多孔材料有效導(dǎo)熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)和模型研究

付文強(qiáng)，高　輝，薛征欣，關(guān)衛(wèi)軍，韓　飛，王興東

（1.陜西省計(jì)量科學(xué)研究院，陜西 西安 710065；2.西安交通大學(xué) 熱流科學(xué)與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710049）

多孔材料有效導(dǎo)熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)和模型研究

付文強(qiáng)1，高輝2，薛征欣2，關(guān)衛(wèi)軍1，韓飛1，王興東1

（1.陜西省計(jì)量科學(xué)研究院，陜西 西安 710065；2.西安交通大學(xué) 熱流科學(xué)與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710049）

為研究多孔材料的傳熱機(jī)理，采用實(shí)驗(yàn)測(cè)量驗(yàn)證理論模型的方式，利用瞬態(tài)熱線法測(cè)量283～333K范圍內(nèi)多孔保溫材料擠塑式聚苯乙烯（XPS）的有效導(dǎo)熱系數(shù)，并根據(jù)多孔材料各組成部分導(dǎo)熱系數(shù)、密度以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使用5種基本模型包括串聯(lián)模型、并聯(lián)模型、Kopelman isotropic模型、Maxwell-Eucken模型以及EMT模型，分別對(duì)其有效導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果證明：對(duì)于XPS，Kopelman iostropic和Maxwell-Eucken模型更具適用性，其計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果最大偏差均小于0.5%，為進(jìn)一步開(kāi)展多孔材料的有效導(dǎo)熱系數(shù)模型和實(shí)驗(yàn)研究提供理論依據(jù)。

瞬態(tài)熱線法；多孔材料；有效導(dǎo)熱系數(shù)；多孔結(jié)構(gòu)模型

0　引　言

以聚苯乙烯泡沫塑料、酚醛泡沫、聚氨酯硬泡等多孔泡沫材料為主的保溫材料以其優(yōu)良的絕緣性能被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、生活及科技發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域。在保溫材料的應(yīng)用中，多孔材料的傳熱特性是人們最為關(guān)心的問(wèn)題。與常規(guī)材料不同，多孔材料內(nèi)的熱傳導(dǎo)過(guò)程非常復(fù)雜，包括導(dǎo)熱、對(duì)流以及輻射等多種傳熱模式。因此開(kāi)展對(duì)多孔材料傳熱機(jī)理的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究對(duì)多孔材料的熱設(shè)計(jì)具有重要的理論指導(dǎo)意義，對(duì)于我國(guó)當(dāng)前正在廣泛進(jìn)行的節(jié)能環(huán)保也具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前，國(guó)外對(duì)于多孔材料傳熱機(jī)理的研究很多［1-5］，包括石墨泡沫、多孔陶瓷、金屬泡沫等形成的各種多孔結(jié)構(gòu)，趙長(zhǎng)穎［6］匯總了目前國(guó)際上泡沫結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展，包括有效導(dǎo)熱系數(shù)、自然對(duì)流、強(qiáng)制對(duì)流、熱輻射等。我國(guó)在這方面的研究還相對(duì)不足，開(kāi)展研究的機(jī)構(gòu)較少，且多以模型的建立和計(jì)算為主［7-11］，結(jié)合實(shí)驗(yàn)測(cè)量驗(yàn)證理論模型的研究相對(duì)較少，而針對(duì)多孔材料導(dǎo)熱系數(shù)的高精度實(shí)驗(yàn)研究更是很少。

本文以多孔保溫材料擠塑式聚苯乙烯（XPS）為例，分別研究了目前幾種基本多孔結(jié)構(gòu)模型的適用性，通過(guò)高準(zhǔn)確度有效導(dǎo)熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量和多孔材料模型計(jì)算結(jié)果比較，確定了Kopelman iostropic和Maxwell-Eucken模型更適合于多孔材料的計(jì)算研究，為進(jìn)一步開(kāi)展多孔材料的有效導(dǎo)熱系數(shù)的模型和實(shí)驗(yàn)研究提供了基本的依據(jù)。

