第 1 页 共 4 页 导热系数（热线法）检测方案
1 检测方案目的
本检测方案是为了规范非金属固体材料的导热系数（热线法）的检测。
2 适用范围
本标准适用于导热系数小于2W/(m·K)的各向同性均质非金属固体材料导热系数的测定，不适用于导电的非金属材料(如碳化硅)。
3 编制依据
GB/T 10297-2015《非金属固体材料导热系数的测定热线法》
4 使用设备
导热系数使用设备：热线法平板导热仪
5 试验方法
5.1 试验环境
5.1.1 在室温下测定时，用隔热罩将试样与周围空间隔离，减少周围空气温度变化对试件的影响。在高于或低于室温条件下测定时，试样与测量探头的组合体应放在加热炉或低温箱中。
5.2 样品制备
5.2.1 试样为两块尺寸不小于40mm×80mm×114mm的互相叠合的长方体或为两块横断面直径不小于80mm，长度不小于114mm的半圆柱体叠合成的圆柱体；
5.2.2 试样互相叠合的平面应平整，其不平度应小于0.2%，且不大于0.3 mm，以保证热线与试样及试样的两平面贴合良好。对于致密、坚硬的试样，需在其叠合面上铣出沟槽，用来安放测量探头。沟槽的宽度与深度必须与测量探头的热线和热电偶丝直径相适应。用从被测量试样上取下的细粉末加少量的水调成粘结剂，将测量探头嵌粘在沟槽内，以保证良好的热接触。粘好测量探头的试样，需经干燥后方能测试，有面层或表皮层的材料，应取芯料进行测量。
5.3 试样干燥处理
欲测定干燥状态的导热系数，应将试件在烘箱中烘至恒重，然后用塑料袋密封放入干燥器内降至室温(一般需8h)。待试件中内外温度均匀一致后，迅速取出，安装测定探头，在2h内完成测定工作。
5.3.1 粉末状和颗粒材料
对粉末状和颗粒材料的测定，使用两个内部尺寸不小于80 mm×114 mm×40 mm的盒子。其下层是一个带底的盒子，将待测材料装填到盒中，并与其上边沿平齐，然后将测量探头放在试样上。上层的盒子与下层的内部尺寸相同，但无底。将上层盒子安放在下层盒子上，将待测材料装填至.与其上边沿平齐。用与盒子相同材料的盖板盖上盒子，但不允许盖板对试样施加压力。
测定干燥空气的导热系数
一、 实验目的：
1、掌握用热线法测定气体导热系数的基本原理和方法。
2、掌握低真空系统的统的基本操作方法，学会正确使用数显式电子真空计。
3、学习应用“外推法”进行实验数据处理。
二、 实验原理：
采用“热线法”。应用傅里叶公式，得到：
2112ln2rQrtklTT 由Qt 和 1T 求 K
1、求Qt：利用热线恒温自动控制系统来维持钨丝温度1T不变。由于Qt=P=UI，故可以通过测量钨丝消耗的电功率来求算待测气体的导热系数。
（1） 为了减少气体对流传热的影响，测量应在低气压（1---10mmHg）条件下进行。
由1111ABQQKPKPtt低低 用外推法求截距Qt的值。
（2） 钨丝的热辐射与电极棒的热损失修正：
用测量值减去PUI真空真空真空 （一般P低取1×10-3mmHg，但由于气压计制作原因，可取热丝电压小于5V即可）
（3） 测量室的外管壁温度有所升高的修正：
1.2QUIUIt低真真 1.2为修正系数
2、1T可通过测量钨丝的电阻值求出，而tURI ，1T=273.15+t1 , 010tRRtR
(温度系数: 3015.110C)
三、 实验仪器：
a) FB—202型气体导热系数测定仪。
b) 真空泵：（2XZ—0.5型旋片式真空泵）
四、 实验步骤：
a) 校准大气压
（1）放气阀调到大气，压强单位开关调到“mmHg”
（2）打开电源开关
（3）大气压校正按钮校正到760 mmHg
b) 调钨丝阻值
（1）“输出、关闭”键拨到“输出”
（2）调节“温度选择”按钮，使热丝电压跟热丝电流间数相差10倍，即100URI左右
c) 测量室抽真空
（1）放气阀关闭
（2）开动真空泵，抽气阀旋至“系统”，抽气使测量室气压降到极限，一般使热丝电压小于5V即可达到（极限真空中热丝消耗电功率0.20V）
２Ｏ０６年１０月 矿业安全与环保 第３３卷第５期 平行热线法测定松散煤体导热系数试验 唐明云 ，张国枢 ，张朝举 ，束永保 ，邱进伟 （１．安徽理工大学资源开发与管理工程系，安徽淮南２３２００１；２．皖北煤电公司祁东矿，安徽宿州２３４０００； ３．国家安全生产监督管理总局信息研究院，北京ｌ０００２９） 摘要：根据国际标准的平行热线法原理，设计出测定松散煤体导热系数试验装置，给出了其计算 方法，并对祁东煤矿的不同粒径及不同含水量的煤质进行了反复试验，结果表明：随着粒径及含水量的 增加，煤体导热系数呈上升趋势，且越趋平稳；最后对结果作了详细分析。 关键词：平行热线法；松散煤体；导热系数；粒度；含ｔ－ｆ 中图分类号：ＴＤ７５ ２．２；０４８２．２ ２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８—４４９５１２ｏｏ６）ｏ５—００１３—０３ 松散煤体导热系数是研究煤炭自燃热力学和化 学动力学的一个重要参数，它的准确与否直接影响 到模拟实验的准确性。