導熱系數的測定方法導熱系數的測量方法導熱系數（又稱熱導率）是反映材料熱傳導性質的物理量，表示材料導熱能力的大小。某種材料的導熱系數不僅與構成材料的物質種類密切相關，而且還與它的微觀結構、溫度、壓力及雜質含量有關。在科學實驗和工程設計中，所用材料的導熱系數都需要用實驗的方法精確測定。不穩定溫度場:溫度場內如果各點溫度隨時間而改變

穩定溫度場:溫度不隨時間而改變等溫面：溫度場中同一時刻相同溫度各點組成的面。

因為空間同一點不能同時具有兩個不同的溫度，所以不同的等溫面彼此不能相交。t1t2t1>t2等溫面Q溫度場t+tt-ttnQdA

溫度梯度是一個點的概念。溫度梯度是一個向量。

方向垂直于該點所在等溫面，以溫度增的方向為正溫度梯度：溫度場中，某一點等溫面法線方向上的溫度變化率。

λ---導熱率/導熱系數，W/（m·K）或W/（m·℃）,

越大，導熱性能越好；

A---導熱面積，m2；

dt/dx---負值(溫度降低的方向)，K/

m或

℃/m

）

Q---導熱速率，正值，W，J/s；傅立葉定律—熱傳導的基本定律傅立葉定律：單位時間內傳導的熱量Q與溫度梯度dt/dx及垂直于熱量方向的導熱面積A成正比。即：

Q=-λAdt/dx式中加負號--熱流方向與溫度梯度的方向相反。導熱率（導熱系數）由傅立葉定律

影響λ的因素很多，主要是物質的種類(固、液、氣)和溫度。

λ—當溫度梯度為1時，單位時間內通過單位導熱面積的熱量。λ的大小表征物質的導熱能力，是物質的一個重要的物性參數(和ρ，λ，μ一樣).c.

金屬的純度對導熱系數影響很大如：含碳為1%的普通碳鋼的導熱系數為45W/m·K，不銹鋼的導熱系數僅為15

W/m·K。a.在所有固體中，金屬是最好的導熱體。1.固體的導熱系數

δ.一般，T↑，λ純金屬↓表4-1常用固體材料的導熱系數固體溫度，℃導熱系數，λ

(W/m·K)鋁300230銅100377熟鐵1861鑄鐵5348銀100412鋼(1%C)1845不銹鋼2016石墨0151石棉板500.17石棉0～1000.15耐火磚

1.04保溫磚0～1000.12～0.21建筑磚200.69絨毛毯0～1000.047棉毛300.050玻璃301.09軟木300.043最大

金屬液體－導熱系數λ較高液體非金屬液體－導熱系數λ較低c.一般來說，λ溶液<λ純液體。a.在非金屬液體中，水的導熱系數最大。2.液體的導熱系數δ.絕大多數液體（除水和甘油）：T↑，λ液↓表4-2液體的導熱系數液體溫度，℃導熱系數，λ

W/m·K

醋酸50%200.35苯300.16氯化鈣鹽水30%300.55乙醇80%200.24甘油60%200.38甘油40%200.45正庚烷300.14水銀288.36硫酸90%300.36硫酸60%300.43水300.62最大δ.在通常的壓力范圍內,其導熱系數隨壓力變化很小.c.氣體的導熱系數很小,故對導熱不利,但對保溫有利。3.氣體的導熱系數a.通常，T↑，λ氣↓在壓力大于200MPa時

p↑，λ氣

↑壓力小于2.7kPa(20mmHg)時故工程計算中常可忽略壓力對氣體導熱系數的影響。表4-3氣體的導熱系數氣體溫度，℃導熱系數,λ

W/m·K

氫00.17二氧化碳00.015空氣00.024空氣1000.031甲烷00.029水蒸汽1000.025氮00.024乙烯00.017氧00.024乙烷00.018最大

總體：λ固＞λ液＞λ氣4.絕熱材料的導熱率λ絕熱材料:與溫度、濕度、組成及結構的緊密程度有關。特點：纖維狀，多孔結構----孔隙空氣λ小ρ小，空氣多----密度小到一定值，孔隙尺寸越長，空氣對流和熱輻射傳熱作用增強，λ增大。所以，存在最佳密度，使λ最小。吸水---λ增大，保溫性能變差，所以，要防水。

