热物性测试2011讲义.
第五章 材料的热性能PPT课件
➢材料热学性能的物理本质
材料的各种热性能的物理本质，均与晶格振动有关。 材料是由晶体及非晶体组成的。晶体点阵中的质点（原 子、离子）总是围绕着平衡位置作微小振动，从而产生 热量。这种振动称为晶格热振动。晶格热振动以格波的 形式在材料内传播。
晶格热振动是三维的。在三维方向上各质点热运动时动 能的总和，即为该材料的热量。
Cv＝
Q T
v
E T
v
(一) 热容量的经典理论
杜隆－珀替定律：恒压下元素的原子热容为25J/mol·K. 基本假设：①固体中的原子彼此孤立地作热振动；
②原子振动的能量是连续的； 经典统计理论的能量均分定理：
气体分子的热容理论用于固体。每一个简谐振动的平均能 量是kT ，若固体中有N个原子，则有3N个简谐振动，
主要内容热容热膨胀热传导热电性由于材料及其制品都是在一定的温度环境下使用的在使用过程中将对不同的温度作出反映表现出不同的热物理性能这些热物理性能称为材料的热学性能
第五章 材料的热性能
热容 热膨胀 热传导 热电性
主要内容
由于材料及其制品都是在一定的温度环境 下使用的，在使用过程中，将对不同的温度作 出反映，表现出不同的热物理性能，这些热物 理性能称为材料的热学性能。
频率从v到v+dv之间的振子数为g(v)dv,
德拜假设的振动谱区间内共有的振子数为：
max
g( )d 3N
(1)
0
N为单位体积内的原子数
又晶格振动可以看作弹性波在晶体内的传播，
频率分布函数为：
g
(
)
12 3
2
(2)
0
0由30 3
1
3 l
2 决定，
3
l 为纵波传播速度；
基于无限长圆柱热响应的岩土体热物性测试方法
第37卷第2期南京理工大学学报V01．37N o．2呈Q!三生垒旦塑!型堕翌!型堡墨旦型!!!!竺堕皇堡竺!!竺!里!!竺竺生墅垒巳!：2Q!三基于无限长圆柱热响应的岩土体热物性测试方法余延顺，许磊，陈水锋，钱普华(南京理工大学能源与动力工程学院，江苏南京210094)摘要：岩土的热物性参数是影响地源热泵系统设计与运行的重要因素。
该文基于半无限大物体恒热流作用下的非稳态传热理论，通过引入形状修正系数得到恒热流作用下无限长圆柱体的热响应，数据处理获得岩土体导热系数与导温系数的表达式。
应用该理论对扬州市某住宅建筑地源热泵系统地下岩土进行热响应测试，测得岩土的平均导热系数与导温系数分别为1．03W／(m℃)和0．231m m2／s。
实测数据与理论结果吻合良好。
关键词：地源热泵；热响应测试；土壤热物性参数；形状修正系数中图分类号：T U832．1文章编号：1005—9830(2013)02—0305—04M et hod t o det er m i ne soi l t her m o-phys i cal par am et er s based ont her m al r es ponse of i nf i ni t e cyl i nderY u Y a nshun，X u Lei，C hen Shui feng，Q i an Puhua(School of E ne r gy and Pow er E ngi nee ri ng，N U ST，N anj i ng210094，Chi na)A bst r a ct：The soi l t her m o—phys i cal par am et e r s ar e i m por t ant f act or s f or t he des i gn and oper at i on of t hegr ound s our ce heat pu m p sys t em．