導溫係數

"導溫係數" 也稱為熱擴散率。是材料的一種熱物理性質,表示材料被加熱或冷卻時,其內部溫度趨於一致的能力,單位為m/h。導溫係數愈大,表明材料內部的溫度分布趨於均勻愈快。

概述

導溫係數又名“熱擴散係數”表征物料被加熱或冷卻時, 其內部各處溫度均勻一致的能力。以物體受熱升溫的情況為例來分析。在物體受熱升溫的非穩態導熱過程中，進入物體的熱量沿途不斷地被吸收而使當地溫度升高，在此過程持續到物體內部各點溫度全部扯平為止。由熱擴散率的定義α=λ/ρc 可知：
（1） 物體的導熱係數λ越大，在相同的溫度梯度下可以傳導更多的熱量。
（2） 分母ρc是單位體積的物體溫度升高1℃所需的熱量。ρc 越小，溫度升高1℃所吸收的熱量越小，可以剩下更多熱量繼續向物體內部傳遞，能使物體各點的溫度更快地隨界面溫度的升高而升高。
熱擴散率α是λ與1/ρc兩個因子的結合。α越大，表示物體內部溫度扯平的能力越大，因此而有熱擴散率的名稱。這種物理上的意義還可以從另一個角度來加以說明，即從溫度的角度看，α越大，材料中溫度變化傳播的越迅速。可見α也是材料傳播溫度變化能力大小的指標，因而有導溫係數之稱。
物料的導溫係數等熱物性參數是對特定熱過程進行基礎研究、分析計算和工程設計的關鍵參數。

測量方法及原理

圓柱體瞬態熱流法

將初始溫度(T_0)均勻的試樣，迅速置於一溫度較高的恆溫(T_b)湍流環境中。根據試樣新溫度(T)隨時間(t)的變化規律，確定試樣物料的導溫係數α(m^2／s)。
由於試樣管長徑比較大，故其導熱過程可按無限長圓柱的徑向非穩態導熱過程處理，其導熱微分方程如下：
∂T/∂t=α（(∂^2 T)/(∂t^2 )+1/r ∂T/∂r ） （6）
定解條件
IC：t=0，T=T_0，BC：r=0，∂T/∂t=0，r=r_0，T=T_b。
用分離變數法求解方程(1)，並代入定解條件可得特解，其特解為含有貝塞爾函式的無窮級數解
(T-T_b)/(T_(0-) T_b )=∑_(n=1)^∞▒2/(μ_n J_1 (μ_n ) ) J_0 (μ_n r/r_0 ) e^(-μ_(n^2 ) F_0 ) (7)
當傅立葉準數時間F_0=(α∙t)/(r_0^2 )>0.2時，方程(2)，收斂極為迅速，故可取上述級數解的第1項(n=1)即可滿足要求。當畢渥特準數Bi>100時，μ_1趨於一常數。將方程(2)兩邊取對數並整理得
ln⁡〖（T_b-T）〗=A∙t+C （8）
方程(3)為一線性方程，式中A= (-μ_1^2 α)/r^2 ，C為常數。
用對數溫差即ln⁡〖（T_b-T）〗對時間t作圖或用最小二乘法線性回歸得到斜率A，則物料的導溫係數可由下式獲得：
α=-A〖（r_0/μ_1 ）〗^2 （9）
測試選擇在正規狀況階段進行。方程(3)和(4)是測定導溫係數的主要依據，式中r_0=0.01m為薄壁銅管內半徑，μ_1=2.4048。