硅油-聚二甲基硅氧烷的導熱性
發(fā)表時間：2019-09-08
與測試固體相比，測試液體的固有導熱性是一項挑戰(zhàn)。其原因是測量過程中存在著流體的對流換熱。然而，Hot Disk可以相對容易地用于液體樣品的檢測。成功的關鍵是采用小體積樣品，封閉的樣品容器和短的測量時間。
在這個例子中，我們測試了一種商業(yè)硅油，以證明Hot Disk測量液體的穩(wěn)定性。
Hot Disk TPS 2500 S對SIL 180硅油的導熱系數及其相關性能測試結果如下。
樣品信息
SIL 180硅油（聚二甲基硅氧烷）
粘度：11 mPas（20攝氏度）
密度：0.93 g/cm3（20攝氏度）
比熱：1.51 J/gK（20攝氏度）
品牌：Fisher Scientific
硅油是商用的，化學性能穩(wěn)定，在室溫環(huán)境條件下不會蒸發(fā)。因此，它是一個優(yōu)秀的演示示例。SIL 180的粘度大約是水的10倍，這限制了對流。硅油的導熱系數通常低于大多數常見的有機化合物(但接近苯和甲苯的值)，它的導熱系數大約是水的四分之一(約0.6 W/m/K @ 20℃)。硅酮液體的比熱因硅酮鏈的長度不同而有所不同，但一般約為水比熱的三分之一(ca 4.18 J/gK @ 20℃)。
準備工作
將一小勺(約 1湯匙)SIL 180倒入Hot Disk液體樣品架中(見圖1)，室溫控制在21℃。傳感器被垂直放置，以盡量減少困住空氣泡的風險。然后，油被輕輕地來回泵過樣品架的腔室，以確保去除所有潛在的氣泡。
選擇Kapton 7577探頭對這個小體積的樣品進行測量。當測試流體時，我們通常推薦這種探頭型號通常，因為測量時間需要設備為很短，而且液體通常具有較低的擴散系數。
然后利用標準各向同性測量模塊進行測試。液體基本都是各向同性的，這種測量模塊應該總是用于這樣的測試中。
參數
對硅油試樣進行了三組不同測量時間的實驗。每組測量重復三次用于統(tǒng)計。這里使用的測量時間是3秒、4秒和5秒。所有實驗的加熱功率為15mw。一般來說，測量流體是選擇短的測量時間和低的加熱功率是用來盡量減少對流的影響。測量之間的最小等待時間為15分鐘，以確保從一次測量到另一次測量重新建立了熱平衡。
結果
在本文開頭的表格中給出了最終的結果。每組測量值都分別進行計算，數據點的選取目的是得到一個隨機分布的殘差圖，每組實驗都去掉了最后一個數據點1。因此，結果將對應于每組實驗的完整測量時間。所有的測試結果都是相似的，與測量時間設置無關。因此，可以得出這樣的結論:結果是穩(wěn)定的，沒有對流發(fā)生。當對流發(fā)生時，測得的導熱系數隨測量時間的增加而增加。這是對流換熱進入方程計算的結果。
關于測試液體導熱系數的更多信息
在導熱系數測量過程中，避免對流是非常重要的，因為對流會使測量值膨脹。高粘度的液體更容易測試，因為厚重的流體限制了對流發(fā)生。在測試低粘度液體(如水)時，關鍵是要使用較短的測量時間和有限的測量單元？拷腆w表面將有助于抑制對流，如果容器是閉合的，由于蒸發(fā)引起的對流可以避免。點擊這里了解更多內容。
額外的建議還有在測試前對液體進行脫氣。這件事最好通過將液體煮沸，然后在一個封閉的容器中冷卻來完成。氣體含量會影響結果，通常會時單位體積比熱容低于預期。
1選點建議:在數據評估中，好的做法是首先根據盡可能多的數據點計算結果。典型的第一個計算窗口是點20到200。在第一次計算之后，可以刪除最后一個數據點，以確保不重發(fā)邊界效應。然后從瞬態(tài)曲線的起點開始進行切割，得到一個隨機分布在等分線周圍的殘差圖。然而，在測試液體時，不應刪除超過50個數據點。如果一個窗口的數據點為50到199，仍然不能得到一個穩(wěn)定的殘差圖，那么很可能樣品溫度不穩(wěn)定或測量時間過長。