B ased o n t he uns t ea dy heat t rans f er t heor y of t he se m i—i nfi ni t e body w i t h t he cons t ant heat fl ux，t he t her m a l r es p ons e of t he i nfi ni t e cyl i nder i s pr e sent ed by i nt r oduci n g a s ha pe corr ect i on coef f i ci ent，and t he expr es s i ons of t he soi I t he r m al conducti vi t y a nd t he t her m a l di f fus i vi t y a r e obt ai ned by dat a pr oces s i ng．A ppl yi ng t he pr e sent ed t heor y，a soi l t her m al r esponse t e st of t he gr ound s our ce heat pu m p s ys t em i s pe rf orm ed f or a r es i dent i al bui l di ng l ocat ed i n Y angzhout her m al conducti vi t y a nd t her m al di ff usi vi t y ar e1．03w／(m oC) ci t y．The r esul t s s how t hat t he soi land0．231m l n2／s r es p ect i vel y，and t he t heoret i cal r es ul t s ar e i n good agr ee m ent w i t h t he t e s t．K ey w or ds：gr ound s our ce heat pum p；t he r m al r e spons e t e st；soi l t he r m o-phys i cal par am et e r s；shape cot r eet i on coef fi ci ent s收稿日期：2011—10—3l修回日期：2012—01—16基金项目：国家自然科学基金(50806034)；江苏省“六大人才高峰”资助项目(07一A一015)；南京理工大学自主科研项目(2010Z Y TS047)作者简介：余延顺(1975一)，男，博士，副教授，主要研究方向：空调热泵技术及应用，固体废弃物资源化利用技术，E-m ai l：yuy ans hu n@gm ai l．com。
岩土热物性测试要求
岩土热物性测试要求1.测试前准备：在进行岩土热物性测试之前，必须对测试样品进行充分的准备。
首先，应选择代表性的岩土样品进行测试，避免样品的非均匀性导致测试结果的误差。
其次，应根据需要进行样品的加工，如研磨、筛分等，以保证样品的粒度适宜。
此外，在进行测试之前，还需要对测试仪器和设备进行校准和检查，以确保其状态良好。
2.测试方法选择：岩土热物性测试的方法多种多样，选择合适的测试方法对于测试结果的准确性至关重要。
常用的测试方法包括热导率测试、热扩散系数测试、比热容测试等。
在选择测试方法时，应考虑样品的性质、测试目的以及实验条件等因素，合理选择测试方法并进行必要的修正和补偿。
3.测试环境控制：在进行岩土热物性测试时，对测试环境的控制是十分重要的。
温度、湿度、气体组成等环境因素可能对测试结果产生较大的影响，因此必须进行严格的环境控制。
例如，在进行热传导测试时，应保持测试环境的稳定，并排除外界因素的干扰，以确保测试结果的准确性和可重复性。
4.测试样品状态：岩土热物性测试的样品状态对测试结果会有较大的影响，因此在进行测试时必须对样品状态进行控制和评估。
例如，在进行热导率测试时，样品的饱和度、孔隙度以及颗粒大小等因素会对测试结果产生较大影响，因此需要对样品的这些特性进行准确的测量和评估，并记录相应的数据。
