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摘 要：通过对Hot Disk热物性分析仪的探头建立完善的二维仿真模型，将三维实体简化，数值模拟测量TPS（瞬态平面热源）法导热系数，再使用模拟温升进行计算。将模拟计算值与Hot Disk不锈钢标样导热系数测量值进行对比，证明模拟计算结果符合TPS法原理准确度要求。并对铜及气凝胶的导热系数测量进行模拟分析，考察实际测量过程中可能存在的各种因素如空气间隙、空气对流及样品微小形变对测量结果的影响。结果表明：实际测量时应保证样品与探头紧密接触以减小空气间隙，维持测试环境稳定以降低空气对流，而样品的微小形变对测量影响可忽略不计。
关键词：导热系数；瞬态平面热源法；仿真分析；空气间隙
文献标志码：A 文章编号：1674-5124（2016）06-0122-05
0 引 言
导热系数是材料重要的热物性参数，反映了材料的热工性能，在冶金、能源、化工等领域中起着重要作用，其测量理论和测试技术已经成为科学研究的热点。瞬态测量法作为热导率测量方法中的一个重要分支，因其省时高效的优势特点受到越来越广泛的应用。常见的瞬态测量法包括TPS（瞬态平面热源）法、瞬态热线法、瞬时热探针法等[1-3]，其中的TPS法对测量样品要求低，导热系数测量范围大，近年来成为瞬态测量研究重点，并在国外成功实现了商品化。瑞典Hot Disk有限公司推出的Hot Disk热物性分析仪即基于TPS法，能够快速测量材料的导热系数，准确度可达±2%，是使用率较大的瞬态测量导热系数仪器。但目前大多数关于Hot Disk的研究都是针对其实际测量的性能测试，通过设定不同参数进行各类材料的导热系数测量，以得到准确导热系数下合适的参数设置[4-6]。对TPS法导热系数测量进行仿真分析，再现TPS法导热系数测量过程，可对Hot Disk热物性分析仪有更深入的了解以便合理运用，对提高导热系数测量准确度具有重要的实用价值和理论意义。
3 结束语
文中对Hot Disk探头建立仿真模型并进行了数值模拟，得到的导热系数值符合TPS法准确度要求，并考虑了存在空气间隙、空气对流及样品微小形变的情况，结果表明：空气间隙对于探头绝对温升和导热系数测量存在影响；使用Hot Disk热物性分析仪测量时应注意功率及测量时间设置，防止样品未压紧存在空气间隙时高功率长时间测量烧坏探头；样品测量时保证外部环境的稳定，以减小环境空气对流对测量结果的影响；样品微小形变对于探头温升影响可忽略不计，实际测量时可适当对样品进行固定。
参考文献
[1] GUSTAVSSON M， KARAWACKI E， GUSTAFSSON S E. Thermal conductivity， thermal diffusivity and specific heat of thin samples from transient measurements with Hot disk sensors[J]. Review of Scientific Instruments，1994，65（12）：3856-3859.
[2] 潘江，王玉刚. 瞬态热线法导热系数测量的数值模拟[J].中国计量学院报，2008，19（2）：108-113.
[3] 陈昭栋，陈丕，陈芬，等. 热针法瞬态测量热物性研究[J].中国测试，2015，41（1）：66-70.
[4] 辛春锁，何小瓦. Hot Disk在低导热材料测试中的重复性分析[J]. 宇航计测技术，2013，33（2）：36-41.
[5] 赵秀峰，曹景洋，罗惠芬. 采用Hot Disk测量岩土热物性的实验研究[J]. 中国测试，2012（4）：106-109.
[6] 张玉珂，赵俊廷. 基于Hot Disk测定食用油的导热系数的研究[J]. 广州化工，2015（2）：31-33.
[7] HE Y. Rapid thermal conductivity measurement with a hot disk sensor part 1： theoretical considerations[J]. Thermochimica Acta，2005（436）：122-129.