λ—物質在溫度為t℃時的導熱系數，W/m·℃；

大多數均質的材料，其導熱系數與溫度近似成直線關系，可用下式表示λ=λ0(1+at)a—溫度系數，對大多數金屬材料為負值，而對大多數非金屬為正值，1/℃。λ0—物質在0℃時的導熱系數，W/m·℃；穩態法平板法熱流計法非穩態法瞬態熱線法瞬態平面熱源法探針法激光法3ωq:327870170tel熱系數的測量方法穩態法

1.通過平壁的穩定熱傳導1.1通過單層平壁的穩定熱傳導假設：(1)A大，δ小；(2)材料均勻—λ為常數；(3)溫度僅沿x變化，且不隨時間變化。t1t2δtxdxQxQx+dx則：當x=0時，t=t1x=δ時，t=t2

若平壁側面的溫度t1及t2恒定，——邊界條件根據傅立葉定律

分離變量后積分（設不隨t而變）

得或式中Q─熱流量或傳熱速率，W或J/s；

A─平壁的面積，m2；

δ─平壁的厚度，m；─平壁的導熱系數，W/(m·℃)；

t1,t2─平壁兩側的溫度，℃。【討論】：

1．可表示為推動力：熱阻：例1-1現有一厚度為240mm的磚壁，內壁溫度為600℃，外壁溫度為150℃。試求通過每平方米磚壁的熱量。已知該溫度范圍內磚壁的平均導熱系數λ=0.6W/m·℃。

=0.60×(600-150)/0.24=1125W/m2解：球體法實驗儀器球壁導熱儀適用材料用于測定粉狀、顆粒狀、纖維狀干燥材料在不同填充密度下的導熱系數圓球法測定絕熱材料的導熱系數是以同心球壁穩定導熱規律作為基礎。在球坐標中，考慮到溫度僅隨半徑r而變，故是一維穩定溫度場導熱。實驗時，在直徑為d1

和d2

的兩個同心圓球的圓殼之間均勻地填充被測材料（可為粉狀、粒狀或纖維狀），在內球中則裝有球形電爐加熱器。當加熱時間足夠長時，球壁導熱儀將達到熱穩定狀態，內外壁面溫度分別恒為t1

和t2

。根據這種狀態，可以推導出導熱系數λ的計算公式。根據傅立葉定理，經過物體的熱流量有如下的關系：

（44-1）式中：

Q──

單位時間內通過球面的熱流量，W

；

λ

──

絕熱材料的導熱系數，W/m·℃

；dt/dx—

溫度梯度，℃/m

；A──

球面面積，A=4πr2，m2

。

對（44-1）式進行分離變量，并根據上述條件取定積分得

（44-2）

Q=-λAdt/dx

假定導熱系數λ為常數，在圓筒壁的內半徑r1和外半徑r2間進行積分分離變量得移項，得

r

dr

r2t1r1

dtt2t圖4-11單層平壁穩態熱傳導

其中：r1、r2分別為內球外半徑和外球內半徑。積分得：

（44-3）

其中：Q為球形電爐提供的熱量。只要測出該熱量，即可計算出所測隔熱材料的導熱系數。事實上，由于給出的λ是隔熱材料在平均溫度tm=（t1+t2）/2時的導熱系數。因此，在實驗中只要保持溫度場穩定，測出球徑d1和d2

，熱量Q以及內外球面溫度即可計算出平均溫度tm下隔熱材料的導熱系數。改變t1

和t2

，則可得到導熱系數與溫度關系的曲線。1.球壁導熱儀

實驗裝置圖如44–1所示。主要部件是兩個銅制同心球殼1、2，球殼之間均勻填充被測隔熱材料，內殼中裝有電熱絲繞成的球形電爐加熱器3.2.熱電偶測溫系統

銅—康銅熱電偶二支（測外殼壁溫度），鎳鉻—鎳鋁熱電偶兩支（測內殼壁溫度）；均焊接在殼壁上。通過轉換開關將熱電偶信號傳遞到電位差計，由電位差計檢測出內外壁溫度。3.電加熱系統

外界電源通過穩壓器后輸出穩壓電源，經調壓器供給球形電爐加熱器一個恒定的功率。用電流表和電壓表分別測量通過加熱器的電流和電壓。圖44-1球壁導熱儀實驗裝置

1.內球殼2.外球殼3.電加熱器4.熱電偶熱端5.轉換開關6.熱電偶冷端7.電位差計8.調壓器

9.電壓表10.電流表11.絕熱材料

1.將被測絕熱材料放置在烘箱中干燥，然后均勻地裝入球殼的夾層之中。2.按圖44-1安