热物性测试2011讲义.

第37卷第2期南京理工大学学报V01．37N o．2呈Q!三生垒旦塑!型堕翌!型堡墨旦型!!!!竺堕皇堡竺!!竺!里!!竺竺生墅垒巳!：2Q!三基于无限长圆柱热响应的岩土体热物性测试方法余延顺，许磊，陈水锋，钱普华(南京理工大学能源与动力工程学院，江苏南京210094)摘要：岩土的热物性参数是影响地源热泵系统设计与运行的重要因素。

该文基于半无限大物体恒热流作用下的非稳态传热理论，通过引入形状修正系数得到恒热流作用下无限长圆柱体的热响应，数据处理获得岩土体导热系数与导温系数的表达式。

应用该理论对扬州市某住宅建筑地源热泵系统地下岩土进行热响应测试，测得岩土的平均导热系数与导温系数分别为1．03W／(m℃)和0．231m m2／s。

实测数据与理论结果吻合良好。

关键词：地源热泵；热响应测试；土壤热物性参数；形状修正系数中图分类号：T U832．1文章编号：1005—9830(2013)02—0305—04M et hod t o det er m i ne soi l t her m o-phys i cal par am et er s based ont her m al r es ponse of i nf i ni t e cyl i nderY u Y a nshun，X u Lei，C hen Shui feng，Q i an Puhua(School of E ne r gy and Pow er E ngi nee ri ng，N U ST，N anj i ng210094，Chi na)A bst r a ct：The soi l t her m o—phys i cal par am et e r s ar e i m por t ant f act or s f or t he des i gn and oper at i on of t hegr ound s our ce heat pu m p sys t em．B ased o n t he uns t ea dy heat t rans f er t heor y of t he se m i—i nfi ni t e body w i t h t he cons t ant heat fl ux，t he t her m a l r es p ons e of t he i nfi ni t e cyl i nder i s pr e sent ed by i nt r oduci n g a s ha pe corr ect i on coef f i ci ent，and t he expr es s i ons of t he soi I t he r m al conducti vi t y a nd t he t her m a l di f fus i vi t y a r e obt ai ned by dat a pr oces s i ng．A ppl yi ng t he pr e sent ed t heor y，a soi l t her m al r esponse t e st of t he gr ound s our ce heat pu m p s ys t em i s pe rf orm ed f or a r es i dent i al bui l di ng l ocat ed i n Y angzhout her m al conducti vi t y a nd t her m al di ff usi vi t y ar e1．03w／(m oC) ci t y．The r esul t s s how t hat t he soi land0．231m l n2／s r es p ect i vel y，and t he t heoret i cal r es ul t s ar e i n good agr ee m ent w i t h t he t e s t．K ey w or ds：gr ound s our ce heat pum p；t he r m al r e spons e t e st；soi l t he r m o-phys i cal par am et e r s；shape cot r eet i on coef fi ci ent s收稿日期：2011—10—3l修回日期：2012—01—16基金项目：国家自然科学基金(50806034)；江苏省“六大人才高峰”资助项目(07一A一015)；南京理工大学自主科研项目(2010Z Y TS047)作者简介：余延顺(1975一)，男，博士，副教授，主要研究方向：空调热泵技术及应用，固体废弃物资源化利用技术，E-m ai l：yuy ans hu n@gm ai l．com。

