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(cè)試固體相比，測(cè)試液體的固有導(dǎo)熱性是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。其原因是測(cè)量過程中存在著流體的對(duì)流換熱。然而，Hot Disk可以相對(duì)容易地用于液體樣品的檢測(cè)。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(cè)量時(shí)間。
在這個(gè)例子中，我們測(cè)試了一種商業(yè)硅油，以證明Hot Disk測(cè)量液體的穩(wěn)定性。
Hot Disk TPS 2500 S對(duì)SIL 180硅油的導(dǎo)熱系數(shù)及其相關(guān)性能測(cè)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(duì)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(zhǎng)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(duì)這個(gè)小體積的樣品進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)測(cè)試流體時(shí)，我們通常推薦這種探頭型號(hào)通常，因?yàn)闇y(cè)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(cè)量模塊進(jìn)行測(cè)試。液體基本都是各向同性的，這種測(cè)量模塊應(yīng)該總是用于這樣的測(cè)試中。
參數(shù)
對(duì)硅油試樣進(jìn)行了三組不同測(cè)量時(shí)間的實(shí)驗(yàn)。每組測(cè)量重復(fù)三次用于統(tǒng)計(jì)。這里使用的測(cè)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(cè)量流體是選擇短的測(cè)量時(shí)間和低的加熱功率是用來盡量減少對(duì)流的影響。測(cè)量之間的最小等待時(shí)間為15分鐘，以確保從一次測(cè)量到另一次測(cè)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(cè)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(duì)應(yīng)于每組實(shí)驗(yàn)的完整測(cè)量時(shí)間。所有的測(cè)試結(jié)果都是相似的，與測(cè)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(duì)流發(fā)生。當(dāng)對(duì)流發(fā)生時(shí)，測(cè)得的導(dǎo)熱系數(shù)隨測(cè)量時(shí)間的增加而增加。這是對(duì)流換熱進(jìn)入方程計(jì)算的結(jié)果。
關(guān)于測(cè)試液體導(dǎo)熱系數(shù)的更多信息
在導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量過程中，避免對(duì)流是非常重要的，因?yàn)閷?duì)流會(huì)使測(cè)量值膨脹。高粘度的液體更容易測(cè)試，因?yàn)楹裰氐牧黧w限制了對(duì)流發(fā)生。在測(cè)試低粘度液體(如水)時(shí)，關(guān)鍵是要使用較短的測(cè)量時(shí)間和有限的測(cè)量單元？拷腆w表面將有助于抑制對(duì)流，如果容器是閉合的，由于蒸發(fā)引起的對(duì)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(cè)試前對(duì)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(cè)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(cè)量時(shí)間過長(zhǎng)。
