導(dǎo)熱率

　　導(dǎo)熱率：物體傳導(dǎo)熱量的能力，又稱為熱導(dǎo)率
　　農(nóng)業(yè)物料的導(dǎo)熱率隨物料組成成分、物理結(jié)構(gòu)、物質(zhì)狀態(tài)、溫度等而變化，純液體的導(dǎo)熱率高于其它溶液，濃度↑，導(dǎo)熱率↓
　　不同成分的導(dǎo)熱率差異較大，導(dǎo)致由不同成分構(gòu)成的物料的導(dǎo)熱率差異較大。空氣為熱的不良導(dǎo)體，單粒物料的導(dǎo)熱性能好于堆積物料。
　　目的
　　導(dǎo)熱率是材料的熱物性參數(shù)之一，也是固體最重要的熱物性參數(shù)。低導(dǎo)熱性能材料導(dǎo)熱率作為表征建筑節(jié)能與保溫材料物性的重要參數(shù)，其參數(shù)值的準(zhǔn)確測(cè)量有著非常重要的理論和使用價(jià)值。
　　穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：導(dǎo)入物體的熱流量等于導(dǎo)出物體的熱流量，物體內(nèi)部各點(diǎn)溫度不隨時(shí)間而變化的導(dǎo)熱過程。
　　非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：導(dǎo)入和導(dǎo)出物體的熱流量不相等，物體內(nèi)任意一點(diǎn)的溫度和熱含量隨時(shí)間而變化的導(dǎo)熱過程，也稱為瞬態(tài)導(dǎo)熱過程。
　　測(cè)量方法
　　1.穩(wěn)態(tài)法：穩(wěn)態(tài)法是經(jīng)典的保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定方法，至今仍受到廣泛應(yīng)用。其原理是利用穩(wěn)定傳熱過程中，傳熱速率等于散熱速率的平衡狀態(tài)，根據(jù)傅里葉一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)模型，由通過試樣的熱流密度、兩側(cè)溫差和厚度，計(jì)算得到導(dǎo)熱系數(shù)。原理簡(jiǎn)單清晰，精確度高，但測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)環(huán)境條件要求較高。
　　2.保護(hù)熱板法：護(hù)熱平板法其工作原理和熱流法相似，是目前公認(rèn)的準(zhǔn)確度最高的方法，可用于基準(zhǔn)樣品的標(biāo)定和其他儀器的校準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)裝置多采用雙試件結(jié)構(gòu)。熱源位于同一材料的兩塊樣品中間。使用兩塊樣品是為了獲得向上與向下方向?qū)ΨQ的熱流，并使加熱器的能量被測(cè)試樣品完全吸收。測(cè)量過程中，精確設(shè)定輸入到熱板上的能量。通過調(diào)整輸入到輔助加熱器上的能量，對(duì)熱源與輔助板之間的測(cè)量溫度和溫度梯度進(jìn)行調(diào)整。熱板周圍的保護(hù)加熱器與樣品的放置方式確保從熱板到輔助加熱器的熱流是線性的、一維的。輔助加熱器后是散熱器，散熱器和輔助加熱器接觸良好，確保熱量的移除與改善控制。測(cè)量加到熱板上的能量、溫度梯度及兩片樣品的厚度，應(yīng)用 Fourier方程便能夠算出材料的導(dǎo)熱系數(shù)。
　　3.熱流計(jì)法：熱流計(jì)法是一種比較法，是用校正過的熱流傳感器測(cè)量通過樣品的熱流，得到的是導(dǎo)熱系數(shù)的絕對(duì)值。測(cè)量時(shí)，將厚度一定的樣品插入于兩個(gè)平板間，設(shè)置一定的溫度梯度。使用校正過的熱流傳感器測(cè)量通過樣品的熱流，傳感器在平板與樣品之間和樣品接觸。測(cè)量樣品的厚度、上下板間的溫度梯度及通過樣品的熱流便可計(jì)算導(dǎo)熱系數(shù)。
　　4.動(dòng)態(tài)法：動(dòng)態(tài)法是最近幾十年內(nèi)開發(fā)的新方法，用于研究高導(dǎo)熱系數(shù)材料，或在高溫度條件下進(jìn)行測(cè)量。工作原理是：提供樣品一固定功率的熱源，記錄樣品本身溫度隨時(shí)間的變化情形，由時(shí)間與溫度變化的關(guān)系求得樣品的熱傳導(dǎo)系數(shù)、熱擴(kuò)散系數(shù)和熱容。
　　5.熱線法：熱線法是應(yīng)用比較多的方法，是在樣品（通常為大的塊狀樣品）中插入一根熱線。測(cè)試時(shí)，在熱線上施加一個(gè)恒定的加熱功率，使其溫度上升。測(cè)量熱線本身或平行于熱線的一定距離上的溫度隨時(shí)間上升的關(guān)系。由于被測(cè)材料的導(dǎo)熱性能決定這一關(guān)系，由此可得到材料的導(dǎo)熱系數(shù)。這種方法測(cè)量時(shí)間比較短，所測(cè)量材料的導(dǎo)熱系數(shù)范圍一般是 0.1W/mK 到幾十。優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品價(jià)格便宜，測(cè)量速度快，對(duì)樣品尺寸要求不太嚴(yán)格。缺點(diǎn)是分析誤差比較大，一般為 5%~10%。