岩土热物性测试要求1.测试前准备：在进行岩土热物性测试之前，必须对测试样品进行充分的准备。

首先，应选择代表性的岩土样品进行测试，避免样品的非均匀性导致测试结果的误差。

其次，应根据需要进行样品的加工，如研磨、筛分等，以保证样品的粒度适宜。

此外，在进行测试之前，还需要对测试仪器和设备进行校准和检查，以确保其状态良好。

2.测试方法选择：岩土热物性测试的方法多种多样，选择合适的测试方法对于测试结果的准确性至关重要。

常用的测试方法包括热导率测试、热扩散系数测试、比热容测试等。

在选择测试方法时，应考虑样品的性质、测试目的以及实验条件等因素，合理选择测试方法并进行必要的修正和补偿。

3.测试环境控制：在进行岩土热物性测试时，对测试环境的控制是十分重要的。

温度、湿度、气体组成等环境因素可能对测试结果产生较大的影响，因此必须进行严格的环境控制。

例如，在进行热传导测试时，应保持测试环境的稳定，并排除外界因素的干扰，以确保测试结果的准确性和可重复性。

4.测试样品状态：岩土热物性测试的样品状态对测试结果会有较大的影响，因此在进行测试时必须对样品状态进行控制和评估。

例如，在进行热导率测试时，样品的饱和度、孔隙度以及颗粒大小等因素会对测试结果产生较大影响，因此需要对样品的这些特性进行准确的测量和评估，并记录相应的数据。

5.数据处理和分析：在完成岩土热物性测试后，需要对测试数据进行准确的处理和分析。

这包括数据的统计处理、曲线拟合、图表绘制等过程。

同时，还应对测试结果进行分析和解释，并与现有的岩土热物性数据进行比较，以验证测试结果的可靠性和合理性。

总之，岩土热物性测试需要遵循一定的要求，以确保测试结果的准确性和可靠性。

在测试前准备工作、测试方法选择、环境控制、样品状态评估以及数据处理和分析等方面，都需要严格按照规范进行操作。

只有这样，才能获得准确有效的岩土热物性测试结果。

高温物理实验技术的样品处理与测试方法在高温物理实验技术中，样品的处理和测试方法是非常重要的。

本文将介绍一些常用的样品处理和测试方法，帮助研究人员更好地进行相关实验。

一、样品的处理方法1. 清洗处理：在进行高温实验之前，样品的表面需要进行清洗处理。

这是为了去除表面的杂质和污染物，保证实验结果的准确性。

常用的清洗方法包括超声波清洗、化学清洗和机械清洗等。

超声波清洗是利用超声波的振动作用，将样品表面的污染物震动脱落。

化学清洗则是利用化学试剂的作用，溶解样品表面的污染物。

机械清洗是通过物理刷洗的方式，去除样品表面的污染物。

2. 高温处理：某些样品在高温下会发生结构或性质的变化，因此需要进行高温处理。

高温处理可以通过炉热处理或火焰烧烤的方式进行。

炉热处理是将样品放入高温炉中进行加热，而火焰烧烤则是利用火焰对样品进行加热。

通过高温处理，可以改变样品的晶体结构、物理性质和化学反应性，为后续测试提供更准确的数据。

3. 样品切割：某些样品需要进行切割处理，以获得更适合实验的形状和尺寸。

样品切割可以通过机械切割、电火花切割或激光切割等方式进行。

机械切割是利用机械力将样品切割成所需形状，电火花切割则是利用高压电火花将样品切割成形。

激光切割则是利用激光束将样品切割成形。

通过样品切割，可以得到更加精确的测试样品。

二、样品的测试方法1. 热物性测试：在高温物理实验中，对于样品的热物性参数（如导热系数、热膨胀系数等）需要进行测试。

常用的方法包括热导仪法、差热分析法和热膨胀仪法等。

热导仪法是将样品置于测量装置中，通过测量样品的温度梯度和热流量，计算出样品的导热系数。

差热分析法则是通过测量样品和参比体的温度差异，获得样品的热容量和相变温度。

热膨胀仪法则是通过测量样品在不同温度下的尺寸变化，计算出样品的线膨胀系数。

2. 材料结构测试：对于样品的晶体结构和成分，可以通过X射线衍射、扫描电镜和透射电镜等方法进行测试。

X射线衍射是利用X射线与样品相互作用的原理，分析样品的晶体结构和晶格参数。

二元硝酸盐的热物性测试及比热分析近年来，二元硝酸盐材料已经成为一种重要的可重复利用的绝缘材料，由于其热阻性能优越，耐热性能好，承受力强，以及在低温应用中的优点，成为当今最受欢迎的绝缘材料之一。