5.数据处理和分析：在完成岩土热物性测试后，需要对测试数据进行准确的处理和分析。
这包括数据的统计处理、曲线拟合、图表绘制等过程。
同时，还应对测试结果进行分析和解释，并与现有的岩土热物性数据进行比较，以验证测试结果的可靠性和合理性。
总之，岩土热物性测试需要遵循一定的要求，以确保测试结果的准确性和可靠性。
在测试前准备工作、测试方法选择、环境控制、样品状态评估以及数据处理和分析等方面，都需要严格按照规范进行操作。
只有这样，才能获得准确有效的岩土热物性测试结果。
热物性测试课件
• 开拓性 • 经济性
节约能源、提高设备热效率、发掘新材料、认识新领域
应用举例
• 元器件的热噪声、响应时间、及各封装器件的膨胀匹配均 与热物性相关；
• 大功率激光器的晶体工作物质导热与导温性能决定其散热 速率；
• 晶体的导热、导温性能是晶格振动的直接反映，通过对其 研究，可获得声子运动、声子间碰撞、散射和声子与晶体 缺陷相互作用的大量信息。
2. 比热容经典理论及测试方法
2.1 热容概述 2.2 热容经典理论 2.3 测试方法
2.1 热容概述
• 单位质量物体温度升高1K所必需的热量，J/(kg.K)。
• 定容比热容 • 定压比热容
cv d T q v dud T pdv v T u v
cpd T qpdhd T vdpp T hp
E3NAkTE0
E0—固体原子处于平衡位置时的能量，为固体的结合能。 则定容比热容
cv T E v3NAk3R2.9 4J4.m 1.K o 1l
适用范围：常温、高温。但无法解释温度趋于0K时Cv→0
➢ 爱因斯坦比热容理论（基于量子理论，晶格振动具有相 同频率）
将NA个将晶格振动看成3NA个具有相同频率ν的孤立 简谐振子，应用普朗克量子理论，每个原子在一个自由
度上的平均振动能量为
h
2
ehhkT1
c v T E v 3 N A T v 3 N A e ET x 2 E eT p x E 1 2 T p
➢ 爱因斯坦比热容理论
c v T E v 3 N A T v 3 N A e ET x 2 E eT p x E 1 2 T p
k波尔兹曼常数?1摩尔理想气体所具有的能量rtiktnie??22热容经典理论?则定容比热容定压比热容表述为??11kmolj2c???rivrtktnea22??rip????????12c2固体比热容适用于原子晶体?成组成晶格振动热激发贡献晶格中自由运动的电子贡献对于铁磁体材料还应包含磁的贡献晶格中自由运动的电子贡献对于铁磁体材料还应包含磁的贡献变变居有分?变峰值与突变相变居里点有序无序转变分子旋转变化顺磁盐的自旋状态间或电子激发态间的转变?晶格比热容经典理论?杜隆铂替定律能量均分原理比热容与温度无关一个含有能量均分原理比热容与温度无关一个含有na个原子的固体具有3na6个自由度由于nagt
热分析实验PPT学习教案
仪器的校
校正的含义 正
校正温度与能量的对应关系
校正的原理
方法：测定标准物质，使测 定值等于理论值
手段：能量、温度区间、温 度绝对值
什么时候需要第校30页正/共57页
31
1. 样品池进行过清理或更
实验中的影响因素
第31页/共57页
32
扫描速度的影响
灵敏度随扫描速度提 高而增加
分辨率随扫描速度提 高而降低
Thermocouples
功率补偿型 DSC
热流型 DSC
第23页/共57页
24
工作原理简图
功率补偿型 DSC
第24页/共57页
热流型 DSC
25
dQ/dt = dQ/dT dT/dt Q ：热量 t ：时间 T ： 温度
dQ/dt： 纵坐标信号， mW；
dT/dt ：程序温度变化速 率，C/min;
u 一般，增塑剂的添加会降低高分子Tg和Tm。
Unplasticized
Plasticized
Heat Flow
100
Temperature
220
(℃)
Effect of Plasticizer on Melting of Nylon 11
第41页/共57页
42
