热导池原理图
上图是热导池的示图，把一根电阻率较大的而且温度系数也较大的电阻丝，张紧悬吊在一个导热性能良好的圆筒形金属壳体的中心，在壳体的两端有气体进出口，圆筒内充满待测气体，电阻丝上通以恒定的电流加热。由于电阻丝通过的电流是恒定的，电阻上单位时间内所产生的热量也是定值。当待测样品气体以缓慢的速度通过池室时，电阻丝上的热量将会由气体以热传导的方式传给池壁。当气体的传热速率与电流在电阻丝上的发热率相等时（这中状态称为热平衡，电阻丝的温度就会稳定在某一个数值上，这个平衡温度决定了电阻丝的阻值。如果混合气体中待测组分的浓度发生变化，混合气体的热导率也随之变化，气体的导热速率和电阻丝的平衡温度也将随之变化，最终导致电阻丝的阻值产生相应变化，从而实现了气体热
导率与电阻丝阻值之间变化量的转换。
热导式气体分析仪的热敏元件主要有半导体敏感元件和金属电阻丝两类。半导体敏感元件体积小、热惯性小，电阻温度系数大,所以灵敏度高,时间滞后小。在铂线圈上烧结珠形金属氧化物作为敏感元件，再在内电阻、发热量均相等的同样铂线圈上绕结对气体无反应的材料作为补偿用元件。这两种元件作为两臂构成电桥电路，即是测量回路。半导体金属氧化物敏感元件吸附被测气体时，电导率和热导率即发生变化，元件的散热状态也随之变化。元件温度变化使铂线圈的电阻变化，电桥遂有一不平衡电压输出，据此
可检测气体的浓度。
电桥原理图
常用测量桥路图
一
常用测量桥路图二
测量臂是样品气流通的热导池，参比臂是封装参比气的热导池。参比臂的作用如下：
测量臂通过对流和辐射作用散失的热量与参比臂相差无几，两者相互抵消，则热丝阻值变化主要取决于热传导，即气体热导能力的变化。当环境温度变化引起热导池臂温度变化时，参比臂与测量臂同向变化，相互抵消，有利于削弱环境温度变化对测量结果的影响。改变参比气浓度，电桥检测的下限浓度也随之改变，
便于改变仪器的测量范围。
3.4热导式气体分析仪的调整和维护注意事项
热导式气体分析仪调校时应注意的问题：
1）分析期必定期校准。
2）分析期必须预热至稳定。
3）桥压和桥流要达到规定值。
3）标准气中的背景气热导率要与实际被发行气体的背景气热导率相同，否则要修正。
4）标准气流速要等于工作时被测气体流速。
5）要准确校准时，需多校几点
热导式气体分析仪对零点气和量程气的要求：
1）零点气待测组分浓度等于或略高于量程下限值，而且其背景气组分应与工艺中背景气组分性质相同
或接近。
2）量程气待测组分浓度等于满量程的90%或接近工艺控制指标浓度，而且其背景气组分应与工艺中背
景气组分性质相同或接近。
热导式气体分析仪热丝电流大小对测量的影响：
增大热丝电流可以提高热导式分析器的灵敏度。但是电流加大后，热丝温度亦升高，从而增加了辐射
热损失，降低了精度。同时电流加大将减少热丝寿命、增大噪声、降低可靠性。所以热丝电流选多大，
是需要综合考虑的。
热导式气体分析仪“显示仪表示值不稳”的处理方法:
具体的原因是检测器温控系统感温元件故障。处理方法是在感温元件与池体插孔的缝隙中填满并塞紧
铝箔，以提高测温元件的感温灵敏度。
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 三、气体的导热系数 气体的导热系数随温度升高而增大。在通常的压力范围内，其导热系数随压力变化很小，只有在压力大于 196200kN/m 2 ，或压力小于 2.67 kN/m 2 (20mmHg) 时，导热系数才随压力的增加而加大。故工程计算中常可忽略压力对气体导热系数的影响。气体的导热系数很小，故对导热不利，但对保温有利。常见的几种气体的导热系数值见表 4-3 。(精品)热阻及热导率的测量方法热阻及热导率测试方法 范围 本方法规定了导热材料热阻和热导率的测试方法。本方法适用于金属基覆铜板热 阻和导热绝缘材料热阻和热导率的测试。 术语和符号 术语 热触热阻 contact resistance 是测试中冷热两平面与试样表面相接触的界面产生热流量所需的温差。接触热阻 的符号为R I 面积热流量areic heat flow rate 指热流量除以面积。 符号 下列符号适用于本方法。 λ：热导率，W/（m﹒K）； A：试样的面积，m 2 ； H：试样的厚度，m； Q：热流量，W 或者 J/s； q：单位面积热流量，W/ m 2 ； R：热阻，（K﹒m 2 ）/W。 原理 本方法是基于测试两平行等温界面中间厚度均匀试样的理想热传导。 试样两接触界面间的温 度差施加不同温度，使得试样上下两面形成温度梯度，促使热流量全部垂直穿过试样测试表 面而没有侧面的热扩散。 使用两个标准测量块时本方法所需的测试： T1＝高温测量块的高温，K； T2＝高温测量块的低温，K； T3＝低温测量块的高温，K； T4＝低温测量块的低温，K； A＝测试试样的面积，m 2 ； H＝试样的厚度，m。 基于理想测试模型需计算以下参数： T H：高温等温面的温度，K； T C：低温等温面的温度，K； Q：两个等温面间的热流量 热阻：两等温界面间的温差除以通过它们的热流量，单位为（K﹒m 2 ）/W； 热导率：从试样热阻与厚度的关系图中计算得到，单位为W/(m.K)。接触热阻存在于试样表面与测试面之间。 接触热阻随着试样表面特性和测试表面施加给试样 的压力的不同而显著变化。因此，对于固体材料在测量时需保持一定的压力，并宜对压力进 行测量和记录。热阻的计算包含了试样的热阻和接触热阻两部分。 试样的热导率可以通过扣除接触热阻精确计算得到。 即测试不同厚度试样的热阻，用热阻相 对于厚度作图，所得直线段斜率的倒数为该试样的热导率，在厚度为零的截取值为两个接触 界面的接触热阻。如果接触热阻相对于试样的热阻非常小时（通常小于1％），试样的热导率 可以通过试样的热阻和厚度计算得出。 通过采用导热油脂或者导热膏涂抹在坚硬的测试材料表面来减小接触热阻。 仪器 符合本测试方法的一般特点要求的仪器见图A.1和图A.2。 该套仪器增加测厚度及压力监测等 功能，加强了测试条件的要求来满足测试精度需要。 仪器测试表面粗糙度不大于0.5μm；测试表面平行度不大于5μm。 精度为1μm归零厚度测试仪（测微计、LVDT、激光探测器等）。 压力监测系统。 图A.1 使用卡路里测量块测试架 图A.2 加热器保护的测量架 热源可采用电加热器或是温控流体循环器。主热源部分必需采用有保护罩进行保护， 保护罩 与热源绝缘，与加热器保持±0.2K的温差。避免热流量通过试样时产生热量损失。无论使用 哪一种热源，通过试样的热流量可以用测量块测得。 热流量测量块由测量的温度范围内已知其热导率的高热导率材料组成。为准确测量热流量， 必须考虑热传导的温度灵敏度。推荐测量块材料的热导率大于50 W/(m.K)。 通过推算测量块温度与测试表面的线性关系（Fourier传热方程），确定测量块的热端和冷端 的表面温度。 冷却单元通常是用温度可控的循环流体冷却的金属块，其温度稳定度为±0.2 K。 试样的接触压力通过测试夹具垂直施加在试样的表面上，并保持表面的平行性和对位。