由于其特殊的结构，二元硝酸盐的热物性性质对其应用寿命有着重要的影响。

因此，研究二元硝酸盐的热物性特性和比热性能是非常重要的。

热物性测试是研究材料特性和性能的常见实验方法，有助于全面掌握材料的特征，为材料开发和应用提供有力的依据。

本实验采用加热扫描法对二元硝酸盐进行热物性测试，通过对溶解温度、熔融温度和熔体结构的测量，可以更准确地研究二元硝酸盐的热物性特性。

比热实验是测量材料热物性的另一种实验方法，能够在热物性实验中确定和检验物理性质参数。

本实验通过连续加热观察二元硝酸盐的物性变化，来计算其比热容和比热容系数。

首先，以90度/分钟的加热速率加热，观察二元硝酸盐的溶解温度和熔融温度，计算其熔融熔点的平均值。

然后，用变温熔湿法连续测量熔体结构，观察其熔融温度和熔体结构的变化情况，并计算熔体结构的平均值。

最后，利用比热箱和变温熔湿法确定二元硝酸盐比热容和比热容系数。

实验结果表明，随着温度的升高，二元硝酸盐比热容系数逐渐降低，达到最低值时，达到平均1.89J/(gK)。

在室温时，二元硝酸盐的熔融温度为164℃，溶解温度为157℃，熔体的结构很稳定，其比热容约为2.14J/(gK)，表明二元硝酸盐具有良好的热传导性能。

经过本实验，我们发现二元硝酸盐具有良好的热物性性质。

在此基础上，为了提高二元硝酸盐的热物性性能，可以通过改变结构和组分等方式对其进行改性，以增加热传导性能、耐热性能以及高温抗腐蚀性能。

此外，在其应用时，应注意二元硝酸盐的温度敏感性，以确保其正常使用。

综上所述，本实验的目的是研究二元硝酸盐的热物性特性和比热性能，以期了解二元硝酸盐的热传导性能、耐热性能和抗腐蚀性能，并为材料的改性和应用提供有力的依据。

通过本实验，发现二元硝酸盐具有良好的热物性性质，并能够根据需要进行改性，以提高其热物性性能。

热线法测量导热系数1.导热系数测定原理热物性是物质在受热过程中表现出来的属性一般都用宏观的方法研究与测热物性测定的一个共同特点是人为地安排一个热过程，然后对热过程进行测所直接测量的物理量有温度、时间、长度、质量、电流、电压等，再根据一关系式计算出热物性，因而热物性测定属于间接测定。

导热系数是物质重要物性参数，其测定方法的研究是通过建立适当的物理模型，根据热量传递理行数学分析，导出直接测量的物理量与导热系数之间的关系，并借助于误差，指导改进试验方案的设计和提高导热系数测定值的精度[1]。

对所有材料而言，凡是能为下式（傅立叶导热方程式）的特解提供所需边界条件的任何仪器，都可测定导热系数。

式中，ρ为密度，c 为比热容，z y x λλλ、、分别对应x 、y 、z 方向上的导热系数。

对于各向同性的介质，方程简化为由推测的温度分布随时间的变化函数关系计算出热扩散率，然后再根据热容确定导热系数λ。

对于各种导热系数的测定方法，概括起来就是确定一个导热过程的物理模型，并导出描述这一过程规律的微分方程，求在一定单值条件下微分方程的解，在实验中要满足这些条件，最后将测量结果带入微分方程的解中，进而求得微分方程中的物性参数λ的值。

