利用瞬态热线法测量固体导热系数
北极熊毛纤维的导热系数
北极熊毛纤维的导热系数王青利;谢慧丽;何吉欢【摘要】利用瞬态热线法固体导热系数仪测定了北极熊毛纤维的导热系数,测量精度为±3％.用推荐物质硼硅玻璃和不锈钢对该测量仪器在283～353 K的温度范围内进行了检验,得到的结果与硼硅玻璃和不锈钢导热系数推荐值的绝对平均偏差分别为0.78％和0.91％.用该仪器分别测量了北极熊毛纤维在温度区间为230～313 K、自然状态和加压状态下垂直纤维轴向和任意方向的导热系数,并将实验数据拟合成关于温度和压力的导热系数方程,实验数据与拟合方程计算值在垂直轴向和任意方向的最大偏差分别为0.132 300％和0.139 936％,绝对平均偏差分别为0.059 312％和0.052 844％.【期刊名称】《毛纺科技》【年(卷),期】2012(040)009【总页数】6页(P59-64)【关键词】北极熊毛纤维;瞬态热线法;导热系数【作者】王青利;谢慧丽;何吉欢【作者单位】东华大学纺织学院,上海201620;鹤壁职业技术学院食品工程学院,河南鹤壁458030;苏州大学现代丝绸国家工程实验室,江苏苏州215123【正文语种】中文【中图分类】TS102.319北极熊毛由大连老虎滩极地馆提供，是取自2岁大雄性幼北极熊的毛发。
XIA－TC－THW－S03热线法固体导热系数仪(西安夏溪电子科技有限公司)，XIA －TCSensor－03传感器(西安夏溪电子科技有限公司)，Hotwire for solids 2.0导热系数自动测试软件(西安夏溪电子科技有限公司)。
导热系数测量有多种方法，而瞬态热线法是目前公认的测量流体导热系数最好的方法，具有测量时间短、测量精度高、适用范围广等优点。
由于瞬态热线法的测量时间极短，在被测介质发生自然对流之前就能完成测量，可以避开对流的影响，因此特别适用于流体导热系数测量。
此外，瞬态热线法的适用范围极宽，除稀薄气体及临界附近外都可以进行测量。
从2002年开始，有许多文献都在描述用于测量气体和液体导热系数的瞬态热线法技术在固体上的独特应用［13—18］。
热线法测量导热系数
热线法测量导热系数1.导热系数测定原理热物性是物质在受热过程中表现出来的属性一般都用宏观的方法研究与测热物性测定的一个共同特点是人为地安排一个热过程，然后对热过程进行测所直接测量的物理量有温度、时间、长度、质量、电流、电压等，再根据一关系式计算出热物性，因而热物性测定属于间接测定。
导热系数是物质重要物性参数，其测定方法的研究是通过建立适当的物理模型，根据热量传递理行数学分析，导出直接测量的物理量与导热系数之间的关系，并借助于误差，指导改进试验方案的设计和提高导热系数测定值的精度[1]。
对所有材料而言，凡是能为下式（傅立叶导热方程式）的特解提供所需边界条件的任何仪器，都可测定导热系数。
式中，ρ为密度，c 为比热容，z y x λλλ、、分别对应x 、y 、z 方向上的导热系数。
对于各向同性的介质，方程简化为由推测的温度分布随时间的变化函数关系计算出热扩散率，然后再根据热容确定导热系数λ。
对于各种导热系数的测定方法，概括起来就是确定一个导热过程的物理模型，并导出描述这一过程规律的微分方程，求在一定单值条件下微分方程的解，在实验中要满足这些条件，最后将测量结果带入微分方程的解中，进而求得微分方程中的物性参数λ的值。
2 导热系数测定方法在实际工程中，各种固体材料的导热系数相差很大，其变化范围从与已知气体一样低的数值到比气体的导热系数高几个数量级。
对于高电导率余属，可以观测到其导热系数是相当之高。
因而在实际导热系数λ的测试研究中，必须应用各种极为不同的方法来测量各种不同固体材料的导热系数。
由于物理模型、实验方案及实验装置的不同，有许多导热系数的测定方法，如果按照热流状态分，可分为稳态法和非稳态两大类，也有两者结合的综合法，详述如下。
稳态法是在待测试样上温度分布达到稳定后进行实验测量，其分析的出发点是稳态导热微分方程。
这种方法的特点是实验公式简单，实验时间长，需要测量热流量和若干点的温度。
在稳态法中将直接测量热流量的方法称为绝对法，通过测量参比试样的温度梯度，间接测定热流量的方法称为比较法。
导热系数(热线法)检测方案
导热系数（热线法）检测方案1 检测方案目的本检测方案是为了规范非金属固体材料的导热系数（热线法）的检测。
2 适用范围本标准适用于导热系数小于2W/(m·K)的各向同性均质非金属固体材料导热系数的测定，不适用于导电的非金属材料(如碳化硅)。