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，所耗的非良导体热导率的测量带实验数据处理本科实验报告 （阅） 实验名称:非良导体热导率的测量 实验11 非良导体热导率的测量 【实验目的和要求】 1.学习热学实验的基本知识和技能。 2.学习测量非良导体热导率的基本原理的方法。 3.通过做物体冷却曲线和求平衡温度下物体的冷却速度，加深对数据图事法的理解。 【实验原理】 热可以从温度高的物体传到温度低的物体，或者从物体的高温部分传到低温部分，这种现象叫做热传递。热传递的方式有三种：传导，对流和辐射。 设有一厚度为l、底面积为S?的薄圆板，上下两底面的温度T ，T 不相等，且T1＞T2，则有热量自上底面传乡下底面（见图1），其热量可以表示为 (1)图1 测量样品 式中，为热流量，代表单位时间里流过薄圆板的热量；为薄圆板内热流方向上的温度梯度，式中的负号表示热流方向与温度梯度的方向相反；为待 测薄圆板的热导率。 如果能保持上下两底面的温度不变（稳恒态）和传热面均匀，则，于是 (2) 得到 关键1.使待测薄圆板中的热传导过程保持为稳恒态。 2.测出稳恒态时的。 1．建立稳恒态 为了实现稳恒态，在试验中将待测薄圆板B置于两个直径与B相同的铝圆柱A,C 之间，且紧密接触，（见图2）。 图二测量装置 C内有加热用的电阻丝和用作温度传感器的热敏电阻，前者被用来做热源。首先，可由EH-3数字化热学实验仪将C内的电阻丝加热，并将其温度稳定在设定的数值上。B的热导率尽管很小，但并不为零，固有热量通过B传递给A，使A的温度T A逐渐升高。当T A高于周围空气的温度时，A将向四周空气中散发热量。由于C的温度恒定，随着A的温度升高，一方面通过C通过B流向A的热流速率不断减小，另一方面A向周围空气中散热的速率则不断增加。当单位时间内A 从B 获得的热量等于它向周围空气中散发的热量时，A的温度就稳定不变了。 2.测量稳恒态时的 因为流过B的热流速率就是A从B获的热量的速率，而稳恒态时流入A的热流速率与它散发的热流速率相等，所以，可以通过测A在稳恒态时散热的热流速率来测。当A单独存在时，它在稳恒温度下向周围空气中散热的速率为 （3） 式中，为A的比热容；为A的质量；n=T=T2成为在稳恒温度T2时的冷却速度。 A的冷却速度可通过做冷却曲线的方法求得。具体测法是：当A、C已达稳恒态后，记下他们各自的稳恒温度T2,T1后，再断电并将B移开。使A，C接触数秒钟，将A 的温度上升到比T2高至某一个温度，再移开C，任A自然冷却，当TA降到比T2约高To（℃）时开始计时读数。以后每隔一分钟测一次TA,直到TA 低于T2约To（℃）时止。测的数据后，以时间t为横坐标，以TA为纵坐标做A 的冷却曲线，过曲线上纵坐标为T2的点做此曲线的切线，则斜率就是A在TA 的自然冷却速度，即 （4） 于是有（5） 但要注意，A自然冷却时所测出的与试验中稳恒态时A散热是的热流速率是不同的。因为A在自然冷却时，它的所有外表面都暴漏在空气中，都可以 散热，而在实验中的稳恒态时，A的上表面是与B接触的，故上表面是不散热的。由传热定律：物体因空气对流而散热的热流速率与物体暴露空气中的表面积成正比。设A的上下底面直径为d，高为h，则有 （6）常用材料的导热系数表材料的导热 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。热波法测热导率热波法测热导率 实验仪器：（注明规格和型号） 本实验使用RB-1型热导率动态测量仪，包括主机、控制单元、记录单元三大部分。 1. 主机：棒状样品及热电偶阵列，脉动热源，冷却装置 2. 控制单元 3. 记录系统 实验目的： 1. 学习一种测量热导率的方法 2. 了解动态法测量热导率的特点和优点 3. 认识热波，加强对波动理论的认识实验原理简述： 1. 导热微分方程的建立 热传导是指发生在固体内部或静止流体内部的热量交换过程 为使问题简化, 假设样品为棒状, 热量沿一维传播; 在棒上取微元 x→x+dx, 如图中所示. 根据Fourrier导热定律, 单位时间内流过某垂 直于热流方向, 面积为A的热量, 即热流为: 其中q为热流, 表示等温面上沿温度降低方向单位时间内传递的热 量; K为热导率, 表示单位时间内在单位长度上温度降低1K时, 单位 面积上通过的热量; 而在Δt时间内通过截面A流入小体积元dV=Adx的热量为： ，而小体积元升高温度ΔT所需要的热量为： 在无外界条件变化的情况下，以上两式应当相等，联立以上两 式，可以得到： ，并可以由此推知热流方程： 其中D=K/cρ为热扩散率。 该热流方程的解将给出材料上各点温度随时间的变化，解的具 体形式还将取决于边界条件2. 方程求解 若使热端的温度围绕T0作简谐变化：T=T0+Tm*sinωt，而另一端无反射并且保持恒定温度T0，则可以得到原微分方程的解为并且由上式可以得到热波的波长，热波在棒中的传播速度为因而，在被测样品棒热端温度的周期变化角频率ω已知的情况下，只要测出热波的波速或波长，就可以计算出热扩散率D，进而计算出热导率K。导热系数的测定导热系数的测定 一、实验目的 1．理解导热系数稳态测量方法的特点，掌握双向平板法的测量原理。 2．学会使用NK-III 100E型双试件热导率测定仪，测量并计算石英玻璃板的导热系数。 二、导热系数的测定原理 本实验所用的仪器为NK-III 100E型双试件热导率测定仪，装置原理如图1。按一维稳态的傅立叶公式，在均质试材内部λ=-Q/[A（dt/dn）]，式中dt/dn为温度梯度；由于试件的内部温度梯度dt/dn无法直接测得，因此导热系数无法用测试装置简单测出。在NK-III 100E型双试件热导率测定装置中可以测得的是热 面温度T 1，冷面温度T 2 和经过试件的热流量Q，此外就是冷热面的间距即试件厚 度δ。将dt/dn=（T 2-T 1 ）/δ代入傅立叶公式，得到λ =Qδ/[A（T 1 -T 2 ）]，便可 以计算出材料的导热系数。 图1：双试件导热系数测试装置原理示意图 A=计量面加热器 B=计量面面板 C=防护加热器 D=防护面 E=冷却单元 Es=冷却单元 F=温度平衡检测热偶 G=加热单元表面热偶H=冷却单元表面热偶 I=试件 P=加压机构 1 2 3 4 5 6 7 8为测温点三、实验步骤 1、试件一式两块，尺寸与装置型号一致厚度不超过指标规定限度，两面尽可能加工到平整。不平衡度不超过试件厚度的1%，两块试件厚度相差不超过2%. 2.将测试装置一面的压紧装置取下，拿出冷却器，取出前次试件，置入按步（1）制备后的试件一块（放在热板边上四个卡子中间），注意放试件时，热板板面必须清洁，不能夹入周围保温材料或其它杂质，试件就位后轻轻在边上掀按，若无摇动，即可将冷却器盖上（注意冷板热偶勿夹入），装上压簧机构，调节压紧螺旋，使压紧弹簧指示器指示规定指标处。 3.将装置旋过180度，在另一面按步骤2装上另一试件。 4.接上冷却器进出水管，注意调节水量的夹子应在进水一侧，两面的出水管各自回到恒温水浴（不可并成一路回路），按需要将装置固定于水平和垂直位置（以试件位置为准）。 