固化过程的研究
u Tg 、固化起点、 固化完成、 固化热 u 最大固化速率
技巧： 第32页/共57页
33
扫描速度的影响
第33页/共57页
34
样品制备的影响
样品几何形状：
样品与器皿的 紧密接触
样品皿的封压：
底面平整、样 品不外露
合适的样品量：
第34页/共57页
灵敏度与分辨
高温物理实验技术的样品处理与测试方法
高温物理实验技术的样品处理与测试方法在高温物理实验技术中，样品的处理和测试方法是非常重要的。
本文将介绍一些常用的样品处理和测试方法，帮助研究人员更好地进行相关实验。
一、样品的处理方法1. 清洗处理：在进行高温实验之前，样品的表面需要进行清洗处理。
这是为了去除表面的杂质和污染物，保证实验结果的准确性。
常用的清洗方法包括超声波清洗、化学清洗和机械清洗等。
超声波清洗是利用超声波的振动作用，将样品表面的污染物震动脱落。
化学清洗则是利用化学试剂的作用，溶解样品表面的污染物。
机械清洗是通过物理刷洗的方式，去除样品表面的污染物。
2. 高温处理：某些样品在高温下会发生结构或性质的变化，因此需要进行高温处理。
高温处理可以通过炉热处理或火焰烧烤的方式进行。
炉热处理是将样品放入高温炉中进行加热，而火焰烧烤则是利用火焰对样品进行加热。
通过高温处理，可以改变样品的晶体结构、物理性质和化学反应性，为后续测试提供更准确的数据。
3. 样品切割：某些样品需要进行切割处理，以获得更适合实验的形状和尺寸。
样品切割可以通过机械切割、电火花切割或激光切割等方式进行。
机械切割是利用机械力将样品切割成所需形状，电火花切割则是利用高压电火花将样品切割成形。
激光切割则是利用激光束将样品切割成形。
通过样品切割，可以得到更加精确的测试样品。
二、样品的测试方法1. 热物性测试：在高温物理实验中，对于样品的热物性参数（如导热系数、热膨胀系数等）需要进行测试。
常用的方法包括热导仪法、差热分析法和热膨胀仪法等。
热导仪法是将样品置于测量装置中，通过测量样品的温度梯度和热流量，计算出样品的导热系数。
差热分析法则是通过测量样品和参比体的温度差异，获得样品的热容量和相变温度。
热膨胀仪法则是通过测量样品在不同温度下的尺寸变化，计算出样品的线膨胀系数。
2. 材料结构测试：对于样品的晶体结构和成分，可以通过X射线衍射、扫描电镜和透射电镜等方法进行测试。
X射线衍射是利用X射线与样品相互作用的原理，分析样品的晶体结构和晶格参数。
食品物性学-食品的热物性ppt课件
精品ppt
8
第一节 食品热物性基础
2. 热性能测试方法
热重分析仪(thermogravimetry, TG)：在程序温度控制下， 测量物质质量与温度之间关系的技术。
精品ppt
9
第一节 食品热物性基础
2. 热性能测试方法
热重曲线精品ppt10第一节 食品热物性基础
2. 热性能测试方法
热重曲线的应用——计算活化能
质量平均温度：为了用一个数值代表加热过程中食品物 体温度的变化，采用质量平均温度比较方便。 比热容
精品ppt
2
第一节 食品热物性基础
2. 热性能测试方法
热分析是在程序温度控制下测量物质的物理化学性质与 温度关系的一类技术。 差示扫描量热仪(differential scanning calorimetry, DSC)： 在温度程序控制下，测量输给物质和参比物的功率差与温度 之间关系的一种技术。
等温条件下的弹性变形可由内能变化和熵变化两者决定。 内能：分子或原子的热运动，即由于原子间结合距离引起 的能量改变。 能弹性：由内能变化所影响的弹性，例如结晶性物质由变 形引起晶格间隔的收缩是典型的能弹性。
熵：体系的混乱的程度。 熵弹性：由熵决定的弹 性部分。
精品ppt
16
感谢亲观看此幻灯片，此课件部分内容来源于网络， 如有侵权请及时联系我们删除，谢谢配合！
精品ppt
13
第二节 食品的传热物性
1. 可加性物性和非可加性物性
可加性物性：由n个成分组成的系统，系统的物性为n个 组分物性的总和，例如比热容、密度等。