3 编制依据GB/T 10297-2015《非金属固体材料导热系数的测定热线法》4 使用设备导热系数使用设备：热线法平板导热仪5 试验方法5.1 试验环境5.1.1 在室温下测定时，用隔热罩将试样与周围空间隔离，减少周围空气温度变化对试件的影响。
在高于或低于室温条件下测定时，试样与测量探头的组合体应放在加热炉或低温箱中。
5.2 样品制备5.2.1 试样为两块尺寸不小于40mm×80mm×114mm的互相叠合的长方体或为两块横断面直径不小于80mm，长度不小于114mm的半圆柱体叠合成的圆柱体；5.2.2 试样互相叠合的平面应平整，其不平度应小于0.2%，且不大于0.3 mm，以保证热线与试样及试样的两平面贴合良好。
对于致密、坚硬的试样，需在其叠合面上铣出沟槽，用来安放测量探头。
沟槽的宽度与深度必须与测量探头的热线和热电偶丝直径相适应。
用从被测量试样上取下的细粉末加少量的水调成粘结剂，将测量探头嵌粘在沟槽内，以保证良好的热接触。
粘好测量探头的试样，需经干燥后方能测试，有面层或表皮层的材料，应取芯料进行测量。
5.3 试样干燥处理欲测定干燥状态的导热系数，应将试件在烘箱中烘至恒重，然后用塑料袋密封放入干燥器内降至室温(一般需8h)。
待试件中内外温度均匀一致后，迅速取出，安装测定探头，在2h内完成测定工作。
5.3.1 粉末状和颗粒材料对粉末状和颗粒材料的测定，使用两个内部尺寸不小于80 mm×114 mm×40 mm的盒子。
其下层是一个带底的盒子，将待测材料装填到盒中，并与其上边沿平齐，然后将测量探头放在试样上。
上层的盒子与下层的内部尺寸相同，但无底。
热线法在导热系数测量中的应用
图 2 测量探头示 意图 Fig. 2 Scheme of measuring probe
34
物理测试
第 23 卷
/ ( W m- 1 K- 1 )
表 1 导热系数的 测量结果 Table 1 Measured thermal conductivity
1 热线法的测试原理
热线法的基本原理是在实验材料中间, 放置一 根细长的金属加热丝( 即所谓的∀ 热线#) 。加热丝温
度升高的速度与实验材料的热物理参数有关。设实
验材料为均值、常物性、具有初始均匀温度的无限大
介质, 其导热系数为 、导温系数为 、比热为 c 、密
度为 !、金属加热丝为无限长的线热源。并且与 Z 轴重合, 热丝 单 位长 度 上 的加 热 功率 为 q。 当 时
3 用 O rigin 7. 0 处理分析数据
本实验数据处理的关键是直线拟合。最小二乘 法直线拟合是处理实验数据常用的方法, 主要内容 包括: ( 参数估计。 ) 评价变量的相关程度。 ∗ 估
计拟合变量以及直线方程参数的方差或标准差。 + 若被测量的是斜率与截距之比, 还应估计出比值的 标准差。一般来说, 全部计算上述内容的工作量较 大, 手工计算不仅繁琐, 且误差较大。
同时进行直线拟合, 求出拟 合直线的 斜率, 即得到
A , 就可以按式( 9) 计算出导热系数 。本实验采用
Or
ig
in
7.的值。
2 测试装置
热线法测定装置如图 1 所示, A、B 点距试样边 缘的距离最好在 10 mm 左右, 距测温热电偶的距离 应不小于 60 mm。电源 选用稳定的直流 稳流电源 ( 输出值的变化小于 0 3% ) ; 电流表和电 压表的精 度都为 1/ 1 000; 测温仪测量热线升温的分辨力不低 于 0 02 。测量探头由热线和焊在其上的热电偶 组成, 如图 2 所示。
导热系数的测量方法研究现状与发展趋势
Applied Physics 应用物理, 2018, 8(7), 301-308Published Online July 2018 in Hans. /journal/apphttps:///10.12677/app.2018.87038Research Status and Development Trend of Thermal Conductivity MeasurementMethodsXiang Zhang, Zhenyu Huang, Li Xu, Quankun Xu, Kan Kan, Guoguang WuGuangdong Provincial Key Laboratory of Modern Geometric and Mechanical Metrology Technology,Guangdong Provincial Institute of