5.将装置接线面板上标明计量加热器，防护加热器，热偶等接线柱按图5的原则分别与电工仪表和稳压电源及电位差计等妥善连接，把所附热偶接点（公共参考点）浸入至少一公升容量的冰瓶内，注意：冰瓶内必须全部是冰屑和水的混合物，整个测验过程中需经常检查，如融化太多，必须加冰屑并排水。因实验条件有限，现在我们用自来水代替。 6.此时电位差计检查所有8个测温点，此时8点读数应基本一致，相互偏差不超过10微伏。 7.事先按试件大致的导热系数值，以温差为30℃-70℃，100E型计量面直径为0.05m。已知试件厚度，计算计量面加热器所需功率，接通电源，将计量面加热器的输入功率调节到上述计算值，防护加热器输入功率暂按主炉（计量面加热器）功率的2倍计算。 8.冷面温度用自来水冷却，预先调节到冷面温度。 9.立即记录开始加热时间、各表读数等，除第一小时外，以后每隔15分钟到20分钟记录一次。记录内容包括：8点测温读数（精确到0.1微伏），加热器各自的电流电压，室温及各种情况（如停电XX分钟，冰瓶加冰，加热器从XX 电流XX电压调到XX电流XX电压，故障等等）。 10.从第2次记录开始，可按不平衡温差情况调节主炉或环炉（只调一个加热器），按热板两面试件温差情况，调节一个冷却器的水流量（要求两面温差尽可能相等，差别不超过2%）。 11.步骤10以后第2次记录时，根据上述调节以后的情况变化，继续观察或再作调节，但调节不可频繁。 12.经过步骤10和11达到平衡（即不平衡温差在限度以下两试件温差差别在2%以后）后，若连续四次记录的试件温度改变率不超过±1%（功率不变），即认为达到稳定状态。导热系数测量方法导热系数测量方法（一） 导热系数测试方法，分为稳态法和瞬态法（又称为非稳态法）两类； 稳态法有：平板法、护板法、热流计法、热箱法等 瞬态法有：热线法、探针法、热盘法、热带法、激光法等 各种导热系数测试方法，有其自身的适用范围。由于物质具有固、液、气三种状态，不同状态时，其导热系数会差异很大；而不同状态时导热系数的测量也会有很大的不同； 相比于固体、液体和气体的导热系数测量更加困难，因为流体状态物质内更容易发生自然对流，温度场会很快发生变化，需要采集的速度相当快（如1秒），以避开自然对流的影响，所以对于仪器的要求会更高。 稳态法是指当待测试样上温度分布达到稳定后，即试样内温度分布是不随时间变化的稳定的温度场时，通过测定流过试样的热量和温度梯度等参数来计算材料的导热系数的方法。它是利用稳定传热过程中，传热速率等于散热速率的平衡条件来测量导热系数。 稳态法具有原理清晰、模型简单、可准确直接地获得热导率绝对值等优点，并适于较宽温区的测量；缺点是实验条件苛刻、测量时间较长、对样品要求较高；为了获得准确的热流，需要严格保证测试系统的绝热条件，附设补偿加热器并增加保温措施，以减小漏热损失；为了保证一维导热，通常对样品的尺寸要求较大，而且为了保证整个受热面温度场的均匀一致，对样品表面的平整度要求较高。 稳态法主要用于测量固体材料，特别是低导热系数材料（如保温材料）的导热系数，而要把它用于研究湿材料，如生物质、土壤等会遇到很大困难，因为试样会由于长时间保证一定的温度场而引起含湿量的变化将导致试样物性的改变，这将导致导热系数的测量结果不正确。而将稳态法用于液体导热系数的测量，更是非常困难，由于流体在温度梯度下产生自然对流，即使在一维热流下也难以做到纯粹的一维导热。 热流计法为相对测量方法，通常需要参比样品，且参比样品的导热系数测量必须由更高精度的方法或仪器获得，且热流计法的测量准确度永远不会高于参考样品的导热系数测量准确度；同时，热流计的应用范围应在参比样品导热系数数值附近区域，否则将引起较大误差； 激光法是获得热扩散系数的方法，如果需要获得导热系数，还需要有其他方法测量得到的密度值和比热值，然后带入公式计算得到导热系数，其导热系数的不确定度与上述三个物理量的测量准确度相关。常见材料导热系数(史上最全版)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，又称为热导率，单位为W/mK。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。不同成分的导热率差异较大，导致由不同成分构成的物料的导热率差异较大。单粒物料的导热性能好于堆积物料。 稳态导热：导入物体的热流量等于导出物体的热流量，物体内部各点温度不随时间而变化的导热过程。 非稳态导热：导入和导出物体的热流量不相等，物体内任意一点的温度和热含量随时间而变化的导热过程，也称为瞬态导热过程。 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1度（K,°C）,在1秒内，通过1平方米面积传递的热量，用λ表示，单位为瓦/米·度 导热系数与材料的组成结构、密度、含水率、温度等因素有关。非晶体结构、密度较低的材料，导热系数较小。材料的含水率、温度较低时，导热系数较小。 通常把导热系数较低的材料称为保温材料(我国国家标准规定，凡平均温度不高于350℃时导热系数不大于0.12W/(m·K)的材料称为保温材料），而把导热系数在0.05瓦/米摄氏度以下的材料称为高效保温材料。 导热系数高的物质有优良的导热性能。在热流密度和厚度相同时，物质高温侧壁面与低温侧壁面间的温度差，随导热系数增大而减小。锅炉炉管在未结水垢时，由于钢的导热系数高，钢管的内外壁温差不大。而钢管内壁温度又与管中水温接近，因此，管壁温度（内外壁温度平均值）不会很高。但当炉管内壁结水垢时，由于水垢的导热系数很小，水垢内外侧温差随水垢厚度增大而迅速增大，从而把管壁金属温度迅速抬高。当水垢厚度达到相当大（一般为1~3毫米）后，会使炉管管壁温度超过允许值，造成炉管过热损坏。对锅炉炉墙及管道的保温材料来讲，则要求导热系数越低越好。一般常把导热系数小于0。8x10的3次方瓦/（米时·摄氏度）的材料称为保温材料。例如石棉、珍珠岩等填缝导热材料有:导热硅脂、导热云母片、导热陶瓷片、导热矽胶片、导热双面胶等。主要作用是填充发热功率器件与散热片之间的缝隙，通常看似很平的两个面,其实接触面积不到40%,又因为空气是不良导热体，导热系数仅有0.03w/m.k,填充缝隙就是用导热材料填充缝隙间的空气. 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 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。 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。西安交大物理仿真实验实验报告(良导体热导率的动态法测量)西安交通大学 大学物理仿真实验报告 姓名：杨萌 班级：核工程23 学号：2120302084 日期：2013.11.25实验名称：良导体热导率的动态法测量 一．实验目的 1．通过实验学会一种测量热导率的方法。 2．解动态法的特点和优越性。 3．认识热波，加强对拨动理论的理解。 