1　有效導(dǎo)熱系數(shù)結(jié)構(gòu)模型

對(duì)于多孔材料的導(dǎo)熱來(lái)說(shuō)，其導(dǎo)熱性能一方面取決于固體骨架和孔隙內(nèi)流體的固有（intrinsic）導(dǎo)熱系數(shù)，另一方面還取決于固體骨架的空間結(jié)構(gòu)（孔隙大小、形狀和空間分布情況），因此常采用反映材料容積性質(zhì)（bulk properties）的“有效導(dǎo)熱系數(shù)”來(lái)表征多孔材料的導(dǎo)熱性能。從熱傳導(dǎo)的角度進(jìn)行分析時(shí)，多孔材料可以看作固相、氣相兩相的系統(tǒng)。多孔材料的有效導(dǎo)熱系數(shù)不僅取決于其組成成分，還與材料的結(jié)構(gòu)有關(guān)。根據(jù)多孔材料的孔隙率及其連續(xù)介質(zhì)與孔隙中空氣的導(dǎo)熱系數(shù)，通過(guò)對(duì)材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，建立合適的計(jì)算公式來(lái)研究此類(lèi)多孔材料的傳熱特性的方法稱(chēng)為有效導(dǎo)熱系數(shù)法，該方法是研究多孔材料傳熱特性的常用方法。

一般多孔材料可分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是氣孔分散于連續(xù)介質(zhì)內(nèi)的“內(nèi)部多孔”材料，另一類(lèi)是顆粒狀物體堆積而成的“外部多孔”材料。本文所研究的作為保溫材料的多孔材料屬于“內(nèi)部氣孔”材料，即材料中的氣孔內(nèi)充滿了導(dǎo)熱系數(shù)較小的空氣，氣孔分散在導(dǎo)熱系數(shù)較高的連續(xù)介質(zhì)中。當(dāng)材料上下兩端存在溫度梯度時(shí)，熱傳導(dǎo)的最佳途徑應(yīng)為：熱流盡可能地繞過(guò)氣孔，而在連續(xù)介質(zhì)中傳導(dǎo)。

迄今為止，研究者們提出了大量的分析模型來(lái)對(duì)多孔材料的有效導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。對(duì)于物理結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只考慮熱傳導(dǎo)為唯一的傳熱過(guò)程的各向同性的非均勻多孔材料，其有效導(dǎo)熱系數(shù)可以用5種已經(jīng)建立的基本模型確定。

1.1串聯(lián)模型

圖1為串聯(lián)模型的示意圖，該模型針對(duì)不同組分以層狀結(jié)構(gòu)疊加而成的非勻質(zhì)材料，熱流方向從上到下依次經(jīng)過(guò)每一層。

串聯(lián)模型的有效導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算公式為

圖1　串聯(lián)模型示意圖

式中：ke——有效導(dǎo)熱系數(shù)；

ν2——第二相的體積分?jǐn)?shù)；

k1——第一相的導(dǎo)熱系數(shù)；

k2——第二相的導(dǎo)熱系數(shù)。

1.2并聯(lián)模型

如圖2所示，該模型也用于研究不同組分疊加而成的非均質(zhì)材料。不同于串聯(lián)模型的是，并聯(lián)模型中熱流方向從上到下同時(shí)流經(jīng)不同的材料。

圖2　并聯(lián)模型示意圖

并聯(lián)模型的有效導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算公式為

1.3Maxwell-Eucken模型

如圖3和圖4所示，該模型表示一種介質(zhì)均勻的分散在另一種介質(zhì)中，且分散相中的氣孔不連通。Maxwell-Eucken 1模型中連續(xù)相的導(dǎo)熱系數(shù)大于分散相，Maxwell-Eucken 2模型中分散相的導(dǎo)熱系數(shù)大于連續(xù)相。

