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导热率,又称导热系数,热导率,是表征材料热传导能力大小的物理量。 材料的导热率随组成成分、物理结构、物质状态、温度、压力等而变化。

导热率概念

导热率:物体传导热量的能力,又称为热导率,导热系数。其导出式来源于傅立叶定律,定义为单位温度梯度(在1m长度内温度降低1K)在单位时间内经单位导热面所传递的热量。
傅里叶方程式
Q=KA△T/d
R=A△T/Q
式中:
Q:热量W
K:热导率W/m.k
A:接触面积
d:热量传递距离
△T:温度差
R:热阻值
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。空气为热的不良导体,单粒物料的导热性能好于堆积物料;
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。

相关定义

导热率是材料的热物性参数之一,也是固体最重要的热物性参数。低导热性能材料导热率作为表征建筑节能与保温材料物性的重要参数,其参数值的准确测量有着非常重要的理论和使用价值。
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。
热阻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

测量方法

通常,根据导热机理不同,导热系数测量方法分为稳态法和瞬态法(也叫做非稳态法)两大类。
稳态法是经典的保温材料的导热系数测定方法,至今仍受到广泛应用。其原理是利用稳定传热过程中,传热速率等于散热速率的平衡状态,根据傅里叶一维稳态热传导模型,由通过试样的热流密度、两侧温差和厚度,计算得到导热系数。原理简单清晰,精确度高,但测量时间较长,对样品和环境条件要求较高。

保护热板法

护热平板法其工作原理和热流法相似,是传统方法之一,可用于基准样品的标定和其他仪器的校准,实验装置多采用双试件结构。热源位于同一材料的两块样品中间。使用两块样品是为了获得向上与向下方向对称的热流,并使加热器的能量被测试样品完全吸收。测量过程中,精确设定输入到热板上的能量。通过调整输入到辅助加热器上的能量,对热源与辅助板之间的测量温度和温度梯度进行调整。热板周围的保护加热器与样品的放置方式确保从热板到辅助加热器的热流是线性的、一维的。辅助加热器后是散热器,散热器和辅助加热器接触良好,确保热量的移除与改善控制。测量加到热板上的能量、温度梯度及两片样品的厚度,应用 Fourier方程便能够算出材料的导热系数。

热流计法

热流计法是一种比较法,是用校正过的热流传感器测量通过样品的热流,得到的是导热系数绝对值。测量时,将厚度一定的样品插入于两个平板间,设置一定的温度梯度。使用校正过的热流传感器测量通过样品的热流,传感器在平板与样品之间和样品接触。测量样品的厚度、上下板间的温度梯度及通过样品的热流便可计算导热系数。

热线法

热线法是应用比较多的方法,是在样品中插入一根热线。测试时,在热线上施加一个恒定的加热功率,使其温度上升。测量热线本身或平行于热线的一定距离上的温度随时间上升的关系。由于被测材料的导热性能决定这一关系,由此可得到材料的导热系数。这种方法测量时间比较短,所测量材料的导热系数范围一般是 0.1W/mK 到几十。热线法在液体导热系数测量的应用中具有重要的作用,国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)发布的液体物理化学性质推荐表中,以甲苯(toluene)、纯水作为液体导热系数测量的一级标准物质(CRM),而这些标准物质的一级参考数据均以热线法获得。

激光闪射法

激光闪射法的测量范围很宽,但测得的是材料的热扩散系数,还需要知道试样的比热和密度,才能通过计算得到导热系数λ,而测定热态下的导热系数还需要膨胀系数的数值,只适用于各向同性、均质、不透光的材料;瞬变平面热源法是在试件上贴上探头,通过多元函数对试样表面温度的响应进行拟合后便可计算出材料的导热系数,适用广泛,快捷,但针对导热系数的测量精确度不一定高。
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- 来自原声例句
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