非可加性物性：系统的物性不为各自组分物性的总和， 例如电阻、导热系数、分子扩散系数、黏度等。
多成分、非均质分散系统的宏观导热系数，不仅与成分 组成有关，也与这些成分分散的结构有关。平均值无意义。
二元硝酸盐的热物性测试及比热分析
二元硝酸盐的热物性测试及比热分析近年来，二元硝酸盐材料已经成为一种重要的可重复利用的绝缘材料，由于其热阻性能优越，耐热性能好，承受力强，以及在低温应用中的优点，成为当今最受欢迎的绝缘材料之一。
由于其特殊的结构，二元硝酸盐的热物性性质对其应用寿命有着重要的影响。
因此，研究二元硝酸盐的热物性特性和比热性能是非常重要的。
热物性测试是研究材料特性和性能的常见实验方法，有助于全面掌握材料的特征，为材料开发和应用提供有力的依据。
本实验采用加热扫描法对二元硝酸盐进行热物性测试，通过对溶解温度、熔融温度和熔体结构的测量，可以更准确地研究二元硝酸盐的热物性特性。
比热实验是测量材料热物性的另一种实验方法，能够在热物性实验中确定和检验物理性质参数。
本实验通过连续加热观察二元硝酸盐的物性变化，来计算其比热容和比热容系数。
首先，以90度/分钟的加热速率加热，观察二元硝酸盐的溶解温度和熔融温度，计算其熔融熔点的平均值。
然后，用变温熔湿法连续测量熔体结构，观察其熔融温度和熔体结构的变化情况，并计算熔体结构的平均值。
最后，利用比热箱和变温熔湿法确定二元硝酸盐比热容和比热容系数。
实验结果表明，随着温度的升高，二元硝酸盐比热容系数逐渐降低，达到最低值时，达到平均1.89J/(gK)。
在室温时，二元硝酸盐的熔融温度为164℃，溶解温度为157℃，熔体的结构很稳定，其比热容约为2.14J/(gK)，表明二元硝酸盐具有良好的热传导性能。
经过本实验，我们发现二元硝酸盐具有良好的热物性性质。
在此基础上，为了提高二元硝酸盐的热物性性能，可以通过改变结构和组分等方式对其进行改性，以增加热传导性能、耐热性能以及高温抗腐蚀性能。
此外，在其应用时，应注意二元硝酸盐的温度敏感性，以确保其正常使用。
综上所述，本实验的目的是研究二元硝酸盐的热物性特性和比热性能，以期了解二元硝酸盐的热传导性能、耐热性能和抗腐蚀性能，并为材料的改性和应用提供有力的依据。
通过本实验，发现二元硝酸盐具有良好的热物性性质，并能够根据需要进行改性，以提高其热物性性能。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
应用举例 • 元器件的热噪声、响应时间、及各封装器件的膨胀匹配均 与热物性相关； • 大功率激光器的晶体工作物质导热与导温性能决定其散热 速率； • 晶体的导热、导温性能是晶格振动的直接反映，通过对其 研究，可获得声子运动、声子间碰撞、散射和声子与晶体 缺陷相互作用的大量信息。 • 比热容是研究晶格振动、电子分布、磁性材料能级以及分 子中有序-无序的有力工具。 • 比热容和热膨胀出现的异常，为研究包括超导相变、磁导 相变、铁电相变和部分有序-无序相变在内的二级相变提供 了重要的判据。
热物性异常研究意义
• 铁电体导热系数在居里点出现不连续突变（发生铁电 相变），故导温系数与导热系数可作为研究铁电性能 材料铁电相变和确定相变温度（居里点）的一种新方 法。
（5） 热物性测试的特点
• 属于传热逆问题
• 影响热物性的因素很多，很复杂 • 不能进行精确计算，主要依靠实验测定
（6）微纳米材料热物性参数
•
（4） 热物性测业、化工工业、电力输运、电子 技术、石油热采与输运、服装、农林、食品、建筑、航 空航天、生命科学与工程、人体科学 • 基础性 一切热设计和研究具体热过程的基础；工程热物理专业 基础课程 • 开拓性 • 经济性 节约能源、提高设备热效率、发掘新材料、认识新领域
（2） 为什么要研究热物性参数？
目标：揭示物质的载热能力和热输运能力。 意义： 评价、衡量材料能否适用于具体热过程的技术依据； 对热过程进行研究、计算和工程设计的关键参数； 揭示与研究材料的相变、缺陷、微裂纹和晶化等微观 结构变化的重要手段。
