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实验室准备购买一台导热系数仪,主要测陶瓷纤维,能测高温600℃以上,导热系数精度在0.001W/K.M的,哪位大神有用过的,求指教,谢谢。
[color=#ff0000]摘要:针对目前隔热材料导热系数测试中存在的使用条件和测试条件不一致,以及隔热材料导热系数测试方法选择不合理的问题,本文对低密度隔热材料导热系数测试技术进行了分析,介绍了等效导热系数和导热系数基本概念,介绍了如何选择合理的测试方法,并用试验测试数据验证了不同测试方法所得的等效导热系数和导热系数之间的差异。[/color][align=center][color=#ff0000]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/color][/align][size=18px][color=#ff0000]一、问题的提出[/color][/size]在高低温隔热防护领域中,经常会听到防热结构设计人员和隔热材料使用机构提出隔热材料无法满足使用要求的问题,经常会出现隔热性能样品测试结果与实际隔热考核试验效果相差巨大的现象。在隔热材料实际应用中,如果按照隔热材料导热系数测试结果进行设计,经常会出现防隔热系统根本无法达到隔热设计要求的现象。出现这种现象主要是由于以下几方面的原因:(1)隔热材料使用条件和测试条件出现严重偏离。(2)隔热材料导热系数测试方法选择不合理。为解决上述问题,本文将针对当前低密度隔热材料导热系数测试技术进行分析,介绍合理的测试方法选择,并用试验测试演示不同测试方法所得的等效导热系数和导热系数之间的差异。[size=18px][color=#ff0000]二、等效导热系数、导热系数及其测试方法分析[/color][/size]各种隔热材料在实际应用中,一般都会在材料的隔热厚度方向上形成较大温差,即隔热材料的一面面对高温热源或低温冷源,隔热材料另一面经隔热后的温度越接近于环境温度(如室温)越好。在高温防隔热系统中,这种温差往往有几百至上千度;在低温绝热系统中,这种温差也会有200~300℃左右(如液氮和液氦冷源)。另外在隔热过程中,隔热材料内部的传热形式主要有导热、辐射和对流三种传热形式,特别是对于低密度多孔隙的隔热材料,冷热面之间的温差越大,辐射和对流的作用越明显。因此,为了准确测试表征隔热材料的实际隔热性能,需要在隔热材料厚度方向上模拟出与实际应用接近的大温差后再进行测试,这种大温差条件下测试得到的导热系数包含了导热、辐射和对流三种传热形式的综合作用,这种包含了复杂综合传热效果的导热系数称之为等效导热系数(effective thermal conductivity),或表观导热系数(apparent thermal conductivity)。目前大多数隔热材料导热系数测试过程中,并未在隔热材料厚度方向上形成较大温差,一般是将温差控制在10~40℃范围内,此时获得的测试结果为导热系数(thermal conductivity),也称之为真导热系数(ture thermal conductivity),主要包括隔热材料内的固体材质和气体的导热系数之和,这种较小温差使得隔热材料内存在的辐射和对流热传递可以忽略不计。真导热系数的另外一个显著特点是与被测样品的厚度无关,即测试不同厚度的相同隔热材料样品应得到相同的真导热系数,此特点常用于考核导热系数测试仪器的准确性。由此可见,由于小温差测试中不包含辐射和对流传热,这使得测试相同隔热材料测试时,大温差下测试得到的等效导热系数数值往往会普遍大于小温差下测试得到的真导热系数。因此,如果用真导热系数来进行防隔热系统的设计,自然无法得到合理的隔热设计效果。总之,为了得到隔热材料的真实准确数据,隔热材料的导热系数测试条件必须尽可能的与实际隔热温差接近。依上所述,在隔热材料导热系数测试过程中,要根据隔热材料实际应用情况,导热系数测试设备要在被测样品厚度方向上建立相应的大温差或小温差,并在所建立的温差条件下进行测试。因此必须对测试方法和测试设备进行合理的选择,这样才能得到合理的隔热性能测试结果。以下为几种常用于低密度隔热材料导热系数表征的测试方法以及它们的相应温差条件说明。(1)稳态保护热板法:稳态保护热板法是目前导热系数测量精度最高的一种稳态测试方法,也是一种绝对测试方法,其典型标准为GB/T 10294和ASTM C177,测试温度范围可以覆盖-160℃~600℃。由于这种方法在被测样品厚度方向上只能形成20~30℃的小温差,所以测试得到的是真导热系数。保护热板法适合测试导热系数小于1W/mK的各种低导热防隔热材料,但对于超低导热系数(0.01W/mK)测试中,准稳态法的表现显着尤为突出,这主要是因为准稳态法具有从低温至高温的很宽泛测试温度范围,并能测试大温差下的等效导热系数,同时配套的校准技术相对简单,并具备多参数(导热系数、热扩散系数和比热容)测试能力和和更快的测试效率,另外准稳态法测试设备具有相对较低的造价。