Metrology, Guangzhou GuangdongReceived: Jun. 20th, 2018; accepted: Jul. 2nd, 2018; published: Jul. 10th, 2018AbstractThis article describes the importance of thermal conductivity in the fields of aerospace, micro-electronics, materials science, petrochemicals, iron and steel metallurgy, building energy conser-vation, etc., introduces the measurement method of derivative coefficients, the research process of thermal conductivity measurement methods, the current situation, and looks forward to the de-velopment trend of thermal conductivity measurement technology.KeywordsThermal Conductivity, Transient Method, Research Progress, Development Tendency导热系数的测量方法研究现状与发展趋势张向，黄振宇，徐立，徐全坤，阚侃，吴国光广东省计量科学研究院广东省现代几何与力学计量技术重点实验室，广东广州收稿日期：2018年6月20日；录用日期：2018年7月2日；发布日期：2018年7月10日摘要本文阐述了导热系数在航空航天、微电子技术、材料科学、石油化工、钢铁冶金、建筑节能等领域的重要性，介绍了导数系数的测量方法、国内外对导热系数测量方法研究过程、目前状况，展望了导热系数测量技术研究的发展趋势。
瞬态热线法导热系数测量实验数据处理方法的研究
瞬态热线法导热系数测量实验数据处理方法的研究潘江;林娜;王玉刚;徐旭【摘要】A method for data analysis for thermal conductivity measurement using transient hot-wire method is present. Numerical simulation is introduced in data processing. Finite volume method is used to solve the control equations. The finial result is obtained by comparison of the simulated temperature curve with the ezperimental temperature curve. The presented method is very effective for ezperimental data analysis. The correct result could be gotten with much less data points,which is very helpful for the design of ezperimental system.%为克服瞬态热线法导热系数测量中实验数据处理一般方法的弊端，将数值模拟引入实验数据处理过程，并通过比较理论计算曲线与实验曲线的符合程度来获得最终的实验结果。
通过不同方法对实验数据处理结果的比较分析表明，所使用的方法可以更好地处理瞬态热线法导热系数测量数据，同时，与传统方法相比，采用较少的数据点即可得到正确的结果。
研究结果不仅可以改进瞬态热线法导热系数实验数据的分析方法，而且对实验系统的设计与搭建也有借鉴意义。
【期刊名称】《计量学报》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】5页(P384-388)【关键词】计量学;导热系数;瞬态热线法;数据处理;数值模拟;有限容积法【作者】潘江;林娜;王玉刚;徐旭【作者单位】中国计量学院，浙江杭州 310018; 浙江省流量计量技术研究重点实验室，浙江杭州 310018;中国计量学院，浙江杭州 310018;中国计量学院，浙江杭州 310018; 浙江省流量计量技术研究重点实验室，浙江杭州 310018;中国计量学院，浙江杭州 310018; 浙江省流量计量技术研究重点实验室，浙江杭州310018【正文语种】中文【中图分类】TB94导热系数是表征物质热传导能力的热物理参数，其作为一个物质的基础热物性参数，在生产、科研及日常生活中均有着广泛的应用。