（3）什么是热物性学？ 热物性学是研究物质的热物理性质的理论。 • 热物性的影响因素： 化学成分，物质形态, 结构，晶格振动，分子热运动， 杂质分布，气孔率，气孔大小及分布 热物性学研究内容： 宏观热物性与微观结构的联系； 不同工作状态下的变化规律； 热物性测定方法（包括测试方法的物理模型、测试原理、 试验装置、数据处理、误差分析）
有关热物理性能测试的科研项目
• 熔盐相变蓄热材料热物性测试新方法研究.国家自然科学基 金项目 • 高密度电子封装传热过程的计算机仿真与优化及无铅焊料 和导电胶的热物性测定.中瑞政府间科技合作项目 • 高密度电子封装传热的全息仿真及无污染焊料的热物性测 试.高等学校博士学科点专项科研基金 • 金属相变过程固、液相熔点热物性动态测定方法.国家自然 科学基金项目 • 利用相界面移动速率测定热物性的研究. 国家教委回国人 员基金项目 • 有色金属及合金熔点温度下导热系数测定方法和装置.中国 有色金属工业总公司
热物性举例
• 热导率（导热系数，thermal conductivity): , W/(m.K), （经验感知）其值小，隔热，节能，如炉壁 • 导温系数 （热扩散率，thermal diffusivity): a ,m2/s，其 值大，均温快，温差小 • 比热（specific heat): c，值大，蓄热多，如热风炉；值 小，升温快，如轻质炉衬 • 热膨胀系数（coefficient of thermal expansion, CTE)： , 值大，热应力大: 双金属测温，热失配现象； • 表面发射率（emissivity)： 值大，辐射传热多，炉内 壁加涂料,外壁涂银粉隔热，无惰性炉
现代热物性测试方法
主要内容
1. 热物性测试方法概述 2. 物质的比热容与规律性 3. 比热的测试方法和装置 4. 物质的热导率及其规律性 5. 热导率测试方法和装置 6. 热扩散率的测试方法和装置 7 热膨胀系数测定方法
参考文献
• 胡 芃 ，陈泽韶 . 量热技术和热物性测定【第二版】[M]. 合肥：中 国科学技术大学出版社. 2009. • 黄 素 逸 ， 周 怀 春 . 现 代 热 物 理 测 试 技 术 [M]. 北 京 ： 清 华 大 学 出 版 社.2008. • 张靖周.高等传热学[M].北京：科学出版社.2009. • 奚同庚. 无机材料热物性学[M] . 上海科学技术出版社.1981. • 蔡明忠. 金属低温热学和电学性质[M]. 北京: 冶金工业出版社.1990. • 中国金属学会，中国有色金属学会.金属物理性能及测试方法[M].北京： 冶金工业出版社. • 曹玉璋，邱绪光.实验传热学[M].北京：国防工业出版社.1998. • 刘静.微米/纳米尺度传热学[M].北京：科学出版社.2001. • 材料热物性测试实验指导书 . 杭州精科仪器有限公司。 • [美] Y.S. 杜洛金著. 奚同庚 王梅华等译: 固体热物理性质导论—理 论和测量[M].中国计量出版社.1987 . • K.D. Magic et al. Compendium of Thermophysical Property Measurement Methods. New York：plenum Press , 1984 • J .E.Parrott, A.D.Stuckes. Thermal Conductivity of solids. London,1975 .
1. 序言
（1）什么是热物理性能（热物性） ？ 材料的热物理性能 (thermophysical property) 是指材 料在热学过程中所表现出来的反映各种热力学特性 的参数的总称，它系统地反映了材料的载热能力和 热输运能力。 密度、比热、热导率、热扩散率、熔解热、热膨胀 系数、粘度、表面发射率与吸收率、熔点、沸点