据热扩散率最小离散度确定导热系数的新热探针法2000.pdfVIP

第30 卷第3 期 中 　国 　科 　学 　技 　术 　大 　学 　学 　报 Vol. 30 ,No. 3 2 0 0 0 年 6 月 JOURNAL OF CHINA UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Jun. 2 0 0 0 ( ) 文章编号 2000 0331206 据热扩散率最小离散度确定 导热系数的新热探针法 艹 陈则韶 ,李　川 ,程文龙 ,胡　凡 ,邱邢海 ( 中国科学技术大学热科学和能源工程系,合肥 230027) 摘要 :本文介绍了一种新的用热探针测导热系数的方法 ,它与传统方法不同 ,不是从 λ 模型的算式中直接求出导热系数 ,而是从误差分析出发 ,据导热系数 误差最小时热 扩散率α的离散度也最小的原理导出的方法. 理论和实验证明了该方法可以消除实 验不满足理论模型和测试者主观性的误差 ,有与热丝法相当的高精度. 本方法已编成 数据处理软件 ,方便而精确地测定了一些液体和粉末材料的导热系数. 关键词 :导热系数 ;测量方法 ;热物性 ;液体 中图分类号:O551. 1 ,O551. 3 　　　文献标识码 :A 1 　前言 热探针法常用于测量松散粉末 、颗粒材料和液体的导热系数[1 ] . 热探针的物理模型与热 丝法相似. 热丝法适用于测定液体或气体导热系数 ,因为热丝很细 ,只有几微米至十几微米 , 模型导出的算式可以在很短时间内满足 ,用模型算式直接确定导热系数有较高精度 ,但热丝 太细、易断 ,不能测粗质材料. 热探针的直径 ,小的约一毫米 ,粗的有几厘米 ,要满足热丝法算 式的模型要求需相当长时间 ,但测量时间稍长 , 易于引起测量的液体和气体的对流 ,还会导 致温度测量相对误差扩大 ,但热探针有结构牢固、使用方便的优点. 因此 ,开展提高热探针的 测量精度的研究是十分有意义的工作. 传统研究基本上是围绕着如何把热探针搞得更细长 , 尽可能去接近物理模型的假设 ;另一方面从探针的温度场分析 ,试图找出取值最合理的时间 段 ,一般是去掉测量初期和后期取中期 ; 还有的把探针的温升用数值法解出等温线诺谟 图[2 ] ;大多数是把不同时间点的结果作平均处理 ,补充以测量误差分析. 与一般热物性测量 思维方法很不相同 ,作者曾提出了据热探针测量的热扩散率的最小离散度试探算出导热系 数的原理[3 ] ,这种方法不是用热探针的模型算式直接计算试样的导热系数或热扩散率 ,试验 的测定值仅用于计算热扩散率的离散度. 本文将进一步阐述这种方法的原理 ,并在测量装置 中配备计算机数据采集和软件处理系统. 收稿日期 　作者简介 :陈则韶 ,男 ,1943 年 10 月生 ,教授 ,博士生导师. 第 3 期 　　　　　　　　　据热扩散率最小离散度确定导热系数的新热探针法 　　　　　　　　　 313 2 　热探针的模型 热探针是一根半径 r , 长度为 l ( l r ) , 内部有加热丝的金属针. 细的热探针是在注 0 0 射针头的管内放置加热丝或在针灸用银针外缠加热丝制成 ;粗的可用直径 1 cm～2 cm 的钢 管内缠放加热丝制成. 热探针的针表面温度 T 由布置在针管壁的热电偶或电阻铜丝测得. w 测量时, 热探针插在初始温度为 T0 的边界充分大的试样