热线法测量导热系数
热线法测量导热系数1.导热系数测定原理热物性是物质在受热过程中表现出来的属性一般都用宏观的方法研究与测热物性测定的一个共同特点是人为地安排一个热过程，然后对热过程进行测所直接测量的物理量有温度、时间、长度、质量、电流、电压等，再根据一关系式计算出热物性，因而热物性测定属于间接测定。
导热系数是物质重要物性参数，其测定方法的研究是通过建立适当的物理模型，根据热量传递理行数学分析，导出直接测量的物理量与导热系数之间的关系，并借助于误差，指导改进试验方案的设计和提高导热系数测定值的精度[1]。
对所有材料而言，凡是能为下式（傅立叶导热方程式）的特解提供所需边界条件的任何仪器，都可测定导热系数。
式中，ρ为密度，c 为比热容，z y x λλλ、、分别对应x 、y 、z 方向上的导热系数。
对于各向同性的介质，方程简化为由推测的温度分布随时间的变化函数关系计算出热扩散率，然后再根据热容确定导热系数λ。
对于各种导热系数的测定方法，概括起来就是确定一个导热过程的物理模型，并导出描述这一过程规律的微分方程，求在一定单值条件下微分方程的解，在实验中要满足这些条件，最后将测量结果带入微分方程的解中，进而求得微分方程中的物性参数λ的值。
2 导热系数测定方法在实际工程中，各种固体材料的导热系数相差很大，其变化范围从与已知气体一样低的数值到比气体的导热系数高几个数量级。
对于高电导率余属，可以观测到其导热系数是相当之高。
因而在实际导热系数λ的测试研究中，必须应用各种极为不同的方法来测量各种不同固体材料的导热系数。
由于物理模型、实验方案及实验装置的不同，有许多导热系数的测定方法，如果按照热流状态分，可分为稳态法和非稳态两大类，也有两者结合的综合法，详述如下。
稳态法是在待测试样上温度分布达到稳定后进行实验测量，其分析的出发点是稳态导热微分方程。
这种方法的特点是实验公式简单，实验时间长，需要测量热流量和若干点的温度。
在稳态法中将直接测量热流量的方法称为绝对法，通过测量参比试样的温度梯度，间接测定热流量的方法称为比较法。
瞬态热线法测定冷却液的导热系数
2018年第45卷第3期合成润滑材料SYNTHETIC LUBRICANTS35D O I:10.3969/j.issn.1672-4364.2018.03.011瞬态热线法测定冷却液的导热系数樊秀菊(中国石化润滑油有限公司北京研究院，北京100085)摘要：瞬态热线法测定流体介质的导热系数具有精确和快速的特点。
考察了 TC3000L导热系数测量仪的相对偏差 和平均重复性。
TC3000L导热系数测量仪的相对偏差在±0.5%以内，平均重复性在-0.012%~0.006%之间，测定结果准确，重复性良好。
冷却液的导热系数随温度的升高而增加，同一冰点不同类型冷却液的导热系数相差不大，在0.40W/(m*K)左右。
测定冷却液的导热系数，可以为冷却液的配方设计打下基础，指导冷却液的开发。
关键词：瞬态热线法冷却液导热系数中图分类号：TE 626.3+9 文献标志码：A0引言导热系数是指在稳定的传热条件下，在1m厚 介质的两侧表面温差为1K(或1丈）时，1s内通过 1m2介质传递的热量。
导热系数与介质的组成、结 构、密度、含水率及温度等因素有关。
导热系数是反 映介质换热能力的主要参数。
一般情况下，固体的 导热系数比液体的导热系数大，液体的导热系数又 要比气体的导热系数大。
冷却液主要由乙二醇、水和添加剂组成，主要 应用于汽车发动机、发电机组、变流器及冷却塔等 设备的冷却系统中，通过冷却液在系统内循环，将文章编号=1672-4364(2018)03-0035-04多余的热量带走，保证设备在适宜的温度下稳定工 作[1-3]。
作为一种传热介质，测定冷却液的导热系 数，了解冷却液的热传导能力，对冷却液的开发和 冷却系统的设计均有重要的指导意义[4"5]。
采用瞬态热线法测定了在不同温度下同一种 冷却液的导热系数和在同一温度下不同冷却液的 导热系数，为冷却液的开发奠定基础。
1导热系数的测定原理一般来讲，测定液体导热系数的主要方法有热 线法、激光闪射法、平面热源法和保护平板法，这几 种测定方法的比较见表1。