的测量 一、实验目的 用稳态法测定出不良导热体的导热系数，并与理论值进行比较。 二、实验器材 TC-3型热导率测定仪、橡胶样品、游标卡尺、冰水、硅油、TW-1型物理天平。 本实验采用杭州富阳精科仪器有限公司生产的型导热系数测定仪，如图5.4.1所示。该仪器采用低于的隔离电压作为加热电源，安全可靠。发热圆盘和散热圆盘的侧面有一小孔，为放置热电偶之用。散热盘放在三个螺旋头上，调节螺旋头可使待测样品盘B的上下两个表面与发热圆盘A和散热圆盘P紧密接触。散热盘下方有一个轴流式风扇，用来快速散热。 两个热电偶的冷端分别插在放有冰水的杜瓦瓶中的两根玻璃管中。热端分别插入发热圆盘A和散热圆盘P的侧面小孔内。冷、热端插入时，涂少量的硅脂，热电偶的两个接线端分别插在仪器面板上的相应插座内。温差电动势用量程为的数字式电压表测量，根据铜—康铜分度表可将温差电动势转换成对应的温度值（附录1）。 仪器设置了数字计时装置，计时范围，分辩率。设置了自动温度控制装置，控制精度，分辨率，供实验时加热温度控制用。 图5.4.1 TC-3型热导系数测定仪 三、实验原理 导热系数是表征物质热传导性质的物理量。材料结构的变化与所含杂质等因素都会对导热系数产生明显的影响，因此，材料的导热系数常常需要通过实验来具体测定。测量导热系数的方法比较多，但可以归并为两类基本方法： 一类是稳态法，另一类为动态法。用稳态法时，先用热源对测试样品进行加热，并在样品内部形成稳定的温度分布，然后进行测量。而在动态法中，待
测样品中的温度分布是随时间变化的，例如按周期性变化等。本实验采用稳态法进行测量。 根据傅立叶导热方程式，在物体内部，取两个垂直与热传导方向、彼此间相距为h、温度分别为，的平行平面（设＞）。若平面面积均为，在时间内通过面积的热量满足式 （1），(5.4.1) 式中为热流量，λ即为该物质的热导率（又称作导热系数），在数值上等于相距单位长度的两平面的温度相差1个单位时，单位时间内通过单位面积的热量，其单位是。 实验中待测样品盘B两个表面与发热盘 A、散放盘P紧密接触，发热器通电后，热量从A盘传到盘，再传到P盘。由于，盘都是良导体，其温度即可以代表盘上、下表面的温度，。，分别由插入，盘边缘小孔热电偶来测量。热电偶的冷端则浸在杜瓦瓶中的冰水混合物中，通过“传感器切换”开关，切换、盘中的热电偶与数字电压表的连接回路。由式（5.4.1）可以知道，单位时间内通过待测样品任一圆截面的热流量为(5.42) 式中为样品的半径，为样品的厚度，当热传导达到稳定状态时，和的值不变，于是通过盘上表面的热流量与由铜盘向周围环境散热的速率相等，因此，可通过铜盘在稳定温度时的散热速率来求出热流量。实验中，在读得稳定时的和后，即可将盘移去，而使盘的底面与铜盘直接接触。当盘的温度上升到高于稳定时的值若干摄氏度后，再将圆盘移开，让铜盘自然冷却。观察其温度T随时间变化情况，然后由此求出铜盘在的冷却速率,而（5.4.3） 式中： 为紫铜盘的质量,为铜材的比热容，（5.4.3）式就是紫铜盘在温度为时的散热速率。但要注意，这样求出的是紫铜盘的全部表面暴露于空气中的冷却速率，其散热表面积为（其中分别为紫铜盘的半径与厚度）。然而，在观察测试样品的稳态传热时，盘的上表面（面积为）是被样品覆盖着的。考虑到物体的
一、固体的导热系数 常用的固体导热系数见表 4-1 。在所有固体中，金属是最好的导热体。纯金属的导热系数一般随温度升高而降低。而金属的纯度对导热系数影响很大，如含碳为 1% 的普通碳钢的导热系数为45W/m · K ，不锈钢的导热系数仅为16 W/m · K 。表 4-1 常用固体材料的导热系数 固体温度，℃导热系数，λ W/m · K 铝300 230 镉18 94 铜100 377 熟铁18 61 铸铁53 48 铅100 33 镍100 57 银100 412 钢 (1%C) 18 45 船舶用金属30 113 青铜189 不锈钢20 16
