岩石导热系数测试方法比较

岩石导热系数测试方法比较第1页，课件共24页，创作于2023年2月前言导热系数:表征物质导热能力大小的物理量，是在没有流体流动的稳定状态下，单位时间内、单位温度梯度通过单位截面积所传递的热量。λ，W/（m·K）。热力开采稠油注蒸汽（热水）岩石、流体温度升高热损失岩石的热物性参数有效热效应（油藏升温程度、受热范围、泄油区弹性能量等）注蒸汽条件下，油藏岩石导热系数是热采工艺设计、开发方案计算及油藏工程研究中必不可少的基础参数。第2页，课件共24页，创作于2023年2月分类HotDisk热常数分析仪第3页，课件共24页，创作于2023年2月稳态法与瞬态法比较原理优点缺点适用范围稳态法稳定传热过程中，传热速率等于散热速率。原理清晰准确、直接温区较宽测试时间长；对环境要求苛刻低导热系数材料瞬态法利用测试样品的温度分布随时间的变化关系，计算得出。测试时间短对环境要求低需要通过计算间接得到导热系数高导热系数或高温条件下的测量第4页，课件共24页，创作于2023年2月分类第5页，课件共24页，创作于2023年2月1、热流计法原理：一维稳态导热原理。依据傅里叶导热定律，通过公式：式中:k为仪表常数;q为热流量;δ为试样厚度;Δt=t1-t2(t1>t2)为温差。在导热现象中，单位时间内通过给定截面的热量，正比例于垂直于该界面方向上的温度变化率和截面面积，而热量传递的方向则与温度升高的方向相反。第6页，课件共24页，创作于2023年2月1、热流计法优点：设备简单，价格适中，精度较高，试样尺寸较小。缺点：保护热流计法的准确度不如保护热板法。适用范围：比较适合一般固体绝缘材料、聚合物墓复合材料、高分子材料热传导性能的测定。第7页，课件共24页，创作于2023年2月分类第8页，课件共24页，创作于2023年2月2、保护热板法原理：根据热传导的傅里叶定律，在一维稳态导热时，其数学表达式为：式中:△S--垂直于热流线的截面面积△Q--单位时间通过△S的热

t，即热流tλ--导热系数

dT/d--温度梯度第9页，课件共24页，创作于2023年2月2、保护热板法优点：公认准确度最高，多采用双试件结构，标定基准样品，校准其他仪器。缺点：仪器昂贵，试样尺寸较大(直径100mm，厚度10mm)适用范围：干燥固体绝缘材料、聚合物复合材料、高分子材料第10页，课件共24页，创作于2023年2月分类第11页，课件共24页，创作于2023年2月3、圆管法原理：根据长圆筒壁一维稳态导热原理直接测定单层或多层管绝热结构导热系数。式中：Q———通过绝热材料的热量，W；

d2———绝热材料外表面直径，m；

d1———绝热材料内表面直径，m；

t2———绝热材料外表面温度，℃；

t1———绝热材料内表面温度，℃；

l———绝热材料的有效长度，m。第12页，课件共24页，创作于2023年2月3、圆管法优点：用于材料的预制、定型时测试条件与实际使用条件很接近，从而简化设计计算过程。缺点：保持测试段的温度场为一维，自动控制装置复杂；测试成本高；测试时间长。适用范围：可以弯曲成管状；包裹于加热圆管外侧；管道绝热材料。第13页，课件共24页，创作于2023年2月分类第14页，课件共24页，创作于2023年2月4、热线法原理：在试样中置入一根热线。测试时，在热线上施加一个恒定的加热功率，使其温度上升。测量热线本身或平行于热线一定距离上的温度变化与时间的关系即可计算出导热系数。第15页，课件共24页，创作于2023年2月4、热线法优点：价格便宜、测量速度快，对样品尺寸要求不太严格。缺点：误差较大（5%~10%）适用范围：干燥材料、含湿材料；导热系数小于2W/m·K的各向同性均质材料第16页，课件共24页，创作于2023年2月分类第17页，课件共24页，创作于2023年2月5、闪光法原理：