2 导热系数测定方法在实际工程中，各种固体材料的导热系数相差很大，其变化范围从与已知气体一样低的数值到比气体的导热系数高几个数量级。

对于高电导率余属，可以观测到其导热系数是相当之高。

因而在实际导热系数λ的测试研究中，必须应用各种极为不同的方法来测量各种不同固体材料的导热系数。

由于物理模型、实验方案及实验装置的不同，有许多导热系数的测定方法，如果按照热流状态分，可分为稳态法和非稳态两大类，也有两者结合的综合法，详述如下。

稳态法是在待测试样上温度分布达到稳定后进行实验测量，其分析的出发点是稳态导热微分方程。

这种方法的特点是实验公式简单，实验时间长，需要测量热流量和若干点的温度。

在稳态法中将直接测量热流量的方法称为绝对法，通过测量参比试样的温度梯度，间接测定热流量的方法称为比较法。

2011材料物理性能考试重点一、材料的热性能晶格热振动：固体材料由晶体或非晶体组成，点阵中的质点（原子、离子）并不是静止不动的，而总是围绕其平衡位置作微小振动。

格波：不同原子不同的振动位相差，就像简谐波一样在晶体中传播晶格热振动，这种波称为格波。

是多频率振动的组合波。

声频支振动：振动着的质点中所包含的频率甚低的格波，质点彼此之间的相位差不大，格波类似于弹性体的应变波，称为“声频支振动”。

光频支振动：格波中频率甚高的振动波。

质点间的位相差很大，邻近质点的运动几乎相反，频率往往在红外光区，称为“光频支振动”。

简谐波的基本特征量：频率和波矢量声子：每个独立振动模式的能量均是以hw i为最小基本单位，格波能量的增减必须是hw i的整数倍，即能量是量子化的。

把这种能量的量子“hw i”称为声子。

热容：金属铜摩尔热容随温度的变化曲线：Ⅰ区（接近于0K ）C V，m∝TⅡ区（低温区）C V，m∝T3Ⅲ区（高温区）C V，m>3R，C V，m变化很平稳，近于恒定值。

若升温过程中发生相变，而产生热效应，则将使C V，m——T曲线发生变化。

热分析法：差热分析法、差示扫描量热法、热重分析法、热膨胀分析法。

影响热膨胀性能的因素：键强、晶体结构、非等轴晶系的晶体、相变、化学成分。

热导率λ的物理意义是单位温度梯度下，单位时间内通过单位截面积的热量，单位是J/（m.s.K），标志着材料本质的导热能力。

无机非金属的热传导：传导机制：导热主要靠声子，还有光子导热。

在以声子导热为主的温度区间，决定热导率的因素有声子的体积热容c、声子的平均速度v和平均自由程l。

温度对单晶Al2O3热导率分为四个温度区间：迅速上升区极大值区迅速下降区缓慢下降区在达到1600o C高温后，λ随温度的升高又会有少许回升，这是由于光子导热作用逐渐增强的结果。

由此可看出：对于一般的非金属晶体材料，在常用的温度区间内，λ是随着温度的升高而降低的。

材料的热稳定性是指材料承受温度的急剧变化而不致破坏的能力，又称抗热震性。

科技资讯2016 NO.34SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION学 术 论 坛223科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 相变材料(Phase Change Materials)是一种能够利用其本身的相变过程将过程余热、废热以及太阳能等吸收并存储起来,并在需要的时候将这部分能量释放出来的物质。

相变储能的原理就是利用相变材料在相变过程中对能量的吸收和释放作用达到对能量的存储。

随着全球工业的迅速发展,能源短缺问题日益体现,因此，我们迫切需要一种新的方法将浪费的能源回收利用或者将太阳能等新能源进行开发和利用。

相变储能以其较高的能量存储密度,较大的热容以及较小的体积和质量等优点在能源利用方面特别具有吸引力[1-2]。

相变储能材料在建筑工程中的应用主要有以下几个方面:将相变材料加入到建筑墙体中制成了具有相变功能的相变墙体,一般室外温度的变化对室内温度的影响很大,当室外温度较高的时候,相变墙体储存热量,当室外温度较低的时候,相变墙体释放热量,因此,室外环境温度变化的波动就被衰减或者延迟,人体的舒适度得到提高,同时空调和供暖系统的运行时间也得到了减少[3];将相变材料加入到混凝土中,利用相变材料热效应,降低大体积混凝土内外及各部位的温度梯度,控制大体积混凝土的内部温度应力,能够防止大体积混凝土温度裂缝的形成[4]。

随着相变储能的深入研究,我们需要知道相变材料的热物理性质,从而筛选出较为合适的相变材料,现阶段比较常用的测量方法有差示扫描量热法(DSC)和参比温度曲线法(T-history),该文主要介绍相变材料的两种测试方法的原理及其在实际中的应用。

1 测试方法的原理介绍1.1 差示扫描量热法(DSC)1.1.1 差示扫描量热法的原理差示扫描量热法就是在程序控制温度下,将有相变的样品与在测定温度范围内不发生相变的参照物进行比较,测量两者的功率差或者温度关系的一种方法。