过去对它的计算是按岩石导 热系数的测定方法进行，再根据浮煤的堆积厚度或 孔隙率换算成松散煤体的有效导热系数，此间接推算， 难免与真实值有较大误差，因此，寻求一种更加有效的 直接测试松散煤体的导热系数法尤为重要［１】。 测量导热系数的方法可分为稳态法和非稳态 法。在稳态法中待测样品内形成稳定的温度分布。 在动态法中待测样品加热端的温度是随时间而变 化。由于松散煤体的导热性不强，所以达到温度平 衡所需的时间较长，松散煤体的水分就会迁移而造 成导热系数的变化，所以用非稳态法较合适。根据 国际标准ＩＳＯ ８８９４＿－２幢 可知，平行热线法是动态测量 材料导热系数的一种理想方法，特别是对导热性能差的 材料特别适合。根据松散煤体的实际特点，实验采用平 行热线法对松散煤体导热系数进行测定。 １平行热线法的原理［３】 平行热线法的基本原理是测量埋在试样中的线 状热源的温升，给热线输入恒定的电流，使其产生一 持续的热量，该热量传导到与热线接触的试样上，根 据热移速度与材料特性的关系来测量材料的导热系 数。平行热线法的核心部分是热线及物质内的温度 分布。热线持续不断地发热，使得物体内部温度分布 收稿日期：２００５—１２—２６；２００６—０４—０６修回 基金项目：安徽省自然科学基金资助项目（ｏｓｏ４￣４ｏ￣） 作者简介：唐明云（１９ｒ７８．），男，江西南－＊Ａ，硕士，助教， 主要研究方向为矿山通风与安全。 不均匀，引起物体内部非稳态导热，也即温度随时间 变化的热传导系统。热传导问题的解法有多种，如： 分离变量法，热源法，拉普拉斯变换法及数值解法 等，在此根据松散煤体的实际情况采用热源法进行 求解，平行热线法中的热线可以看作为固定的持续 作用的热线源。假定把热线理想化，假设一无限大物 体，初始温度为常数ｔ ，并在 ＝ ，Ｙ＝Ｙ 处有一 条无限长的热线源，时间ｒ＝０时线热源瞬间释放的 热量为Ｑ （Ｊ／ｍ），则在物体中引起二维非稳态导热， 其数学描述为 ｜＝【（ ａｘｔ＋ ）＝ＩＤｃ （１） 设过余温度 ＝ｔ—ｔ ，则有： （器＋ ）＝ｐｃ （） ＋ 【２，又由上述线热源分布内热源的形式，其发热率为 ｑ （ ，Ｙ）＝Ｑ ８（ 一 ）８（，，一Ｙ ）艿（ｒ） （３） 根据瞬时热源与初始温度分布之间的等价关系可 知，瞬时线热源Ｑ 等价于下列初始温度分布： Ｆ（ ，Ｙ）＝ｔ ＋，８（ 一 ）８（，，一Ｙ ） （４） 式（４）中瞬时热源强度，为 ，： （５） 一 当ｒ＝０时，则有： ＝，８（ 一 ）８（，，一Ｙ ） （６） 上述方程根据狄拉克艿函数计算则有： （ ，Ｙ，ｒ）＝ ｌ（ ，ｒ） ２（，，，ｒ）＝ ， ｅｘｐ【一 掣 】 （７） 如果线热源不是在时间ｒ＝Ｄ时，而是在ｒ＝ｒ， 时瞬间地释放热量 则式（７），变化为 ・ １３・
热线法测导热系数原理
导热系数是描述材料导热性能的重要参数，它反映了材料在单位时间内传导热量的能力。为了准确测定材料的导热系数，科学家们提出了多种方法，其中热线法是一种常用且有效的测量方法。
热线法是通过在材料中引入一个加热元件和一个测温元件，利用热传导原理来测量材料的导热系数。具体而言，热线法通过在材料中夹入一个细长的电热丝或热电偶作为加热元件，然后再夹入一个测量温度的热电偶作为测温元件。当电热丝通电时，会在材料中产生一条热线，热量会沿着热线方向传导，并逐渐散布到周围的材料中。
在热线法测量中，首先需要根据热传导原理建立热传导方程。根据传热学基本原理，热量在导热体中的传导可以用傅立叶热传导方程来描述。傅立叶热传导方程是一个二阶偏微分方程，其中包含了导热系数、温度分布和热源分布等物理量。通过求解这个方程，可以得到具体的温度分布情况。
为了简化热传导方程的求解过程，热线法通常采用一维传热假设。在一维传热假设下，假设材料的导热性能沿热线方向是均匀的，即导热系数在整个材料中是恒定的。这样，热传导方程可以简化为一维热传导方程，进一步简化了求解的过程。
根据热线法的原理，当电热丝通电后，测温热电偶可以测量到热线附近的温度变化。通过测量不同位置的温度，可以得到不同位置处的温度梯度。根据热传导方程，温度梯度与导热系数之间存在一定的关系。通过测量温度梯度和施加的电热丝功率，可以计算出材料的导热系数。
热线法测量导热系数的过程中，需要注意一些实验条件的控制。首先，加热元件和测温元件的位置应该合理选择，以确保能够准确测量到材料表面处的温度梯度。其次，加热功率的选择也需要合适，过高的功率可能导致材料的温度过高，影响测量结果的准确性。此外，环境温度的变化也可能对测量结果产生一定的影响，需要在实验过程中进行控制。
总结起来，热线法测量导热系数的原理是利用热传导原理，在材料中引入加热元件和测温元件，通过测量温度梯度和施加的功率来计算导热系数。这种方法具有操作简单、测量范围广、精度高等优点，被广泛应用于材料导热性能的研究和工程实践中。通过热线法测量导热系数，可以为材料的热传导特性提供重要参考，有助于材料的设计和应用。