圖3　ME1模型示意圖（連續(xù)相導(dǎo)熱系數(shù)大于分散相導(dǎo)熱系數(shù)）

圖4　ME2模型示意圖（分散相導(dǎo)熱系數(shù)大于連續(xù)相導(dǎo)熱系數(shù)）

Maxwell-Eucken 1有效系數(shù)計(jì)算式為

式中：ke——有效導(dǎo)熱系數(shù)；

ν1——連續(xù)相的體積分?jǐn)?shù)；

ν2——分散相的體積分?jǐn)?shù)；

k1——連續(xù)相的導(dǎo)熱系數(shù)；

k2——分散相的導(dǎo)熱系數(shù)。

Maxwell-Eucken 2有效系數(shù)計(jì)算公式為

式中：ke——有效導(dǎo)熱系數(shù)；

ν1——分散相的體積分?jǐn)?shù)；

ν2——連續(xù)相的體積分?jǐn)?shù)；

k1——分散相的導(dǎo)熱系數(shù)；

k2——連續(xù)相的導(dǎo)熱系數(shù)。

1.4EMT模型

如圖5所示，該模型中材料的兩種組分隨機(jī)分布，每一相之間既不連續(xù)也不分散。每一種組分是否能形成導(dǎo)熱路徑，取決于組分的量。

圖5　EMT模型示意圖

EMT模型的有效導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算公式為

式中：ke——有效導(dǎo)熱系數(shù)；

ν1——第一相的體積分?jǐn)?shù)；

ν2——第二相的體積分?jǐn)?shù)；

k1——第一相的導(dǎo)熱系數(shù)；

k2——第二相的導(dǎo)熱系數(shù)。

運(yùn)用這5種基本的物理模型，可以將多孔材料的有效導(dǎo)熱系數(shù)表示成連續(xù)相導(dǎo)熱系數(shù)、分散相導(dǎo)熱系數(shù)以及孔隙結(jié)構(gòu)的函數(shù)。通過(guò)物理模型求解不僅可以對(duì)材料的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行理論分析，還可以發(fā)展更加復(fù)雜和通用的模型。運(yùn)用這5種基本模型還可以確定具有一定物理結(jié)構(gòu)的材料種類(lèi)的導(dǎo)熱系數(shù)范圍。對(duì)于“內(nèi)部氣孔”材料，其有效導(dǎo)熱系數(shù)以EMT模型的計(jì)算結(jié)果作為下限，以Maxwell-Eucken1模型（即其中連續(xù)相導(dǎo)熱系數(shù)大于分散相導(dǎo)熱系數(shù)）的計(jì)算結(jié)果作為上限。

圖6為k1/k2=20的兩組分材料，通過(guò)5種模型求解后，得到其相對(duì)有效導(dǎo)熱系數(shù)ke/k1在整個(gè)組分范圍內(nèi)的變化。

2　導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)研究

多孔材料的有效導(dǎo)熱系數(shù)，是研究多孔材料傳熱特性的重要物性參數(shù)之一。測(cè)量材料導(dǎo)熱系數(shù)的方法很多，如穩(wěn)態(tài)法中的保護(hù)平板法、熱流計(jì)法；以及瞬態(tài)法中的熱線法、探針?lè)āPS法、激光法等。由于本文所研究的多孔保溫材料為封閉型空隙的氣孔材料，即其中孔隙內(nèi)的流體處于靜止?fàn)顟B(tài)，材料內(nèi)熱量的傳遞不涉及物質(zhì)的宏觀遷移，所以不考慮對(duì)流換熱，并且忽略輻射換熱，將多孔材料的傳熱過(guò)程看作純熱傳導(dǎo)過(guò)程。從測(cè)量原理分析，需要在樣品一面加熱，另一面測(cè)溫，如穩(wěn)態(tài)法和瞬態(tài)法中的激光法都需要加熱量從被測(cè)樣品的正面?zhèn)鬟f到另一面，這會(huì)不可避免地引入對(duì)流換熱，因此這一類(lèi)方法并不適用于測(cè)量多孔材料；而加熱面和測(cè)溫面均在樣品同一面的方法，如熱線法、探針?lè)?、TPS法將更適合于多孔材料。經(jīng)過(guò)比較，本文采用瞬態(tài)熱線法對(duì)多孔保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行測(cè)量。