　　6.激光閃射法：激光閃射法的測(cè)量范圍很寬，但測(cè)得的是材料的熱擴(kuò)散系數(shù)，還需要知道試樣的比熱和密度，才能通過計(jì)算得到導(dǎo)熱系數(shù)λ，而測(cè)定熱態(tài)下的導(dǎo)熱系數(shù)還需要膨脹系數(shù)的數(shù)值，只適用于各向同性、均質(zhì)、不透光的材料；瞬變平面熱源法是在試件上貼上探頭，通過多元函數(shù)對(duì)試樣表面溫度的響應(yīng)進(jìn)行擬合后便可計(jì)算出材料的導(dǎo)熱系數(shù)，適用廣泛，快捷，但精確度不一定高。
　　分類
　　穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：導(dǎo)入物體的熱流量等于導(dǎo)出物體的熱流量，物體內(nèi)部各點(diǎn)溫度不隨時(shí)間而變化的導(dǎo)熱過程。
　　非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：導(dǎo)入和導(dǎo)出物體的熱流量不相等，物體內(nèi)任意一點(diǎn)的溫度和熱含量隨時(shí)間而變化的導(dǎo)熱過程，也稱為瞬態(tài)導(dǎo)熱過程。
　　詳細(xì)介紹
　　傅里葉方程式：
　　Q=KA△T/d
　　R=A△T/Q
　　式中：
　　Q：熱量 W
　　K：熱導(dǎo)率 W/m.k
　　A：接觸面積
　　d：熱量傳遞距離
　　△T：溫度差
　　R：熱阻值
　　導(dǎo)熱率K是材料本身的固有性能參數(shù)，用于描述材料的導(dǎo)熱能力。這個(gè)特性跟材料本身的大小、形狀、厚度都是沒有關(guān)系的，只是跟材料本身的成分有關(guān)系。所以同類材料的導(dǎo)熱率都是一樣的，并不會(huì)因?yàn)楹穸炔灰粯佣�變化�?br />　　將上面兩個(gè)公式合并，可以得到 K=d/R。因?yàn)镵值是不變的，可以看得出熱阻R值，同材料厚度d是成正比的。也就說材料越厚，熱阻越大。
　　但如果仔細(xì)看一些導(dǎo)熱材料的資料，會(huì)發(fā)現(xiàn)很多導(dǎo)熱材料的熱阻值R，同厚度d并不是完全成正比關(guān)系。這是因?yàn)閷?dǎo)熱材料大都不是單一成分組成，相應(yīng)會(huì)有非線性變化。厚度增加，熱阻值一定會(huì)增大，但不一定是完全成正比的線性關(guān)系，可能是更陡的曲線關(guān)系。
　　根據(jù)R=A△T/Q這個(gè)公式，理論上來(lái)講就能測(cè)試并計(jì)算出一個(gè)材料的熱阻值R。但是這個(gè)公式只是一個(gè)最基本的理想化的公式，他設(shè)定的條件是：接觸面是完全光滑和平整的，所有熱量全部通過熱傳導(dǎo)的方式經(jīng)過材料，并達(dá)到另一端。
　　實(shí)際這是不可能的條件。所以測(cè)試并計(jì)算出來(lái)的熱阻值并不完全是材料本身的熱阻值，應(yīng)該是材料本身的熱阻值+所謂接觸面熱阻值。因?yàn)榻佑|面的平整度、光滑或者粗糙、以及安裝緊固的壓力大小不同，就會(huì)產(chǎn)生不同的接觸面熱阻值，也會(huì)得出不同的總熱阻值。
　　所以國(guó)際上流行會(huì)認(rèn)可設(shè)定一種標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法和條件，就是在資料上經(jīng)常會(huì)看到的ASTM D5470。這個(gè)測(cè)試方法會(huì)說明進(jìn)行熱阻測(cè)試時(shí)候，選用多大的接觸面積A，多大的熱量值Q，以及施加到接觸面的壓力數(shù)值。大家都使用同樣的方法來(lái)測(cè)試不同 的材料，而得出的結(jié)果，才有相比較的意義。
　　通過測(cè)試得出的熱阻R值，并不完全是真實(shí)的熱阻值。物理科學(xué)就是這樣，很多參數(shù)是無(wú)法真正的量化的，只是一個(gè)“模糊”的數(shù)學(xué)概念。通過這樣的“模糊”數(shù)據(jù)，人們可以將一些數(shù)據(jù)量化，而用于實(shí)際應(yīng)用。 此處所說的“模糊” 是數(shù)學(xué)術(shù)語(yǔ)，“模糊”表示最為接近真實(shí)的近似。
　　而同樣道理，根據(jù)熱阻值以及厚度，再計(jì)算出來(lái)的導(dǎo)熱率K值，也并不完全是真正的導(dǎo)熱率值。