硅油-聚二甲基硅氧烷的導(dǎo)熱性
發(fā)表時(shí)間：2019-09-08
與測試固體相比，測試液體的固有導(dǎo)熱性是一項(xiàng)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(guān)鍵是采用小體積樣品，封閉的樣品容器和短的測量時(shí)間。
在這個(gè)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(dǎo)熱系數(shù)及其相關(guān)性能測試結(jié)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(xué)性能穩(wěn)定，在室溫環(huán)境條件下不會(huì)蒸發(fā)。因此，它是一個(gè)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(dǎo)熱系數(shù)通常低于大多數(shù)常見的有機(jī)化合物(但接近苯和甲苯的值)，它的導(dǎo)熱系數(shù)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(zhǔn)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(fēng)險(xiǎn)。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(gè)小體積的樣品進(jìn)行測量。當(dāng)測試流體時(shí)，我們通常推薦這種探頭型號(hào)通常，因?yàn)闇y量時(shí)間需要設(shè)備為很短，而且液體通常具有較低的擴(kuò)散系數(shù)。
然后利用標(biāo)準(zhǔn)各向同性測量模塊進(jìn)行測試。液體基本都是各向同性的，這種測量模塊應(yīng)該總是用于這樣的測試中。
參數(shù)
對硅油試樣進(jìn)行了三組不同測量時(shí)間的實(shí)驗(yàn)。每組測量重復(fù)三次用于統(tǒng)計(jì)。這里使用的測量時(shí)間是3秒、4秒和5秒。所有實(shí)驗(yàn)的加熱功率為15mw。一般來說，測量流體是選擇短的測量時(shí)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(shí)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(jié)果
在本文開頭的表格中給出了最終的結(jié)果。每組測量值都分別進(jìn)行計(jì)算，數(shù)據(jù)點(diǎn)的選取目的是得到一個(gè)隨機(jī)分布的殘差圖，每組實(shí)驗(yàn)都去掉了最后一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)1。因此，結(jié)果將對應(yīng)于每組實(shí)驗(yàn)的完整測量時(shí)間。所有的測試結(jié)果都是相似的，與測量時(shí)間設(shè)置無關(guān)。因此，可以得出這樣的結(jié)論:結(jié)果是穩(wěn)定的，沒有對流發(fā)生。當(dāng)對流發(fā)生時(shí)，測得的導(dǎo)熱系數(shù)隨測量時(shí)間的增加而增加。這是對流換熱進(jìn)入方程計(jì)算的結(jié)果。
關(guān)于測試液體導(dǎo)熱系數(shù)的更多信息
在導(dǎo)熱系數(shù)測量過程中，避免對流是非常重要的，因?yàn)閷α鲿?huì)使測量值膨脹。高粘度的液體更容易測試，因?yàn)楹裰氐牧黧w限制了對流發(fā)生。在測試低粘度液體(如水)時(shí)，關(guān)鍵是要使用較短的測量時(shí)間和有限的測量單元。靠近固體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(diǎn)擊這里了解更多內(nèi)容。
額外的建議還有在測試前對液體進(jìn)行脫氣。這件事最好通過將液體煮沸，然后在一個(gè)封閉的容器中冷卻來完成。氣體含量會(huì)影響結(jié)果，通常會(huì)時(shí)單位體積比熱容低于預(yù)期。
1選點(diǎn)建議:在數(shù)據(jù)評(píng)估中，好的做法是首先根據(jù)盡可能多的數(shù)據(jù)點(diǎn)計(jì)算結(jié)果。典型的第一個(gè)計(jì)算窗口是點(diǎn)20到200。在第一次計(jì)算之后，可以刪除最后一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，以確保不重發(fā)邊界效應(yīng)。然后從瞬態(tài)曲線的起點(diǎn)開始進(jìn)行切割，得到一個(gè)隨機(jī)分布在等分線周圍的殘差圖。然而，在測試液體時(shí)，不應(yīng)刪除超過50個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。如果一個(gè)窗口的數(shù)據(jù)點(diǎn)為50到199，仍然不能得到一個(gè)穩(wěn)定的殘差圖，那么很可能樣品溫度不穩(wěn)定或測量時(shí)間過長。