石墨0 151 石棉板50 0.17 石棉0~100 0.15 混凝土0~100 1.28 耐火砖 1.04 ① 保温砖0~100 0.12~0.21 建筑砖20 0.69 绒毛毯0~100 0.047 棉毛30 0.050 玻璃30 1.09 云母50 0.43 硬橡皮0 0.15 锯屑20 0.052 软木30 0.043 玻璃毛-- 0.041 85% 氧化镁-- 0.070 二、液体的导热系数
液体分成金属液体和非液体两类，前者导热系数较高，后者较低。在非金属液体中，水的导热系数最大，除去水和甘油外，绝大多数液体的导热系数随温度升高而略有减小。一般来说，溶液的导热系数低于纯液体的导热系数。表 4-2 和图 4-6 列出了几种液体的导热系数值。 表 4-2 液体的导热系数 液体温度，℃导热系数，λ W/m · K 醋酸 50% 20 0.35 丙酮30 0.17 苯胺0~20 0.17 苯30 0.16 氯化钙盐水 30% 30 0.55 乙醇 80% 20 0.24 甘油 60% 20 0.38 甘油 40% 20 0.45 正庚烷30 0.14 水银28 8.36 硫酸 90% 30 0.36 硫酸 60% 30 0.43 水30 0.62
第四章 导热系数的测试方法和装置 一、测试方法分类 二、稳态法 1、 待测试样在一个不随时间而变化的温度场里，当达到热平衡后，一次测出导热系数公式中的值，即可得到导热系数。 2、稳态法实施过程中面对的问题 稳态法测量导热系数是面对的两个根本问题 -要得到一个与建立物理模型是所作的假设相符合的热流图像 1、设计一种装置，把热流约束在规定的方向（沿着一维方向流动） 2、设计各种形状式样，以便于数学描述 3、推导相应的数学公式描述便于制备的样品的热流图像 -待测样品的热流速率 1、测定流过试样的热量 2、测定用来加热试样的热量 稳态法 非稳态法 按热流的状态分 设计一种装置，把热流约束在规定的方向，又可把稳态法分为 纵向热流法 横向热流法 按是否直接测定热流量或功率 绝对法 包括平板法，圆柱体法，圆球体法，椭球体法 比较法 包括纵向热流发，径向热流法，比较器法 t F L Q ???==τλ t grad q -
3、同时测定全部或部分的输入热量和热损 4、使热量等同通过待测样和标样 三、非稳态法 试样的温度分布随时间变化，测试时往往是使试样的某一部分温度作突然的或周期性的变化。 测试中的标准样品： -必要性：为缩短研制周期并对测试装置的准确度或误差作必要的验证 -入选标样的要求：在宽广温度范围有良好的物理化学稳定性，易于加工，价格合适 -常用标样： 一种是作为非金属材料即导热系数较小的一类材料的标准样品——多晶32O Al -α 另一种是作为金属材料即导热系数较大的一类材料的标准样品——阿姆可工业纯铁 第三节 平板法 1、平板法是一种试样形状为圆盘形或方板型的纵向热流法，按其是否直接测定热流量或功率，又可分为绝对法和比较法两种。 2、平板法优缺点： 优点：试样容易制备，操作方便；具有相当高的测试准确度和实验温度。 缺点：试样太大，加工困难，径向热损很难减小到最低限度，测试周期长。 因此已被许多国家列为低导热系数材料的标准实验方法。 3、平板内纵向一维热流如何实现 （1）利用试样的低导热系数特点，把试样做的很薄，直径很大。 （2）把试样夹在带有加热器的热板和没有加热器的冷板间，试样冷面和热面的重心区域便有一较好的等温面，等温面之间产生均匀的热流。 4、测定Q 方法很多，直接测主发热器电功率，也可以在试样的冷面用水卡计测定。 5、平板法也可以测纤维或粉末材料的导热系数，试样需要用试样匣，匣盖和匣底均用高热导的金属或碳化硅簿圆片做成。 平板法还可以测导热系数较小的液态物质，注意防止对流传热，控制液体沿热流方向的厚度。 6、导热系数的测试误差随着不同试样和不同温度而变化。一般，热导高的材料，在较低温
