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瞬態(tài)熱線法測量原理
發(fā)布時(shí)間：2017-08-02瀏覽次數(shù)：1655返回列表
瞬態(tài)熱線法的理論基礎(chǔ)是大介質(zhì)中的徑向一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。設(shè)有一根半徑為ro的長金屬線源豎直地插入液體中，線源的熱導(dǎo)率大，熱容量近似為零，液體和線源在初始時(shí)刻處于熱平衡，設(shè)平衡溫度為To，當(dāng)突然給線源加恒定的熱流q時(shí)，熱量完從線源傳遞給被測材料。
Carslaw和Jaeger基于材料對(duì)一小、長熱線源恒定熱流的溫度響應(yīng)給出了熱線法計(jì)算材料導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)學(xué)解： （1）式中θ為探頭溫升，T為t時(shí)刻探頭溫度，T0為探頭初始溫度，q為加熱功率，λ為樣品導(dǎo)熱系數(shù)，α為樣品熱擴(kuò)散系數(shù)，r為測試徑向位置，Ei為指數(shù)積分函數(shù)，其表達(dá)式為：（2）其中μ=r2/4αt，當(dāng)r2/4αt << 1時(shí)，可用其前兩項(xiàng)表示，從而得到：（3）其中歐拉常數(shù)C=0.57726。對(duì)上式兩端取微分可得到樣品導(dǎo)熱系數(shù)： (4)由于探頭具有體積和熱容，因此在探頭開始加熱時(shí)，樣品溫升會(huì)有個(gè)時(shí)間滯后，在對(duì)數(shù)時(shí)間—溫升曲線圖上表現(xiàn)為一非線性段，這個(gè)時(shí)間取決于探針尺寸和結(jié)構(gòu)，之后進(jìn)入線性段，后曲線將趨于平穩(wěn)。本儀器采用用篩選數(shù)據(jù)法取線性段上的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，從而得到導(dǎo)熱系數(shù)值。當(dāng)材料的導(dǎo)熱系數(shù)已計(jì)算出，也就能計(jì)算出熱擴(kuò)散系數(shù)。
比熱容通過如下公式計(jì)算：
C=λ/(a*p)
a：熱擴(kuò)散率，單位m2／s
λ：導(dǎo)熱系數(shù)，單位W／(m·K)
p：密度，單位g／m3
C：比熱容，單位KJ／(kg·K)
