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保温隔热材料热扩散率和热导率测试技术的研究

作　者: 孟飞燕
导　师: 皮德富；张玉东
学　校: 南京理工大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 保温隔热材料导热性能热导率热扩散率瞬态平面热源技术(TPS技术)
分类号: TB34
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

材料的导热性能主要是通过材料的热导率来表现的。热导率关系到材料在各个领域内的应用,在空间、能源、材料以及微电子和计算机技术中伴随着能量在材料中的输运,其测量尺度即物体的热导率的精确值越来越为人们所关心。热物性测量技术和测量理论已经成为当今各国关心的焦点,新的测试技术和测试理论也越来越完善。目前,国内外在这些材料的热导率和热扩散率测试过程中,普遍采用护热板稳态测试方法,测试周期长,特别是对于隔热材料的测试,由于温度传感器的散热影响和试验取样的代表性要求,使得试样直径必须大于200m上,这样造成测试周期更长,并且测试系统庞大,测试样品制作复杂。另外,对于不同形态和不同热物理性能的材料,一般需要采用不同的测试方法和手段来进行表征。很少有一类方法可以尽可能覆盖从金属至非金属、液体、气体和固体类材料的热物理性能测试。瞬态平面热源技术(Transient Plane Source Method, TPS)是由瑞典Chalmer理工大学的Silas Gustafsson教授在热线法的基础上发展起来的一项专利技术,可用于固体、粉末、液体、涂层、薄膜、各向异性材料等的测定。在过去20年中,瞬态平面热源技术被越来越多地被研究人员应用于各种不同类型材料的热物性的测试。本文对TPS技术的相关测试原理进行了详细的介绍,并采用TPS技术对常见的材料、包括金属、无机材料、高分子材料、薄膜材料和液体进行了测试,研究了环境条件、机器自身因素和材料的特征等对测试结果的影响。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-12
  1.1 背景及意义  10
  1.2 国内外研究现状  10-11
    1.2.1 国外的研究现状  10-11
    1.2.2 国内的研究状况  11
  1.3 本课题的研究内容  11-12
2 测试基础理论  12-18
  2.1 材料的热物性能概况  12-13
    2.1.1 热物性能概念  12
    2.1.2 热物性的研究现状和动向  12-13
  2.2 热导率的概念及测试方法分类  13-15
    2.2.1 热导率的定义及导热定律  13-14
    2.2.2 热导率的测试方法分类  14-15
  2.3 几种典型的非稳态测试方法  15-18
    2.3.1 常功率平面热源法  16
    2.3.2 热线法  16
    2.3.3 激光脉冲法  16-17
    2.3.4 瞬态平面热源法  17
    2.3.5 瞬态平面热源法的优点  17-18
3 测试技术研究  18-31
  3.1 瞬态平面热源法的理论基础  18-19
    3.1.1 格林函数在非稳态热导中的应用  18-19
    3.1.2 无限大物体的非稳态传导  19
  3.2 瞬态平面热源法的数学模型  19-24
    3.2.1 数学模型  20-21
    3.2.2 贝赛尔函数  21-22
    3.2.3 辛普森积分法  22-23
    3.2.4 圆盘圆心处的温度分布  23-24
    3.2.5 圆盘半径r处的温度分布  24
    3.2.6 圆盘的平均温度分布  24
  3.3 瞬态平面热源法的测试原理  24-27
    3.3.1 不稳定导热定义  24-25
    3.3.2 直线拟合  25-27
  3.4 瞬态平面热源法热导率计算方法  27
  3.5 瞬态平面热源法的测试设备  27-31
    3.5.1 设备工作原理  27-29
    3.5.2 测试设备探头的介绍  29-31
4 测试结果分析和讨论  31-48
  4.1 测试过程  31
  4.2 测试参数的选择  31-32
    4.2.1 时间窗口  31
    4.2.2 探测深度  31
    4.2.3 探头半径的选择  31-32
    4.2.4 加热功率和加热时间  32
  4.3 影响测试结果的因素  32-33
    4.3.1 热熔补偿  32
    4.3.2 时间补偿  32-33
    4.3.3 环境因素的影响  33
  4.4 试验方案设计与结果讨论  33-48
    4.4.1 TPS法的测量准确度  33-36
    4.4.2 测试参数对测量结果的影响  36-38
    4.4.3 测试环境的影响  38-41
      4.4.3.1 试样  38
      4.4.3.2 测试方法  38
      4.4.3.3 结果讨论  38-41
    4.4.4 样品厚度对测试结果的影响  41
    4.4.5 含水率对测试结果的影响  41-42
    4.4.6 粉末材料的测试  42-44
    4.4.7 液体测试  44
    4.4.8 薄膜样品的测试  44-45
    4.4.9 防护热板法与TPS方法的差异  45-46
    4.4.10 不同实验室(hotdisk导热仪)的比对  46
    4.4.11 高温下样品的测试  46-47
    4.4.12 其它测试  47-48
5 结论  48-49
致谢  49-50
参考文献  50-52

保温隔热材料热扩散率和热导率测试技术的研究

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