材料导热系数表 金属导热系数表（W/mK) 热传导系数的定义为：每单位长度、每K，可以传送多少W的能量，单位为W/mK。其中“W”指热功率单位，“m”代表长度单位米，而“K”为绝对温度单位。该数值越大说明导热性能越好。以下是几种常见金属的热传导系数表： 银429 铜401 金317 铝237 铁80 锡67 铅34.8 各种物质导热系数！ material conductivity K (W/m.K) diamond 钻石2300 silver 银429 cooper 铜401 gold 金317
aluminum 铝237 各物质的导热系数 物质温度导热系数物质温度导热系数 亚麻布50 0.09 落叶松木0 0.13 木屑50 0.05 普通松木45 0.08～0.11 海砂20 0.03 杨木100 0.1 研碎软木20 0.04 胶合板0 0.125 压缩软木20 0.07 纤维素0 0.46 聚苯乙烯100 0.08 丝20 0.04～0.05 硫化橡胶50 0.22～0.29 炉渣50 0.84 镍铝锰合金0 32.7 硬质胶25 0.18 青铜30 32～153 白桦木30 0.15 殷钢30 11 橡木20 0.17 康铜30 20.9 雪松0 0.095 黄铜20 70～183 柏木20 0.1 镍铬合金20 12.3～171 普通冕玻璃20 1 石棉0 0.16～0.37 石英玻璃4 1.46
纸12 0.06～0.13 燧石玻璃32 0.795 皮棉4.1 0.03 重燧石玻璃12.5 0.78 矿渣棉0 0.05～0.14 精制玻璃12 0.9 毡0.04 汽油12 0.11 蜡0.04 凡士林12 0.184 纸板0.14 “天然气”油12 0.14 皮革0.18～0.19 甘油0 0.276 冰2.22 煤油100 0.12 新下的雪0.1 蓖麻油500 0.18 填实了的雪0.21 橄榄油0 0.165 瓷1.05 已烷0 0.152 石蜡油0.123 二氯乙烷0.147 变压器油0.128 90%硫酸0.354 石油0.14 醋酸18 石蜡0.12 硝基苯0.159 柴油机燃油0.12 二硫化碳0.144 沥青0.699 甲醇0.207 玄武岩2.177 四氯化碳0.106 拌石水泥1.5 三氯甲烷0.121 花岗石2.68～3.35 氨气* 0.022 丙铜0.177 水蒸汽* 0.0235～0.025 苯0.139 重水蒸汽* 0.072
非金属固体材料导热系数的测量 2004/04 用热线法测量不良导体导热系数是一种广泛使用的方法，国家对此制定了标准——“非金属固体材料导热系数的测定——热线法”（GB/T 10297-1998）。基本原理如图1所示，在匀质均温的物体内部放置一电阻丝，即热线，对其以恒定功率加热时，热线及其 附近试样的温度将随时间变化。根据时间与温度的变化关系，可以确定该试样的导热系数。[1] [原理简述] 由热传导理论[2]可知，恒定功率的热线对匀质物体进行热传导时，可以用一维柱坐标系的热传导方程对物体的温度场进行描述：r r r t ??+??=??θθθα1122 （1） 边界条件为： 00 =r θ(t =0，r ≥0)，0=∞r θ(t >0，r =)，const.π0=??-==r r q θλ(t >0，r =0)[3] （2） 根据热传导方程和边界条件得到解为：t t e q t t r r t d π4042 ?