(2)对于具有超低导热系数(0.01W/mK)的绝热材料,其常温至低温下导热系数测试推荐采用蒸发量热计法,一方面是因为这种方法灵敏度和准确度都非常高,另一方面是可以测试大温差下的等效导热系数。[size=18px][color=#ff0000]三、等效导热系数和导热系数测试对比[/color][/size]为了更直观的说明和了解等效导热系数与导热系数之间的区别,我们分别对石墨毡隔热材料在高温和真空下分别采用不同稳态热流法法和稳态防护热板法进行了测试验证。样品:石墨毡,样品尺寸300mm×300mm×30mm,密度91.7kg/m3。测试环境:真空环境,真空度始终控制在100Pa左右。测试方法和设备:(1)稳态保护热板法(ASTM C177),测试设备为德国耐驰公司的GHP 456,如图1所示。样品热面最高温度为620℃,样品厚度方向上的温差为20℃。(2)稳态热流计法(ASTM C518),测试设备为上海依阳公司的TC-HFM-1000,如图2所示。样品热面最高温度为1000℃,冷面温度控制在50℃以上,最大温差980℃。[align=center][img=大温差下测试等效导热系数,500,333]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/05/202205171059034061_2954_3384_3.jpg!w690x460.jpg[/img][/align][align=center]图1 德国耐驰公司GHP 456导热测试设备[/align][align=center][/align][align=center][img=大温差下测试等效导热系数,500,388]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/05/202205171059379893_798_3384_3.jpg!w500x388.jpg[/img][/align][align=center]图2 上海依阳公司TC-HFM-1000导热测试设备[/align]采用热流计法和保护热板法得到的测试结果如表1所示,绘制成拟合曲线如图3所示。[align=center]表1 采用热流计法和保护热板法测试石墨毡导热系数结果[/align][align=center][img=大温差下测试等效导热系数,690,220]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/05/202205171059504021_3983_3384_3.png!w690x220.jpg[/img][/align][align=center][img=大温差下测试等效导热系数,690,421]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/05/202205171100113433_2123_3384_3.png!w690x421.jpg[/img]图3 石墨毡等效导热系数和导热系数测试结果对比图[/align]从上述测试结果可以明显看出,保护热板法在20℃小温差下测得的导热系数随温度变化基本呈线性关系。热流计法在大温差下测得的等效导热系数随温度变化呈曲线关系,并随着温差增大,导热系数快速增大,其中的热辐射传热效应非常明显。在500℃平均温度下,等效导热系数要比真导热系数增大了将近60%多。由此可见,如果在防隔热系统中采用的是导热系数而非等效导热系数进行设计,则会出现严重错误。[size=18px][color=#ff0000]四、总结[/color][/size]为了满足实际工程应用中对隔热材料的隔热性能准确测试表征,需特别注意以下内容:(1)根据隔热材料的设计和应用场景,选择合理的测试方法,相应测试方法和测试设备要求具备模拟隔热材料实际应用中高温下的大温差能力。(2)为同时实现大温差和尽可能高的测试温度,推荐的测试方法为热流计法和准稳态法。(3)对于超低导热系数绝热材料(如气凝胶类隔热材料)的测试,要仔细考量和解决热流计的校准问题和准稳态法中量热计的漏热问题。(4)稳态保护热板法是目前热流计校准唯一较准确的方法,为了实现对超低导热系数测试中更小热流的准确测量,势必要大幅度降低保护热板法校准设备的微小漏热问题,但此问题的解决难度大,现有技术基本已经达到了极限,从而造成目前所有超低导热系数测试普遍偏高的现象。因此迫切需要在新技术上有所突破,解决微小漏热难题,特别是在高灵敏度热流计和微小热流精密校准方面取得突破。[align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]
公司实验室想买一台导热系数仪,主要用来测陶瓷纤维,要求精度最好是0.001W/K.m,高温能到600℃。请问各位大哥大姐谁有用过类似的导热系数仪啊,帮忙介绍下。感激不尽。