二．实验原理 实验采用热波法测量铜、铝等良导体的热导率。简化问题，令热量沿一维传播，周边隔热,如图1所示。根据热传导定律，单位时间内流过某垂直于传播方向上面积A 的热量，即热流为 x T KA t q ??-=?? （1） 其中K 为待测材料的热导率，A 为截面积，文中x T ??是温度对坐标x 的梯度,负号表示热量流动方向与温度变化方向相反．dt 时间内 通过面积A 流入的热量 d x d t x T KA dt t q t q dq dx x x 22??=?? ??????? ????-??? ????=+ 图1 棒 元 若没有其他热量来源或损耗，据能量守恒定律，dt 时间内流入面积A 的热量等于温度升高需要的热量dt t T Adx c dq ?? ? ????=ρ，其中C ，ρ分别为材料的比热容与密度。所以任一时刻棒元热平衡方程为 （2）dx x T K t T dx C 22??=??ρ 由此可得热流方程 22x T D t T ??=?? （3） 其中ρC K D =，称为热扩散系数． 式（3）的解将把各点的温度随时间的变化表示出来，具体形式取决于边界条件，若令热端的温度按简谐变化，即 t T T T m ωsin 0+= （4） 其中T m 是热端最高温度，ω 为热端温度变化的角频率。另一端用冷水冷却，保持恒定低温o T ，则式（3）的解也就是棒中各点的温度为 )sin(202x t e T x T T D x m D ωωαω-?+-=- （5） 其中T 0是直流成分，α是线性成分的斜率，从式（5）中可以看出： 1) 热端(x=0)处温度按简谐方式变化时，这种变化将以衰减波的形式在棒内向冷端传播，称为热波． 2) 热波波速：ωD V 2= （6） 3) 热波波长：ωπλD 22= （7） 因此在热端温度变化的角频率已知的情况下，只要测出波速或波长就可以计算出 D ．然后再由ρ C K D =计算出材料的热导率K ．本实验采用.式（6）可得 ωρC K V 22= 则T C V f C V K πρπρ4422== （8） 其中，f 、T 分别为热端温度按简谐变化的频率和周期．实现上述测量的关键是： 1) 热量在样品中一维传播．2) 热端温度按简谐变化． 三．实验仪器导热系数的测定导热系数的测定 导热系数(热导率)是反映材料导热性能的物理量，它不仅是评价材料的重要依据，而且是应用材料时的一个设计参数，在加热器、散热器、传热管道设计、房屋设计等工程实践中都要涉及这个参数。因为材料的热导率不仅随温度、压力变化，而且材料的杂质含量、结构变化都会明显影响热导率的数值，所以在科学实验和工程技术中对材料的热导率常用实验的方法测定。 测量热导率的方法大体上可分为稳态法和动态法两类。本测试仪采用稳态法测量不同材料的导热系数，其设计思路清晰、简捷、实验方法具有典型性和实用性。测量物质的导热系数是热学实验中的一个重要内容。 【实验目的】 1、了解热传导现象的物理过程 2、学习用稳态平板法测量材料的导热系数 3．学习用作图法求冷却速率 4、掌握一种用热电转换方式进行温度测量的方法 【实验仪器】 1、YBF-3导热系数测试仪一台 2、冰点补偿装置一台 3、测试样品（硬铝、硅橡胶、胶木板）一组 4、塞尺一把 【仪器简介】 仪器的面板图 上面板图 下面板图 加热温度的设定：①．按一下温控器面板上设定键（S ），此时设定值（SV ）显示屏一位数码管开始闪烁。 ②. 根据实验所需温度的大小，再按设定键（S ）左右移动到所需设定的位置，然后通过加数键（▲）、减数键（▼）来设定好所需的加热温度。 ③．设定好加热温度后，等待8秒钟后返回至正常显示状态。 仪器的连接 连线图 从铜板上引出的热电偶其冷端接至冰点补偿器的信号输入端，经冰点补偿后由冰点补偿器的信号输出端接到导热系数测定仪的信号输入端。 【实验原理】 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 0 处取一个垂直截面积d S （如图1）以 表示在Z 处的温度梯度，以 表示在该处的传热速率（单位时间内通过截面积d S 的热量），那么传导定律可表示成： (S1-1) 式中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）。式中比例系数λ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面积截面的热量。 利用（S1-1）式测量材料的导热系数λ，需解决的关键问题两个：一个是 在材料内造成一个温度梯度 ，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率 。 1、关于温度梯度 为了在样品内造成一个温度的梯度分布，可以把样品加工成平板状，并把它 dt ds dz dT dQ Z ?-=0)(λdz dT dt dQ dz dT dt dQ dz dT常见材料导热系数常见材料导热系数 Revised as of 23 November 2020一、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300230 镉1894 铜100377 熟铁1861 铸铁5348 铅10033 镍10057 银100412 钢 (1%C)1845 船舶用金属30113 青铜 189 不锈钢2016石墨0151 石棉板50 石棉0~100 混凝土0~100 耐火砖① 保温砖0~100~ 建筑砖20 绒毛毯0~100 棉毛30 玻璃30 云母50 硬橡皮0 锯屑20 软木30 玻璃毛-- 85% 氧化镁-- 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 丙酮30 苯胺0~20 苯30 氯化钙盐水 30%30 乙醇 80%20 甘油 60%20 甘油 40%20 正庚烷30 水银28 硫酸 90%30 硫酸 60%30 水30导热系数的测量实验报告导热系数的测量实验报 告 内部编号：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128）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常用材料的导热系数表完整版常用材料的导热系数表 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】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热导率测量仪器热导率测量仪器 保护热流计测量方法 DTC-300 导热仪用于测量各种材料的导热系数，包括高分子材料，陶瓷，复合材料，玻璃，橡胶，一些金属，及其他的具有低、中等导热系数的材料。仅需要比较小的样品。非固体材料，如糊状材料或液体，也可以通过使用特殊的容器得到测量。薄膜也可以使用多层技术准确的得到测量。该仪器遵循ASTM E1530标准。 ●把一个样品放置两个表面抛光的金属板即上板和下板之间，给整个的叠积体均匀的加载，上板和下板控制在不同的温度上。 ●下板的表面是定标过得热流传感器的一部分。 ●在叠积体的轴向方向建立温度梯度，热流从上板经过样品流向底部的散热体。 ●当达到热平衡后，测量样品上下板表面的温度差，热流传感器的读数，以及已知的样品的厚度，就可以计算出导热系数。 DTC-300 导热仪的特点 每一台DTC-300都在出厂前都使用已知热阻的若干个样品定标，覆盖指定的区域。接触热阻可以通过在叠积体上施加可重复的气动载荷，在叠积体的各接触面使用传热膏的手段保持很小。在叠积体的周围有一个热保护炉，用来降低试样边界的横向热损对测量精度的影响。对于在室温以下的测量，系统配有密封舱，用干燥的空气冲洗舱内以达到没有湿度的环境。通过使用特制的容器，可以测量高分子材料直到熔融状态。一般，完成一个温度点下的测量需要45到60分钟。 ●保护热流计方法 ● -20℃— 300℃●完全计算机控制操作 ●50毫米直径的样品 ●遵循ASTM E 1530 灵活的温度/样品选项 如果使用自来水供给散热器，样品的测量温度是在50℃附近。若要覆盖仪器的全部温度范围，需要选用冷水循环器，可以使散热器的温度达到-10℃。仪器可以操作在三个不同的热阻范围区间中的一种模式，不同的模式可互相转换。 系统软件 每个DTC-300系统包括Windows? 下的操作及数据处理软件（不包括计算机）。操作者需要指定有关实验参数，包括样品的尺寸和测量温度，仪器会在不需要操作者任何的参与下自动运行直到实验结束，打印或绘出导热系数的测量结果及图表。
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 三、气体的导热系数 气体的导热系数随温度升高而增大。在通常的压力范围内，其导热系数随压力变化很小，只有在压力大于 196200kN/m 2 ，或压力小于 2.67 kN/m 2 (20mmHg) 时，导热系数才随压力的增加而加大。故工程计算中常可忽略压力对气体导热系数的影响。气体的导热系数很小，故对导热不利，但对保温有利。常见的几种气体的导热系数值见表 4-3 。
热阻及热导率测试方法 范围 本方法规定了导热材料热阻和热导率的测试方法。本方法适用于金属基覆铜板热 阻和导热绝缘材料热阻和热导率的测试。 术语和符号 术语 热触热阻 contact resistance 是测试中冷热两平面与试样表面相接触的界面产生热流量所需的温差。接触热阻 的符号为R I 面积热流量areic heat flow rate 指热流量除以面积。 符号 下列符号适用于本方法。 λ：热导率，W/（m﹒K）； A：试样的面积，m 2 ； H：试样的厚度，m； Q：热流量，W 或者 J/s； q：单位面积热流量，W/ m 2 ； R：热阻，（K﹒m 2 ）/W。 原理 本方法是基于测试两平行等温界面中间厚度均匀试样的理想热传导。 试样两接触界面间的温 度差施加不同温度，使得试样上下两面形成温度梯度，促使热流量全部垂直穿过试样测试表 面而没有侧面的热扩散。 使用两个标准测量块时本方法所需的测试： T1＝高温测量块的高温，K； T2＝高温测量块的低温，K； T3＝低温测量块的高温，K； T4＝低温测量块的低温，K； A＝测试试样的面积，m 2 ； H＝试样的厚度，m。 基于理想测试模型需计算以下参数： T H：高温等温面的温度，K； T C：低温等温面的温度，K； Q：两个等温面间的热流量 热阻：两等温界面间的温差除以通过它们的热流量，单位为（K﹒m 2 ）/W； 热导率：从试样热阻与厚度的关系图中计算得到，单位为W/(m.K)。
接触热阻存在于试样表面与测试面之间。 接触热阻随着试样表面特性和测试表面施加给试样 的压力的不同而显著变化。因此，对于固体材料在测量时需保持一定的压力，并宜对压力进 行测量和记录。热阻的计算包含了试样的热阻和接触热阻两部分。 试样的热导率可以通过扣除接触热阻精确计算得到。 即测试不同厚度试样的热阻，用热阻相 对于厚度作图，所得直线段斜率的倒数为该试样的热导率，在厚度为零的截取值为两个接触 界面的接触热阻。如果接触热阻相对于试样的热阻非常小时（通常小于1％），试样的热导率 可以通过试样的热阻和厚度计算得出。 通过采用导热油脂或者导热膏涂抹在坚硬的测试材料表面来减小接触热阻。 仪器 符合本测试方法的一般特点要求的仪器见图A.1和图A.2。 该套仪器增加测厚度及压力监测等 功能，加强了测试条件的要求来满足测试精度需要。 仪器测试表面粗糙度不大于0.5μm；测试表面平行度不大于5μm。 精度为1μm归零厚度测试仪（测微计、LVDT、激光探测器等）。 压力监测系统。 图A.1 使用卡路里测量块测试架 图A.2 加热器保护的测量架 热源可采用电加热器或是温控流体循环器。主热源部分必需采用有保护罩进行保护， 保护罩 与热源绝缘，与加热器保持±0.2K的温差。避免热流量通过试样时产生热量损失。无论使用 哪一种热源，通过试样的热流量可以用测量块测得。 热流量测量块由测量的温度范围内已知其热导率的高热导率材料组成。为准确测量热流量， 必须考虑热传导的温度灵敏度。推荐测量块材料的热导率大于50 W/(m.K)。 通过推算测量块温度与测试表面的线性关系（Fourier传热方程），确定测量块的热端和冷端 的表面温度。 冷却单元通常是用温度可控的循环流体冷却的金属块，其温度稳定度为±0.2 K。 试样的接触压力通过测试夹具垂直施加在试样的表面上，并保持表面的平行性和对位。
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
本科实验报告 （阅） 实验名称:非良导体热导率的测量 实验11 非良导体热导率的测量 【实验目的和要求】 1.学习热学实验的基本知识和技能。 2.学习测量非良导体热导率的基本原理的方法。 3.通过做物体冷却曲线和求平衡温度下物体的冷却速度，加深对数据图事法的理解。 【实验原理】 热可以从温度高的物体传到温度低的物体，或者从物体的高温部分传到低温部分，这种现象叫做热传递。热传递的方式有三种：传导，对流和辐射。 设有一厚度为l、底面积为S?的薄圆板，上下两底面的温度T ，T 不相等，且T1＞T2，则有热量自上底面传乡下底面（见图1），其热量可以表示为 (1)
图1 测量样品 式中，为热流量，代表单位时间里流过薄圆板的热量；为薄圆板内热流方向上的温度梯度，式中的负号表示热流方向与温度梯度的方向相反；为待 测薄圆板的热导率。 如果能保持上下两底面的温度不变（稳恒态）和传热面均匀，则，于是 (2) 得到 关键1.使待测薄圆板中的热传导过程保持为稳恒态。 2.测出稳恒态时的。 1．建立稳恒态 为了实现稳恒态，在试验中将待测薄圆板B置于两个直径与B相同的铝圆柱A,C 之间，且紧密接触，（见图2）。 图二测量装置 C内有加热用的电阻丝和用作温度传感器的热敏电阻，前者被用来做热源。首先，
