膨胀石墨导热系数,采用稳态法

文章快照与其它大多数材料的导热系数一样，随温度升高而增大，但变化率d),／dt较小。

这一增一减(其它材料有增无减)．使得复合保护渣导热系数随温度的变化率da／dt相对较小。

复合保护渣导热系数随温度升高而增大，但这并不意味温度越低导热系数越小。

因为当温度t在低于某一临界温度f的温度范围(120~t，。 C)内降低时．KP不能充分膨胀，复合保护渣的孔隙率降低，。 由于在储释能过程中有能量的传递，特别由于 其储、释能过程的能量传递是以热传导形式为主， 则导热系数成为影响储能材料蓄放热效率的重要 因 数。 本 文 以 自 制 的 三 水 醋 酸 钠 （ CH3COO Na·3H2O）无机水合盐类相变材料为储热基质，选 用高导热系数的膨胀石墨作为添加剂来改善其导 热系数。 无机水合盐、膨胀石墨的配比已经通过大 量的试验确定。 材料导热系数的测量方法大致有稳 态平板法、稳态圆柱板法、DSC探针法等几种，目前最普遍的方法是稳态平板法2,3。

稳态平板法比 较简单，且精度较高，但主要用于测量固体介质， 一般需要把被测物处理成规则固定尺寸的几何形 状（例如长方体）后再测量。

本文选用稳态平板法 测定以三水醋酸钠为基质的复合相变储热材料的 导热系数，并进行对比分析。

11.1实验实验原理 稳态平板法是一种利用一维稳态导热过程的 原理测定材料导热系数的方法， 适用于各种绝热保 温材料和非良导热材料。 其基本原理式为：作者简介：茅靳丰（1962-） ，男，博士，教授，博士生导师，研究方向为内部设备防护及空气质量保障理论与技术。

1.2 实验装置 平板法测定导热系数的实验装置及原理图如 图1和图2所示。 电加热板由 高电阻康铜箔制成，康铜箔厚度仅20μm，加上保 护箔的绝缘簿膜，电阻值稳定，在0～100℃范围里 几乎不变。 加热表面 的温度T1(或T2)和冷却表面T3(或T4)都用热电偶来 测定。

（3）将试样表面加 工平整，使之与加热铜板及冷板紧密相贴，不允许 有空气间隙。 如果试样表面仍不够平整，可在试样 和铜板间撒上可膨胀石墨的粉末，以求接触良好， 将制备的其中一组两个试样放入试样槽中(在试样 两侧接触热电偶端撒上一层石墨粉， 以使试样与热 电偶接触紧密)，用重物压紧，减少导热系数测量 误差。

（4）接通电源开关，使恒温水浴冷却循环， 热电偶均进入工作状态，调整恒温水浴温度，设定 为15℃，使水浴温度恒定在设定值附近。 （5）开 动主、辅加热器电源，设定主加热器温度为 60℃， 避免过高温度使试样融化影响实验精度。

导热系数

（6）表1 试样组 编号 1 2 3 4 5 6 7 8 膨胀石墨 体积分率（%） 6 7 8 9 10 11 12 13调整主加热器功率，使中心铜板温度上升到55℃， 同时调整辅加热器功率，使辅加热器温度为55℃。 此时主加热器电阻丝产生热量只能通过试样传导， 冷面循环水将热量带走， 防止热量通过实验装置侧 面散失。 （7）由于平板法测量导热系数时，系统 进入平衡时间较长，一般需要7小时以上。 观察T1， T2，T3，T4读数，一小时为一个测点，当两测点之 间温度波动小于0.1℃时表明实验系统进入平衡状 态，可以记录数据。

采用稳态

2实验数据与分析（1）将主加热器功率控制在205W左右，测定 含体积分率为6%～13%膨胀石墨试样的导热系数， 实验数据如表1所示。

为了便于分析将数据用Origin 绘制成图，如图5所示。 图5不同体积分率膨胀石墨与导热系数关系图（2）调整加热器功率使热面温度维持在 20℃～50℃之间，调整恒温水浴温度，使冷面温度 维持在10℃～20℃之间。 分别对未加和加10%体积分率膨胀石墨试样的导热系数进行测定， 实验数据 如图6和图7所示。 但过量的膨胀石墨的加入会影响无机水合 盐储热材料的相变性能， 因此在加入膨胀石墨提高 复合相变储热材料导热系数时应尽量减少膨胀石 墨对三水醋酸钠相变性能的不利影响， 尽量避免过 冷度的增大。 在本课题的实验中，经过大量的过冷 度的测试实验， 结果表明在相变储能材料中加入体第 24 卷第 5 期茅靳丰，等：用稳态平板法测定储热材料导热系数的实验研究·29·积分率为10%的膨胀石墨时，其过冷度较低，相变 性能较为理想。 后续的实验都以10%体积分率的膨 胀石墨为标准加入量。