热源闪照试样表面热响应多元函数拟合热扩散系数导热系数激光或氙灯光第18页，课件共24页，创作于2023年2月5、闪光法优点：试样小、测试周期短、温度范围宽。缺点：求得热扩散系数，还需要用另外的仪器测定试样的比热和密度。适用范围：0.05~2000W/（m·K），绝缘材料，金属材料。第19页，课件共24页，创作于2023年2月分类第20页，课件共24页，创作于2023年2月6、瞬态平面热源法原理：该法采用柔性覆铜箔线路制备的加热及热敏元件作为探头。将探头贴在待测材料的表面，给探头加热后，由于材料表面的温升与导热系数存在一定的关系，通过多元函数对试样表面温度的响应进行拟合后便可计算出材料的导热系数。马弗炉电脑油浴HotDisk主机探头样品夹持器第21页，课件共24页，创作于2023年2月6、瞬态平面热源法优点：测定时间短；对材料无损伤；无需取样，可直接测定成型工件；试验结果与试样厚度无关，测定极薄制品。可以同时测定多个测量点的导热系数。缺点：准确度和精确度尚有待商榷，尚未标准化。适用范围：干燥或含湿均质各向同性材料；液体；第22页，课件共24页，创作于2023年2月

原理优点缺点适用范围热流计法傅里叶导热定律设备简单，价格适中，精度较高，试样尺寸小。准确度不如热板法固体绝缘材料、聚合物墓复合材料、高分子材料保护热板法傅里叶导热定律准确度最高，可标定基准样品，校准其他仪器。仪器昂贵，试样尺寸较大干燥固体绝缘、聚合物复合、高分子材料圆管法傅里叶导热定律用于材料的预制、定型时可简化设计计算过程。自动控制装置复杂，测试成本高，测试时间长。可以弯曲成管状，管道绝热材料。热线法试样中置入热线。测量热线温度变化与时间的关系。价格便宜、测量速度快，对样品尺寸要求不太严格。

误差较大（5%~10%）干燥材料、含湿材料；导热系数小于2W/m·K闪光法激光或氙灯光照射多元函数拟合热扩散系数试样小、测试周期短、温度范围宽。还需要用另外的仪器测定试样的比热和密度。0.05~2000W/（m·K），绝缘材料，金属材料。瞬变热平面法加热热敏元件探头，温升与导热系数关系曲线拟合。测定时间短，对材料无损伤，厚度无关，多点同测。未标准化，准确度较低。干燥或含湿均质各向同性材料；液体；第23页，课件共24页，创作于2023年2月汇报完毕，敬请批评指正参考文献[1]彭浩,樊栓狮,黄犊子.瞬变平面热源法测定常压下四氢呋喃水合物的导热系数[J].化学通报,2005,(12).[2]唐酞峰.圆管导热系数测试方法研究[J].攀枝花学院学报,2005,(3).[3]李保春,董有尔,.热线法测量保温材料的导热系数[J].中国测试技术,2005,(6).[4]李建伟,葛岭梅,徐精彩,文虎.松散煤体导热系数测定实验[J].辽宁工程技术大学学报,2004,(1).[5]崔其山.综合导热系数及其计算[J].石油化工设备,2004,(6).[6]陈立有,池红岩,朱奎,陈雷.稳态法测不良导体导热系数实验装置的改进[J].大学物理实验,2003,(4).[7]冯毅,梁满兵,.稳态平板导热系数测定仪的误差分析[J].广州化工,2006,(1).[8]肖衡林,吴雪洁,周锦华,.岩土材料导热系数计算研究[J].路基工程,2007,(3).[9]葛山,尹玉成,.激光闪光法测定耐火材料导热系数的原理与方法[J].理化检验(物理分册),2008,(2).[10]柏松，周忙来，史希玉.稠油导热系数测定仪的研究[J].石油大学学报(自然科学版),1994,(1).[11]徐宜发.非稳态法与准稳态法测量热系数[J].推进技术,1994,(1).[12]王振国，戴自祝.用热流计式导热仪测定导热系数[J].化学建材,1995,(3).[13]高相斌,刘晓燕,邵丽君.平板法及圆管法绝热材料导热系数测试[J].油气田地面工程,2002,(4).[14]公维平,刘英义.多孔材料有效导热系数的试验研究[J].山东电力高等专科学校学报,1999,(2).[15]彭担任,