[8] ZHANG H， JIN Y， GU W， et al. A numerical study on the influence of the insulation layer of the hot disk sensor on the thermal conductivity measuring accuracy[J]. Progress in Computational Fluid Dynamics，2013（13）：195-205.
[9] 苏新军，韩魏，穆延非，等. 瞬变平面热源法热导率测量的数值模拟[J]. 中国测试，2015，41（2）：115-119.
[10] Plastices-determination of thermal conductivity and thermal diffusivity-part 2：transient plane source（hot disc） method：ISO 22007-2：2008[S]. 2008.
[11] BOUMAZA T， REDGROVE J. Use of the transient plane source technique for rapid multiple thermal property measurements[J]. International Journal of Thermophysics，2003，24（2）：501-512.
[12] 王强，戴景民，张虎. Hot disk建模及模型精度分析[J]. 中国计量学院学报，2008，19（4）：309-313.
（编辑：李妮）
关键词：导热系数；瞬态平面热源法；仿真分析；空气间隙
文献标志码：A 文章编号：1674-5124（2016）06-0122-05
0 引 言
导热系数是材料重要的热物性参数，反映了材料的热工性能，在冶金、能源、化工等领域中起着重要作用，其测量理论和测试技术已经成为科学研究的热点。瞬态测量法作为热导率测量方法中的一个重要分支，因其省时高效的优势特点受到越来越广泛的应用。常见的瞬态测量法包括TPS（瞬态平面热源）法、瞬态热线法、瞬时热探针法等[1-3]，其中的TPS法对测量样品要求低，导热系数测量范围大，近年来成为瞬态测量研究重点，并在国外成功实现了商品化。瑞典Hot Disk有限公司推出的Hot Disk热物性分析仪即基于TPS法，能够快速测量材料的导热系数，准确度可达±2%，是使用率较大的瞬态测量导热系数仪器。但目前大多数关于Hot Disk的研究都是针对其实际测量的性能测试，通过设定不同参数进行各类材料的导热系数测量，以得到准确导热系数下合适的参数设置[4-6]。对TPS法导热系数测量进行仿真分析，再现TPS法导热系数测量过程，可对Hot Disk热物性分析仪有更深入的了解以便合理运用，对提高导热系数测量准确度具有重要的实用价值和理论意义。
3 结束语
文中对Hot Disk探头建立仿真模型并进行了数值模拟，得到的导热系数值符合TPS法准确度要求，并考虑了存在空气间隙、空气对流及样品微小形变的情况，结果表明：空气间隙对于探头绝对温升和导热系数测量存在影响；使用Hot Disk热物性分析仪测量时应注意功率及测量时间设置，防止样品未压紧存在空气间隙时高功率长时间测量烧坏探头；样品测量时保证外部环境的稳定，以减小环境空气对流对测量结果的影响；样品微小形变对于探头温升影响可忽略不计，实际测量时可适当对样品进行固定。
参考文献
[1] GUSTAVSSON M， KARAWACKI E， GUSTAFSSON S E. Thermal conductivity， thermal diffusivity and specific heat of thin samples from transient measurements with Hot disk sensors[J]. Review of Scientific Instruments，1994，65（12）：3856-3859.
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[8] ZHANG H， JIN Y， GU W， et al. A numerical study on the influence of the insulation layer of the hot disk sensor on the thermal conductivity measuring accuracy[J]. Progress in Computational Fluid Dynamics，2013（13）：195-205.
[9] 苏新军，韩魏，穆延非，等. 瞬变平面热源法热导率测量的数值模拟[J]. 中国测试，2015，41（2）：115-119.
[10] Plastices-determination of thermal conductivity and thermal diffusivity-part 2：transient plane source（hot disc） method：ISO 22007-2：2008[S]. 2008.
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[12] 王强，戴景民，张虎. Hot disk建模及模型精度分析[J]. 中国计量学院学报，2008，19（4）：309-313.
（编辑：李妮）