圖6　5種模型計(jì)算的相對(duì)有效導(dǎo)熱系數(shù)隨第二相體積分?jǐn)?shù)的變化

瞬態(tài)熱線法的起源可以追溯到1780年美國(guó)科學(xué)家Joseph Priestley首次開(kāi)展實(shí)驗(yàn)測(cè)量空氣的熱傳導(dǎo)能力，之后被廣泛用于研究氣體的熱傳導(dǎo)能力和導(dǎo)熱系數(shù)；1931年，Stalhane和Pyk首次將瞬態(tài)熱線法用于測(cè)量固體和粉末以及液體的導(dǎo)熱系數(shù)，并提出了熱線法的理論，開(kāi)創(chuàng)了用熱線法測(cè)量材料導(dǎo)熱系數(shù)的先河［12］；20世紀(jì)70年代之后，隨著計(jì)算機(jī)和電測(cè)技術(shù)的發(fā)展，瞬態(tài)熱線法因?yàn)闇y(cè)量快速、能夠有效避免自然對(duì)流等優(yōu)點(diǎn)，在流體導(dǎo)熱系數(shù)研究領(lǐng)域得到快速發(fā)展。到現(xiàn)在，由于理論完整、準(zhǔn)確度高、測(cè)量速度快等特點(diǎn)而成為目前國(guó)際上公認(rèn)的測(cè)量流體最好的方法，并成為IUPAC建立液體導(dǎo)熱系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的一級(jí)測(cè)量方法［13-16］。同時(shí)，熱線法技術(shù)已經(jīng)廣泛用于氣體、液體、固體［17-19］和金屬熔融狀態(tài)［20-21］等，實(shí)驗(yàn)測(cè)量的準(zhǔn)確度也不斷提高，測(cè)量不確定度可以低于0.5%［22-24］。

本文采用基于熱線法測(cè)量流體導(dǎo)熱系數(shù)的技術(shù)開(kāi)發(fā)的針對(duì)固體導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量的熱線法儀器，研究了283～333K范圍內(nèi)多孔保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)。

2.1實(shí)驗(yàn)原理

瞬態(tài)熱線法是利用測(cè)量熱絲的電阻來(lái)測(cè)量物質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)的，基于1976年Healy提出的理論［25］，其理想模型為：在無(wú)限大的各向同性、均勻物質(zhì)中置入直徑無(wú)限小、長(zhǎng)度無(wú)限長(zhǎng)、內(nèi)部溫度均衡的線熱源，初始狀態(tài)下二者處于熱平衡狀態(tài)，突然給線源施加恒定的熱流加熱一段時(shí)間，線熱源及其周?chē)奈镔|(zhì)就會(huì)產(chǎn)生溫升，由線熱源的溫升即可得到被測(cè)物體的導(dǎo)熱系數(shù)。其控制方程是簡(jiǎn)單的傅里葉方程：

式中：T——溫度；

t——時(shí)間；

a——被測(cè)物質(zhì)的熱擴(kuò)散系數(shù)，a=λ/ρCp，λ為

被測(cè)物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)，ρ與Cp分別為被測(cè)物質(zhì)

的密度和定壓比熱容。

假設(shè)被測(cè)物質(zhì)的物性參數(shù)在加熱過(guò)程中為常數(shù)，將初始時(shí)刻的線熱源與被測(cè)物質(zhì)的溫度記為T(mén)0，任意時(shí)刻任意位置的溫升記為ΔT，則有：

方程（1）可寫(xiě)為

初始條件和邊界條件分別為

式中q為單位長(zhǎng)度線熱源的加熱功率，在模型中假定流體的a、ρ、λ、Cp等物性均為恒量，當(dāng)線熱源半徑r0足夠小、t足夠長(zhǎng)時(shí)，對(duì)方程（8）求解并進(jìn)行多項(xiàng)式展開(kāi)，可以得到熱線的溫升為

