耐火材料 陶瓷纤维制品试验方法—导热系数的测定
1 定义
导热系数 thermal conductivity
单位时间内在单位温度梯度下,沿热流方向通过材料单位面积传递的热量。用W·m-1 • K-1表示。
2 原理
测量平板试样的导热系数,应满足条件:
a) 试样的一个面均匀受热;
b) 尽可能减少侧面热流;
c) 平板试样传导的热量由一个装有外保护装置的中心量热器测量。
本方法必需是热流垂直于平板表面。
3 设备
3.1量热器
3.1.1 尺寸
内保护装置和中心量热器组合的尺寸应至少为230 mm×230 mm,其中,中心量热器尺寸为76 mm×76 mm。加热室剖面见图2。
3.1.2水循环系统
中心量热器和内保护装置分别装有一个进水口和一个出水口。进水口和出水口的定位应避免中心量热器和内保护装置之间的热传导。进水温度应在室温+3℃或-1℃之内。进水的温度变化不应超过
0.5℃/h。进水的压力应恒定,水压变化不超过1%。
3.1.3水温的测量装置
应能测量进、出水之间的温差,精确至0.05℃。
3.2电加热炉
应保证在试样整个表面上方温度分布均匀.温度控制装置应能使温度恒定至波动不超过±10℃。
加热速率应符合表2的规定。
表2 慢热法的加热速率
| 试验温度/℃ | 温度范围/℃ | 加热速率/(℃/min) | |
| ≤1250 | 室温〜低于试验温度50 | 5〜10 | |
| *50 | 1〜2 | ||
| >1250—1500 | 室温〜1200 | 5〜10 | |
| 1200〜低于试验温度50 | 2〜5 | ||
| *50 | 1〜2 | ||
| >1 500 | 室温〜1200 | <20 | |
| 1200〜低于试验温度50 | <10 | ||
| *50 | <2 | ||
4 试样
4.1按第3章试样制备的规定制备试样。
4.2按第5章体积密度的测定中3.2的规定干燥试样。
5 试验程序
5.1试样的安装
为每层试样用隔热砖制备四个支柱,其直径为17mm±0.5 mm,高度不低于试样厚度的9/10。在每层试样四个角各打直径与支柱相同的一个孔,将支柱装入孔中。每层试样上孔的位置均应相同。
将第1支热电偶装在中心量热器的中心,然后安装第1层试样,并用一块长、宽尺寸与试样相同的木板或其它工具将其压至支柱顶,使试样与量热器紧密接触。取出木板,将第2支热电偶装在第1层试样上面中心,第1支热电偶的正上方。依此类推,安装第2层试样和第3支热电偶,直至所需层数。用一块长、宽尺寸与试样相同的碳化硅板压在*一层试样和热电偶之上,这块碳化硅板在整个试验期间与该层试样及其上面的热电偶保持接触。
如果试样仅有一层或两层,热电偶应插入试样中,且尽可能安插5支热电偶。
5.2温度梯度的测量
*上面和*下面的两支热电偶测出试样组热面和冷面的温度。其余的热电偶每支均测出试样相邻两层的热面和冷面的温度。这些温度测量值和相应的厚度组合给出:
a)10个温度梯度和10个平均温度(由4层试样组成的试样组,5支热电偶);
b)6个温度梯度和6个平均温度(由3层试样组成的试样组,4支热电偶)。
5.3测量条件
试样组的热面应加热到制品使用的极限温度,而对高温制品,则应加热到所用设备的操作极限温度,至少保温24 h。然后在该温度下,要保持加热元件的温度使热面温度在2 h内的变化不大于5℃ ,同时用量热器测量的热流量变化不大于2%。保持中心量热器的水流量在120 mL/min〜200 mL/min,
水流量应恒定,其变化不大于1%。
调节内保护装置的水流量,以保证该装置和中心量热器的出水温度基本相同。在30 min间隔内进行3〜5次测量,包括测量每层试样的热面温度T2,冷面温度T1及水温升高值(t2-t1)和中心量热器的水流量m。
6结果计算
按式(6)计算导热系数,数值以W·m-1 • K-1表示,结果按GB/T 8170修约至3位小数。
................(6)
式中:
m——通过中心量热器的水的平均流量,单位为千克每秒(kg·s-1);
t1——进水温度,单位为摄氏度(℃);
t2——出水温度,单位为摄氏度(℃);
T1——试样层的冷面温度,单位为摄氏度(℃);
T2——试样层的相应的热面温度,单位为摄氏度(℃);
L-——测量T1和T2所用热电偶之间的距离,单位为米(m);
A——中心量热器的有效面积,单位为平方米(m2);
C——在量热器进出水平均温度下水的比热容,单位为焦耳每千克开尔文(J·kg-1·K-1).
对3层试样组成的试样组,将式(6)应用于每层试样和它们的厚度组合可得到导热系数和平均温度
关系图上的6个点:
λ= f(Tm) .......................(7)
Tm = (T1+T2)1/2 ...............(8)
式中:
Tm——平均温度,单位为摄氏度(℃)。
表3给出不同温度下水的比热容。温度区间内的比热容用内插法计算。 表3水的比热容
| 温度/℃ | 比热容/(J・kg-1・K-1) |
| 15 | 4 185.5 |
| 20 | 4 181.6 |
| 25 | 4 179.3 |
7试验报告
按第11章试验报告的要求报告试样的体积密度,热流条件,试样数量,图上每个点的冷、热面温度,平均温度及对应的导热系数值。