-=αλθ （3） 其中各物理量含义为，t ：热线的加热时间，单位为s ；r ：距热线的距离，单位为m ；q ：热线单位长度的加热功率，单位为W/m ；t r θ：加热时间t ，距离热线距离r 处的温升，单位为K ； α：试样的热扩散率，单位为m 2/s ；λ：试样的导热系数，单位为W/（m ·K ），对于非金属固体材料，该系数一般小于2 W/（m ·K ）。 假设t r α42 →0，即r →0或αt →∞，利用Euler 公式，忽略展开后二次项以后的各项。如果在不同时间t 1、t 2，测的同一点r 处的温升为1t r θ、2t r θ，则：12ln π412t t q t t r r λθθ=- （4） 根据（4）可以得到试样的导热系数 ()()12121212ln πL 4ln π4t t t t r r r r t t IU t t q θθθθλ-=-= [4] （5） （5）式中，I 、U 分别热线的通电电流（单位为A ）和电压（单位为V ），L 为有效加热长度（单位为m ）。因此，当等时间间隔测量试样的温升时，ln(t 2/t 1)和1 2t t r r θθ-呈线性关系，据此计算试样的导热系数。 [实验设计] 图1、热线法测定非金属固体材料导热系数的原理示意图 试样 热线
导热系数测定 一、实验目的和要求 为了使围护结构的热工设计和计算符合实际情况，必须正确确定所用建筑材料的热物理性能系数。一些设计手册和材料手册推荐了这类材料的物理指标固然可供参考，但是甚至同一类和规格的材料，由于产地不同，加工方法不同，其热物理性能往往存在较大的差别，用实测法测定建筑材料的热物理性能系数是获得材料性能的准确数据以解决热工设计问题的一个可靠方法。建筑材料常用的热物理性能系数概括材料的导热系数、导温系数、比热容和蓄热系数。本实验主要进行导热系数测量，加深对一维稳定传热原理热流计测量材料导热系数的原理的理解。 二、实验内容 利用导热仪进行建筑材料的导热系数测量 三、测试原理 将材料试件置于稳定的一维温度场中，根据稳定热流强度、温度梯 度和导热系数之间的关系确定材料的导热系数λ λ=qd/(t1-t2) (t1>t2) 在稳定状态下，装置的中心计量区域内，存在一维恒定热流，通过 测定稳定状态下流过试件计量单元的一维恒定热流量Q、计量单元的面积 m、试件的厚度d、试件冷、热表面的温差（t1-t2），根据上公式便可计算 出试件材料的导热系数。 本实验所用仪器可直接计算并输出结果，并可现场打印。 四、测试设备 JW-Ⅲ型热流计导热仪、钢尺 五、实验步骤 1、制作试件规格300mm×300mm 含量2％的秸秆页岩烧结砖试样一块，厚度39mm 2、安装试样，玻璃罩盖上，启动电源开关。 3、设定热板温度为40℃，为保持冷板25℃温差以上，设定冷板温度10℃。开启工作台前板
开关，温度显示器显示冷板水槽内的温度，将拨动开关指向“预置”。 4、打开加热开关。 5、监测热流计输出热电势的变化，其变化值小于±1.5％时，仪器进入稳定状态，此时，每隔15min打印一次，连续四组读数符合给出的热阻差别不超过±1％，并且不是单调地朝一个方向改变时，试验结束。 6、关闭仪器。 六、注意事项 1、冷板温度在室温一下，热板温度在室温以上，并保持温差在25℃以上。 2、恒温水域水槽内应注入蒸馏水，加热器内不得进水。 3、试件表面要求平整，两平面的平面度误差＜0.1mm。对于硬质试件不平度＜0.05mm，平行度误差小于厚度的2%。 4、保证试件表面与仪器充分接触，同时不能太紧，以防改变时间的厚度。 5、仪器进入稳定状态后在进行测量、打印。 6、测试过程中，应用有机玻璃罩罩住，避免室内温度有太大的波动而影响测试温度。 七、实验数据及处理
