基本介紹
- 中文名：導熱率
- 外文名：Heat Transfer Rate
- 釋義：物體傳導熱量的能力
- 又稱：熱導率
- 屬性：材料的熱物性
- 分類：穩態導熱、非穩態導熱
- 拼音：daorelv
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導熱率概念
導熱率：物體傳導熱量的能力，又稱為熱導率，導熱係數。其導出式來源於傅立葉定律，定義為單位溫度梯度在單位時間內經單位導熱面所傳遞的熱量。
常見固體的熱導率Q=KA△T/d
R=A△T/Q
式中：
Q：熱量W
K：熱導率W/m.k
A：接觸面積
d：熱量傳遞距離
△T：溫度差
R：熱阻值
不同成分的導熱率差異較大，導致由不同成分構成的物料的導熱率差異較大。空氣為熱的不良導體，單粒物料的導熱性能好於堆積物料；
導熱率K是材料本身的固有性能參數，用於描述材料的導熱能力。這個特性跟材料本身的大小、形狀、厚度都是沒有關係的，只是跟材料本身的成分有關係。所以同類材料的導熱率都是一樣的，並不會因為厚度不一樣而變化。
相關定義
導熱率是材料的熱物性參數之一，也是固體最重要的熱物性參數。低導熱性能材料導熱率作為表征建築節能與保溫材料物性的重要參數，其參數值的準確測量有著非常重要的理論和使用價值。
穩態導熱
導入物體的熱流量等於導出物體的熱流量，物體內部各點溫度不隨時間而變化的導熱過程。
非穩態導熱
導入和導出物體的熱流量不相等，物體內任意一點的溫度和熱含量隨時間而變化的導熱過程，也稱為瞬態導熱過程。
熱阻
將上面兩個公式合併，可以得到 K=d/R。因為K值是不變的，可以看得出熱阻R值，同材料厚度d是成正比的。也就說材料越厚，熱阻越大。
但如果仔細看一些導熱材料的資料，會發現很多導熱材料的熱阻值R，同厚度d並不是完全成正比關係。這是因為導熱材料大都不是單一成分組成，相應會有非線性變化。厚度增加，熱阻值一定會增大，但不一定是完全成正比的線性關係，可能是更陡的曲線關係。
根據R=A△T/Q這個公式，理論上來講就能測試並計算出一個材料的熱阻值R。但是這個公式只是一個最基本的理想化的公式，他設定的條件是：接觸面是完全光滑和平整的，所有熱量全部通過熱傳導的方式經過材料，並達到另一端。
實際這是不可能的條件。所以測試並計算出來的熱阻值並不完全是材料本身的熱阻值，應該是材料本身的熱阻值+所謂接觸面熱阻值。因為接觸面的平整度、光滑或者粗糙、以及安裝緊固的壓力大小不同，就會產生不同的接觸面熱阻值，也會得出不同的總熱阻值。
所以國際上流行會認可設定一種標準的測試方法和條件，就是在資料上經常會看到的ASTM D5470。這個測試方法會說明進行熱阻測試時候，選用多大的接觸面積A，多大的熱量值Q，以及施加到接觸面的壓力數值。大家都使用同樣的方法來測試不同 的材料，而得出的結果，才有相比較的意義。
通過測試得出的熱阻R值，並不完全是真實的熱阻值。物理科學就是這樣，很多參數是無法真正的量化的，只是一個“模糊”的數學概念。通過這樣的“模糊”數據，人們可以將一些數據量化，而用於實際套用。 此處所說的“模糊” 是數學術語，“模糊”表示最為接近真實的近似。
而同樣道理，根據熱阻值以及厚度，再計算出來的導熱率K值，也並不完全是真正的導熱率值。
測量方法
通常，根據導熱機理不同，導熱係數測量方法分為穩態法和瞬態法（也叫做非穩態法）兩大類。
穩態法是經典的保溫材料的導熱係數測定方法，至今仍受到廣泛套用。其原理是利用穩定傳熱過程中，傳熱速率等於散熱速率的平衡狀態，根據傅立葉一維穩態熱傳導模型，由通過試樣的熱流密度、兩側溫差和厚度，計算得到導熱係數。原理簡單清晰，精確度高，但測量時間較長，對樣品和環境條件要求較高。
保護熱板法
護熱平板法其工作原理和熱流法相似，是傳統方法之一，可用於基準樣品的標定和其他儀器的校準，實驗裝置多採用雙試件結構。熱源位於同一材料的兩塊樣品中間。使用兩塊樣品是為了獲得向上與向下方向對稱的熱流，並使加熱器的能量被測試樣品完全吸收。測量過程中，精確設定輸入到熱板上的能量。通過調整輸入到輔助加熱器上的能量，對熱源與輔助板之間的測量溫度和溫度梯度進行調整。熱板周圍的保護加熱器與樣品的放置方式確保從熱板到輔助加熱器的熱流是線性的、一維的。輔助加熱器後是散熱器，散熱器和輔助加熱器接觸良好，確保熱量的移除與改善控制。測量加到熱板上的能量、溫度梯度及兩片樣品的厚度，套用 Fourier方程便能夠算出材料的導熱係數。
熱流計法
熱流計法是一種比較法，是用校正過的熱流感測器測量通過樣品的熱流，得到的是導熱係數的絕對值。測量時，將厚度一定的樣品插入於兩個平板間，設定一定的溫度梯度。使用校正過的熱流感測器測量通過樣品的熱流，感測器在平板與樣品之間和樣品接觸。測量樣品的厚度、上下板間的溫度梯度及通過樣品的熱流便可計算導熱係數。
熱線法
熱線法是套用比較多的方法，是在樣品中插入一根熱線。測試時，在熱線上施加一個恆定的加熱功率，使其溫度上升。測量熱線本身或平行於熱線的一定距離上的溫度隨時間上升的關係。由於被測材料的導熱性能決定這一關係，由此可得到材料的導熱係數。這種方法測量時間比較短，所測量材料的導熱係數範圍一般是 0.1W/mK 到幾十。熱線法在液體導熱係數測量的套用中具有重要的作用，國際純粹與套用化學聯合會（IUPAC）發布的液體物理化學性質推薦表中，以甲苯（toluene）、純水作為液體導熱係數測量的一級標準物質（CRM），而這些標準物質的一級參考數據均以熱線法獲得。
