基于Hot Disk的薄板材料导热系数测量方法的研究

发布时间：2019-07-30 14:31

【摘要】：导热系数作为材料一个重要的热物参数,直接反映材料本身的热传导能力,因此研究材料导热系数的测量方法对于材料的应用具有十分重要的意义。瞬态板式热源法(TPS)不但具有加热时间短、精确度高的优点,且对样品的适应性好,可以广泛用于固体、粉末、液体、气体、薄膜、各向异性材料等导热系数的测定,也因此受到越来越多研究人员的关注。Hot Disk平板法作为TPS技术的重要分支,主要是针对高导热薄板材料导热系数测量。但Hot Disk平板法的测试结果受加热功率、加热时间以及样品的特性影响较大,并且测量结果精确度不高。本文基于TPS技术和Hot Disk平板法测试导热系数的基本原理,采用Hot Disk热常数分析仪对四种薄板材料样品的导热系数进行了测定,研究了测试过程中加热时间、加热功率和样品厚度变化对测量结果的影响。实验结果表明:采用0.40W、0.50W和1.50W的加热功率分别测量316不锈钢、Q235-A碳钢和纯铝板的导热系数,得到的导热系数测量值随着加热时间递增而减小。当样品加热时间由2.5s增加至5s时,316不锈钢和Q235-A碳钢材料导热系数测量值急剧减小,而随着加热时间进一步增加,导热系数减小速率减慢,加热时间对测量结果的影响减弱。使用5501探头测量316不锈钢和Q235-A碳钢样品,测试过程中加热时间为5s时,导热系数测量值随加热功率的增大而增大。而0.94mm铝板和0.95mm铜板的导热系数测量值几乎不受加热功率的影响。在使用8563探头测量时,316不锈钢和Q235-A碳钢的导热系数测量值随样品厚度的增加而减小。为了减小测试结果的相对误差,根据Hot Disk平板法基本原理并结合实际测量结果,分析了测试过程的边界热损失对测量结果的影响规律,通过计算测试过程样品边界热损失P',提出了考虑边界热损失的Hot Disk平板法修正公式:选取纯度均大于99.9%的铝板和铜板作为样品进行测试并进行修正,结果与文献所提供的测试材料导热系数标准值比较,发现修正后的铝板和铜板导热系数值比测量值平均相对误差分别减小了38.4%和54.7%,表明采用边界热损失修正公式能有效降低Hot Disk平板法测量高导热薄板材料的误差。
【图文】：

2图 1-1 导热系数测量方法分类Fig.1-1 The classification of thermal conductivity measuring methods

防护热板法理论模型
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB302

【参考文献】

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本文编号：2520951