其中A=q/4πλ，B=A·ln（4a/r0C）；C=eγ，γ為歐拉常數(shù)，γ=0.5772…。

由式（12）可知，在r=r0處的熱線溫升與時(shí)間的對(duì)數(shù)成線性關(guān)系，因此可以分別從ΔT～lnt線性關(guān)系的斜率A和截距B得到導(dǎo)熱系數(shù)和熱擴(kuò)散系數(shù)，即：

利用瞬態(tài)熱線法進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究，正是基于式（12）進(jìn)行的。

從式（13）中可以看出，只需知道加到熱絲上的單位長(zhǎng)度的加熱功率以及熱絲受熱后引起的溫升與時(shí)間的對(duì)數(shù)關(guān)系，即可以求得導(dǎo)熱系數(shù)。

2.2實(shí)驗(yàn)樣品

實(shí)驗(yàn)所用擠塑式聚苯乙烯（XPS）在10℃下的導(dǎo)熱系數(shù)＜0.028W/（m·K）（生產(chǎn)廠家提供），閉孔結(jié)構(gòu)，吸水率＜2.0%（ν/ν），如圖7所示為XPS樣品。

圖7　實(shí)驗(yàn)所用擠塑式聚苯乙烯（XPS）樣品

2.3實(shí)驗(yàn)儀器

本文中使用的實(shí)驗(yàn)儀器包括熱線法導(dǎo)熱系數(shù)儀（西安夏溪電子科技有限公司，型號(hào)：TC3010），中溫固體容器以及Hotwire 3.0導(dǎo)熱系數(shù)自動(dòng)測(cè)試軟件。其中，導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量?jī)x在0.005～20 W/（m·K）范圍內(nèi)的測(cè)量準(zhǔn)確度為±2%，重復(fù)性為±2%；中溫固體容器在283～333K范圍內(nèi)的溫度穩(wěn)定度為±2mK。

2.4系統(tǒng)檢驗(yàn)

在進(jìn)行保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量之前，先使用導(dǎo)熱系數(shù)儀對(duì)硼硅玻璃和不銹鋼在283～353K的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行了導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量，并將測(cè)量數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)中標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，結(jié)果列于表1和表2中。表中Tr為導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)溫度；標(biāo)準(zhǔn)值λcal根據(jù)文獻(xiàn)［26］提供的硼硅玻璃和不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)關(guān)系式求出；λexp為實(shí)驗(yàn)結(jié)果，（λexp-λcal）/λcal為實(shí)驗(yàn)值與文獻(xiàn)值間的偏差?？梢钥闯?，導(dǎo)熱系數(shù)儀對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)樣品的測(cè)量準(zhǔn)確度在±1%之內(nèi)。

表1　硼硅玻璃導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)

表2　不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)

2.5實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

利用熱線法導(dǎo)熱系數(shù)儀，在283～333K的溫度范圍內(nèi)，測(cè)量了擠塑式聚苯乙烯（XPS）的導(dǎo)熱系數(shù)，結(jié)果列于表3中，其中λexp為實(shí)驗(yàn)結(jié)果，λcal為采用擬合方程計(jì)算得到的結(jié)果，（λexp-λcal）/λcal為實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算值間的偏差。

表3　不同溫度下的XPS導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的變化趨勢(shì)如圖8所示。

為滿足工程應(yīng)用，將材料的導(dǎo)熱系數(shù)擬合為與溫度的關(guān)聯(lián)式，表示如下：

其中，A=0.00693；B1=6.27558×10-5；B2=2.20659×10-8，上述關(guān)系式的適用范圍為280～340 K，不具有外推性。實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算值間的偏差如圖9所示，可以看到偏差均在±0.6%之內(nèi)，證明吻合度很好。

3　計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較

利用前文所述4種模型，結(jié)合多孔材料各組分的性質(zhì)和體積分?jǐn)?shù)，計(jì)算得到多孔材料的導(dǎo)熱系數(shù)。計(jì)算所用到材料的物性參數(shù)如表4所示，其中下角標(biāo)1表示孔隙率為0的被測(cè)物，2表示空氣；λ1和λ2分別為被測(cè)材料和空氣的導(dǎo)熱系數(shù)，ρ1和ρ2分別為其密度，ν1和ν2分別為體積分?jǐn)?shù)，計(jì)算用到的空氣的導(dǎo)熱系數(shù)值從Refprop 9.0（NIST）中得到。