可由EH-3数字化热学实验仪将C内的电阻丝加热，并将其温度稳定在设定的数值上。B的热导率尽管很小，但并不为零，固有热量通过B传递给A，使A的温度T A逐渐升高。当T A高于周围空气的温度时，A将向四周空气中散发热量。由于C的温度恒定，随着A的温度升高，一方面通过C通过B流向A的热流速率不断减小，另一方面A向周围空气中散热的速率则不断增加。当单位时间内A 从B 获得的热量等于它向周围空气中散发的热量时，A的温度就稳定不变了。 2.测量稳恒态时的 因为流过B的热流速率就是A从B获的热量的速率，而稳恒态时流入A的热流速率与它散发的热流速率相等，所以，可以通过测A在稳恒态时散热的热流速率来测。当A单独存在时，它在稳恒温度下向周围空气中散热的速率为 （3） 式中，为A的比热容；为A的质量；n=T=T2成为在稳恒温度T2时的冷却速度。 A的冷却速度可通过做冷却曲线的方法求得。具体测法是：当A、C已达稳恒态后，记下他们各自的稳恒温度T2,T1后，再断电并将B移开。使A，C接触数秒钟，将A 的温度上升到比T2高至某一个温度，再移开C，任A自然冷却，当TA降到比T2约高To（℃）时开始计时读数。以后每隔一分钟测一次TA,直到TA 低于T2约To（℃）时止。测的数据后，以时间t为横坐标，以TA为纵坐标做A 的冷却曲线，过曲线上纵坐标为T2的点做此曲线的切线，则斜率就是A在TA 的自然冷却速度，即 （4） 于是有（5） 但要注意，A自然冷却时所测出的与试验中稳恒态时A散热是的热流速率是不同的。因为A在自然冷却时，它的所有外表面都暴漏在空气中，都可以 散热，而在实验中的稳恒态时，A的上表面是与B接触的，故上表面是不散热的。由传热定律：物体因空气对流而散热的热流速率与物体暴露空气中的表面积成正比。设A的上下底面直径为d，高为h，则有 （6）
材料的导热 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
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。
热波法测热导率 实验仪器：（注明规格和型号） 本实验使用RB-1型热导率动态测量仪，包括主机、控制单元、记录单元三大部分。 1. 主机：棒状样品及热电偶阵列，脉动热源，冷却装置 2. 控制单元 3. 记录系统 实验目的： 1. 学习一种测量热导率的方法 2. 了解动态法测量热导率的特点和优点 3. 认识热波，加强对波动理论的认识
实验原理简述： 1. 导热微分方程的建立 热传导是指发生在固体内部或静止流体内部的热量交换过程 为使问题简化, 假设样品为棒状, 热量沿一维传播; 在棒上取微元 x→x+dx, 如图中所示. 根据Fourrier导热定律, 单位时间内流过某垂 直于热流方向, 面积为A的热量, 即热流为: 其中q为热流, 表示等温面上沿温度降低方向单位时间内传递的热 量; K为热导率, 表示单位时间内在单位长度上温度降低1K时, 单位 面积上通过的热量; 而在Δt时间内通过截面A流入小体积元dV=Adx的热量为： ，而小体积元升高温度ΔT所需要的热量为： 在无外界条件变化的情况下，以上两式应当相等，联立以上两 式，可以得到： ，并可以由此推知热流方程： 其中D=K/cρ为热扩散率。 该热流方程的解将给出材料上各点温度随时间的变化，解的具 体形式还将取决于边界条件
2. 方程求解 若使热端的温度围绕T0作简谐变化：T=T0+Tm*sinωt，而另一端无反射并且保持恒定温度T0，则可以得到原微分方程的解为并且由上式可以得到热波的波长，热波在棒中的传播速度为因而，在被测样品棒热端温度的周期变化角频率ω已知的情况下，只要测出热波的波速或波长，就可以计算出热扩散率D，进而计算出热导率K。
导热系数的测定 一、实验目的 1．理解导热系数稳态测量方法的特点，掌握双向平板法的测量原理。 2．学会使用NK-III 100E型双试件热导率测定仪，测量并计算石英玻璃板的导热系数。 二、导热系数的测定原理 本实验所用的仪器为NK-III 100E型双试件热导率测定仪，装置原理如图1。按一维稳态的傅立叶公式，在均质试材内部λ=-Q/[A（dt/dn）]，式中dt/dn为温度梯度；由于试件的内部温度梯度dt/dn无法直接测得，因此导热系数无法用测试装置简单测出。在NK-III 100E型双试件热导率测定装置中可以测得的是热 面温度T 1，冷面温度T 2 和经过试件的热流量Q，此外就是冷热面的间距即试件厚 度δ。将dt/dn=（T 2-T 1 ）/δ代入傅立叶公式，得到λ =Qδ/[A（T 1 -T 2 ）]，便可 以计算出材料的导热系数。 图1：双试件导热系数测试装置原理示意图 A=计量面加热器 B=计量面面板 C=防护加热器 D=防护面 E=冷却单元 Es=冷却单元 F=温度平衡检测热偶 G=加热单元表面热偶H=冷却单元表面热偶 I=试件 P=加压机构 1 2 3 4 5 6 7 8为测温点
三、实验步骤 1、试件一式两块，尺寸与装置型号一致厚度不超过指标规定限度，两面尽可能加工到平整。不平衡度不超过试件厚度的1%，两块试件厚度相差不超过2%. 2.将测试装置一面的压紧装置取下，拿出冷却器，取出前次试件，置入按步（1）制备后的试件一块（放在热板边上四个卡子中间），注意放试件时，热板板面必须清洁，不能夹入周围保温材料或其它杂质，试件就位后轻轻在边上掀按，若无摇动，即可将冷却器盖上（注意冷板热偶勿夹入），装上压簧机构，调节压紧螺旋，使压紧弹簧指示器指示规定指标处。 3.将装置旋过180度，在另一面按步骤2装上另一试件。 4.接上冷却器进出水管，注意调节水量的夹子应在进水一侧，两面的出水管各自回到恒温水浴（不可并成一路回路），按需要将装置固定于水平和垂直位置（以试件位置为准）。 5.将装置接线面板上标明计量加热器，防护加热器，热偶等接线柱按图5的原则分别与电工仪表和稳压电源及电位差计等妥善连接，把所附热偶接点（公共参考点）浸入至少一公升容量的冰瓶内，注意：冰瓶内必须全部是冰屑和水的混合物，整个测验过程中需经常检查，如融化太多，必须加冰屑并排水。因实验条件有限，现在我们用自来水代替。 6.此时电位差计检查所有8个测温点，此时8点读数应基本一致，相互偏差不超过10微伏。 7.事先按试件大致的导热系数值，以温差为30℃-70℃，100E型计量面直径为0.05m。已知试件厚度，计算计量面加热器所需功率，接通电源，将计量面加热器的输入功率调节到上述计算值，防护加热器输入功率暂按主炉（计量面加热器）功率的2倍计算。 8.冷面温度用自来水冷却，预先调节到冷面温度。 9.立即记录开始加热时间、各表读数等，除第一小时外，以后每隔15分钟到20分钟记录一次。记录内容包括：8点测温读数（精确到0.1微伏），加热器各自的电流电压，室温及各种情况（如停电XX分钟，冰瓶加冰，加热器从XX 电流XX电压调到XX电流XX电压，故障等等）。 10.从第2次记录开始，可按不平衡温差情况调节主炉或环炉（只调一个加热器），按热板两面试件温差情况，调节一个冷却器的水流量（要求两面温差尽可能相等，差别不超过2%）。 11.步骤10以后第2次记录时，根据上述调节以后的情况变化，继续观察或再作调节，但调节不可频繁。 12.经过步骤10和11达到平衡（即不平衡温差在限度以下两试件温差差别在2%以后）后，若连续四次记录的试件温度改变率不超过±1%（功率不变），即认为达到稳定状态。
