硅油-聚二甲基硅氧烷的導(dǎo)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(dǎo)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(guān)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(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(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。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(jìn)行測量。當(dāng)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(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間的實驗。每組測量重復(fù)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(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)行計算，數(shù)據(jù)點的選取目的是得到一個隨機(jī)分布的殘差圖，每組實驗都去掉了最后一個數(shù)據(jù)點1。因此，結(jié)果將對應(yīng)于每組實驗的完整測量時間。所有的測試結(jié)果都是相似的，與測量時間設(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，測得的導(dǎo)熱系數(shù)隨測量時間的增加而增加。這是對流換熱進(jìn)入方程計算的結(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(guān)鍵是要使用較短的測量時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，然后在一個封閉的容器中冷卻來完成。氣體含量會影響結(jié)果，通常會時單位體積比熱容低于預(yù)期。
1選點建議:在數(shù)據(jù)評估中，好的做法是首先根據(jù)盡可能多的數(shù)據(jù)點計算結(jié)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(shù)據(jù)點，以確保不重發(fā)邊界效應(yīng)。然后從瞬態(tài)曲線的起點開始進(jìn)行切割，得到一個隨機(jī)分布在等分線周圍的殘差圖。然而，在測試液體時，不應(yīng)刪除超過50個數(shù)據(jù)點。如果一個窗口的數(shù)據(jù)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。