圖8　不同溫度下的擠塑式聚苯乙烯（XPS）的導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)據(jù)

圖9　XPS導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與擬合計(jì)算結(jié)果的偏差

表4　多孔材料的物性參數(shù)

所得XPS板在不同溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算結(jié)果列于表5。其中，λcals，λcalp，λcalKI，λcalME2，λcalME，λcalEMT分別表示采用串聯(lián)模型、并聯(lián)模型、Kopelman isotropic模型、Maxwell-Eucken2模型、Maxwell-Eucken模型和EMT模型計(jì)算得到的結(jié)果，從計(jì)算結(jié)果可以看出，隨著溫度增加導(dǎo)熱系數(shù)明顯增大。

表5　基于不同模型的XPS導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算結(jié)果

將模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果如圖10所示。從實(shí)驗(yàn)和計(jì)算結(jié)果的分布圖可以看出，實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到的導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)據(jù)位于各種模型計(jì)算結(jié)果范圍之內(nèi)，且兩者隨溫度變化趨勢(shì)完全一致。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與Kopelman iostropic和Maxwell-Eucken模型的計(jì)算結(jié)果重合。

圖10　擠塑式聚苯乙烯（XPS）的不同溫度下導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算結(jié)果

對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果與 Kopelman iostropic和Maxwell-Eucken模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)比較，結(jié)果列于表6中?？梢钥吹?，這兩種模型的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的最大偏差均＜0.5%，證明針對(duì)XPS這一類(lèi)物質(zhì)，采用這兩種模型進(jìn)行理論計(jì)算是比較適用的。

表6　Kopelman iostropic模型和Maxwell-Eucken模型計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)導(dǎo)熱系數(shù)結(jié)果的比較

4　結(jié)束語(yǔ)

在283～333K溫度區(qū)間內(nèi)，對(duì)多孔保溫材料擠塑式聚苯乙烯（XPS）的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量，得到了不同材料在相應(yīng)溫度區(qū)間內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度變化的擬合關(guān)聯(lián)式，并與5種有效導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較，驗(yàn)證了對(duì)于所研究多孔保溫材料的模型方程的適用性。結(jié)果證明，對(duì)于XPS，Kopelman iostropic和Maxwell-Eucken模型的計(jì)算結(jié)果更可靠。

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（編輯：徐柳）

Experimental measurement and calculation of thermal conductivity of porous material

FU Wenqiang1，GAO Hui2，XUE Zhengxin2，GUAN Weijun1，HAN Fei1，WANG Xingdong1
（1.Shaanxi Institute of Metrology Science，Xi’an 710065，China；2.MOE Key Laboratory of Thermo-Fluid Science and Engineering，Xi’an Jiaotong University，Xi’an 710049，China）

The effective thermal conductivity of porous insulation materials XPS was measured by transient hot-wire method at the temperature ranging from 283 K to 333K.In particular，the effective thermal conductivity of the XPS was calculated with 5 basic models，viz.，Series，Parallel，Kopelman isotropic，Maxwell-Eucken and EMT，according to the thermal conductivity，density and structural characteristics of each component of the material.The experimental results and calculations show that Kopelman isotropic model and the Maxwell-Eucken model are more suitable for the calculation of effective thermal conductivity of porous materials.The bias between calculation and experimental results was less than 0.5%.

transient hot-wire；porous insulation material；effective thermal conductivity；porous model

A

1674-5124（2016）05-0124-07

10.11857/j.issn.1674-5124.2016.05.026

2015-11-26；

2015-12-21

國(guó)家質(zhì)檢總局科技計(jì)劃項(xiàng)目（20130K147）

付文強(qiáng)（1961-），男，安徽潁上縣人，高級(jí)工程師，主要從事計(jì)量測(cè)試研究。