导热系数测量方法（一） 导热系数测试方法，分为稳态法和瞬态法（又称为非稳态法）两类； 稳态法有：平板法、护板法、热流计法、热箱法等 瞬态法有：热线法、探针法、热盘法、热带法、激光法等 各种导热系数测试方法，有其自身的适用范围。由于物质具有固、液、气三种状态，不同状态时，其导热系数会差异很大；而不同状态时导热系数的测量也会有很大的不同； 相比于固体、液体和气体的导热系数测量更加困难，因为流体状态物质内更容易发生自然对流，温度场会很快发生变化，需要采集的速度相当快（如1秒），以避开自然对流的影响，所以对于仪器的要求会更高。 稳态法是指当待测试样上温度分布达到稳定后，即试样内温度分布是不随时间变化的稳定的温度场时，通过测定流过试样的热量和温度梯度等参数来计算材料的导热系数的方法。它是利用稳定传热过程中，传热速率等于散热速率的平衡条件来测量导热系数。 稳态法具有原理清晰、模型简单、可准确直接地获得热导率绝对值等优点，并适于较宽温区的测量；缺点是实验条件苛刻、测量时间较长、对样品要求较高；为了获得准确的热流，需要严格保证测试系统的绝热条件，附设补偿加热器并增加保温措施，以减小漏热损失；为了保证一维导热，通常对样品的尺寸要求较大，而且为了保证整个受热面温度场的均匀一致，对样品表面的平整度要求较高。 稳态法主要用于测量固体材料，特别是低导热系数材料（如保温材料）的导热系数，而要把它用于研究湿材料，如生物质、土壤等会遇到很大困难，因为试样会由于长时间保证一定的温度场而引起含湿量的变化将导致试样物性的改变，这将导致导热系数的测量结果不正确。而将稳态法用于液体导热系数的测量，更是非常困难，由于流体在温度梯度下产生自然对流，即使在一维热流下也难以做到纯粹的一维导热。 热流计法为相对测量方法，通常需要参比样品，且参比样品的导热系数测量必须由更高精度的方法或仪器获得，且热流计法的测量准确度永远不会高于参考样品的导热系数测量准确度；同时，热流计的应用范围应在参比样品导热系数数值附近区域，否则将引起较大误差； 激光法是获得热扩散系数的方法，如果需要获得导热系数，还需要有其他方法测量得到的密度值和比热值，然后带入公式计算得到导热系数，其导热系数的不确定度与上述三个物理量的测量准确度相关。
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，又称为热导率，单位为W/mK。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。不同成分的导热率差异较大，导致由不同成分构成的物料的导热率差异较大。单粒物料的导热性能好于堆积物料。 稳态导热：导入物体的热流量等于导出物体的热流量，物体内部各点温度不随时间而变化的导热过程。 非稳态导热：导入和导出物体的热流量不相等，物体内任意一点的温度和热含量随时间而变化的导热过程，也称为瞬态导热过程。 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1度（K,°C）,在1秒内，通过1平方米面积传递的热量，用λ表示，单位为瓦/米·度 导热系数与材料的组成结构、密度、含水率、温度等因素有关。非晶体结构、密度较低的材料，导热系数较小。材料的含水率、温度较低时，导热系数较小。 通常把导热系数较低的材料称为保温材料(我国国家标准规定，凡平均温度不高于350℃时导热系数不大于0.12W/(m·K)的材料称为保温材料），而把导热系数在0.05瓦/米摄氏度以下的材料称为高效保温材料。 导热系数高的物质有优良的导热性能。在热流密度和厚度相同时，物质高温侧壁面与低温侧壁面间的温度差，随导热系数增大而减小。锅炉炉管在未结水垢时，由于钢的导热系数高，钢管的内外壁温差不大。而钢管内壁温度又与管中水温接近，因此，管壁温度（内外壁温度平均值）不会很高。但当炉管内壁结水垢时，由于水垢的导热系数很小，水垢内外侧温差随水垢厚度增大而迅速增大，从而把管壁金属温度迅速抬高。当水垢厚度达到相当大（一般为1~3毫米）后，会使炉管管壁温度超过允许值，造成炉管过热损坏。对锅炉炉墙及管道的保温材料来讲，则要求导热系数越低越好。一般常把导热系数小于0。8x10的3次方瓦/（米时·摄氏度）的材料称为保温材料。例如石棉、珍珠岩等填缝导热材料有:导热硅脂、导热云母片、导热陶瓷片、导热矽胶片、导热双面胶等。主要作用是填充发热功率器件与散热片之间的缝隙，通常看似很平的两个面,其实接触面积不到40%,又因为空气是不良导热体，导热系数仅有0.03w/m.k,填充缝隙就是用导热材料填充缝隙间的空气. 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 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。 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。
西安交通大学 大学物理仿真实验报告 姓名：杨萌 班级：核工程23 学号：2120302084 日期：2013.11.25
实验名称：良导体热导率的动态法测量 一．实验目的 1．通过实验学会一种测量热导率的方法。 2．解动态法的特点和优越性。 3．认识热波，加强对拨动理论的理解。 二．实验原理 实验采用热波法测量铜、铝等良导体的热导率。简化问题，令热量沿一维传播，周边隔热,如图1所示。根据热传导定律，单位时间内流过某垂直于传播方向上面积A 的热量，即热流为 x T KA t q ??-=?? （1） 其中K 为待测材料的热导率，A 为截面积，文中x T ??是温度对坐标x 的梯度,负号表示热量流动方向与温度变化方向相反．dt 时间内 通过面积A 流入的热量 d x d t x T KA dt t q t q dq dx x x 22??=?? ??????? ????-??? ????=+ 图1 棒 元 若没有其他热量来源或损耗，据能量守恒定律，dt 时间内流入面积A 的热量等于温度升高需要的热量dt t T Adx c dq ?? ? ????=ρ，其中C ，ρ分别为材料的比热容与密度。所以任一时刻棒元热平衡方程为 （2）
dx x T K t T dx C 22??=??ρ 由此可得热流方程 22x T D t T ??=?? （3） 其中ρC K D =，称为热扩散系数． 式（3）的解将把各点的温度随时间的变化表示出来，具体形式取决于边界条件，若令热端的温度按简谐变化，即 t T T T m ωsin 0+= （4） 其中T m 是热端最高温度，ω 为热端温度变化的角频率。另一端用冷水冷却，保持恒定低温o T ，则式（3）的解也就是棒中各点的温度为 )sin(202x t e T x T T D x m D ωωαω-?+-=- （5） 其中T 0是直流成分，α是线性成分的斜率，从式（5）中可以看出： 1) 热端(x=0)处温度按简谐方式变化时，这种变化将以衰减波的形式在棒内向冷端传播，称为热波． 2) 热波波速：ωD V 2= （6） 3) 热波波长：ωπλD 22= （7） 因此在热端温度变化的角频率已知的情况下，只要测出波速或波长就可以计算出 D ．然后再由ρ C K D =计算出材料的热导率K ．本实验采用.式（6）可得 ωρC K V 22= 则T C V f C V K πρπρ4422== （8） 其中，f 、T 分别为热端温度按简谐变化的频率和周期．实现上述测量的关键是： 1) 热量在样品中一维传播．2) 热端温度按简谐变化． 三．实验仪器
导热系数的测定 导热系数(热导率)是反映材料导热性能的物理量，它不仅是评价材料的重要依据，而且是应用材料时的一个设计参数，在加热器、散热器、传热管道设计、房屋设计等工程实践中都要涉及这个参数。因为材料的热导率不仅随温度、压力变化，而且材料的杂质含量、结构变化都会明显影响热导率的数值，所以在科学实验和工程技术中对材料的热导率常用实验的方法测定。 测量热导率的方法大体上可分为稳态法和动态法两类。本测试仪采用稳态法测量不同材料的导热系数，其设计思路清晰、简捷、实验方法具有典型性和实用性。测量物质的导热系数是热学实验中的一个重要内容。 【实验目的】 1、了解热传导现象的物理过程 2、学习用稳态平板法测量材料的导热系数 3．学习用作图法求冷却速率 4、掌握一种用热电转换方式进行温度测量的方法 【实验仪器】 1、YBF-3导热系数测试仪一台 2、冰点补偿装置一台 3、测试样品（硬铝、硅橡胶、胶木板）一组 4、塞尺一把 【仪器简介】 仪器的面板图 上面板图 下面板图 加热温度的设定：
①．按一下温控器面板上设定键（S ），此时设定值（SV ）显示屏一位数码管开始闪烁。 ②. 根据实验所需温度的大小，再按设定键（S ）左右移动到所需设定的位置，然后通过加数键（▲）、减数键（▼）来设定好所需的加热温度。 ③．设定好加热温度后，等待8秒钟后返回至正常显示状态。 仪器的连接 连线图 从铜板上引出的热电偶其冷端接至冰点补偿器的信号输入端，经冰点补偿后由冰点补偿器的信号输出端接到导热系数测定仪的信号输入端。 【实验原理】 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 0 处取一个垂直截面积d S （如图1）以 表示在Z 处的温度梯度，以 表示在该处的传热速率（单位时间内通过截面积d S 的热量），那么传导定律可表示成： (S1-1) 式中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）。式中比例系数λ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面积截面的热量。 利用（S1-1）式测量材料的导热系数λ，需解决的关键问题两个：一个是 在材料内造成一个温度梯度 ，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率 。 1、关于温度梯度 为了在样品内造成一个温度的梯度分布，可以把样品加工成平板状，并把它 dt ds dz dT dQ Z ?-=0)(λdz dT dt dQ dz dT dt dQ dz dT
常见材料导热系数 Revised as of 23 November 2020
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300230 镉1894 铜100377 熟铁1861 铸铁5348 铅10033 镍10057 银100412 钢 (1%C)1845 船舶用金属30113 青铜 189 不锈钢2016
石墨0151 石棉板50 石棉0~100 混凝土0~100 耐火砖① 保温砖0~100~ 建筑砖20 绒毛毯0~100 棉毛30 玻璃30 云母50 硬橡皮0 锯屑20 软木30 玻璃毛-- 85% 氧化镁-- 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 丙酮30 苯胺0~20 苯30 氯化钙盐水 30%30 乙醇 80%20 甘油 60%20 甘油 40%20 正庚烷30 水银28 硫酸 90%30 硫酸 60%30 水30
导热系数的测量实验报 告 内部编号：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128）
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
常用材料的导热系数表 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】
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
热导率测量仪器 保护热流计测量方法 DTC-300 导热仪用于测量各种材料的导热系数，包括高分子材料，陶瓷，复合材料，玻璃，橡胶，一些金属，及其他的具有低、中等导热系数的材料。仅需要比较小的样品。非固体材料，如糊状材料或液体，也可以通过使用特殊的容器得到测量。薄膜也可以使用多层技术准确的得到测量。该仪器遵循ASTM E1530标准。 ●把一个样品放置两个表面抛光的金属板即上板和下板之间，给整个的叠积体均匀的加载，上板和下板控制在不同的温度上。 ●下板的表面是定标过得热流传感器的一部分。 ●在叠积体的轴向方向建立温度梯度，热流从上板经过样品流向底部的散热体。 ●当达到热平衡后，测量样品上下板表面的温度差，热流传感器的读数，以及已知的样品的厚度，就可以计算出导热系数。 DTC-300 导热仪的特点 每一台DTC-300都在出厂前都使用已知热阻的若干个样品定标，覆盖指定的区域。接触热阻可以通过在叠积体上施加可重复的气动载荷，在叠积体的各接触面使用传热膏的手段保持很小。在叠积体的周围有一个热保护炉，用来降低试样边界的横向热损对测量精度的影响。对于在室温以下的测量，系统配有密封舱，用干燥的空气冲洗舱内以达到没有湿度的环境。通过使用特制的容器，可以测量高分子材料直到熔融状态。一般，完成一个温度点下的测量需要45到60分钟。 ●保护热流计方法 ● -20℃— 300℃
●完全计算机控制操作 ●50毫米直径的样品 ●遵循ASTM E 1530 灵活的温度/样品选项 如果使用自来水供给散热器，样品的测量温度是在50℃附近。若要覆盖仪器的全部温度范围，需要选用冷水循环器，可以使散热器的温度达到-10℃。仪器可以操作在三个不同的热阻范围区间中的一种模式，不同的模式可互相转换。 系统软件 每个DTC-300系统包括Windows? 下的操作及数据处理软件（不包括计算机）。操作者需要指定有关实验参数，包括样品的尺寸和测量温度，仪器会在不需要操作者任何的参与下自动运行直到实验结束，打印或绘出导热系数的测量结果及图表。
