ICS  91.100.60 Q 25 DB34 安 徽 省 地 方 标 准 DB 34/T 2987—2017 保温隔热材料热物性实验方法 （恒温平面热源法） Test method for thermo-physical parameters of thermal insulation materials (constant temperature plane heat source method） 文稿版次选择 2017 - 11 - 15 发布 安徽省质量技术监督局 2017 - 12 - 15 实施 发 布 DB34/T 2987—2017 前    言 本标准按照 GB/T 1.1-2009 给出的规则起草。 本标准由安徽省木制品商会提出。 本标准由安徽省产品质量监督检验研究院归口。 本标准起草单位：安徽国电明朗能源环保科技研究院有限公司、安徽理工大学、安徽国监质量技术 检测研究院有限公司、湖北省国监质量技术检测研究院有限公司、安徽省众锐质量检测有限公司、安徽 省木制品商会。 本标准主要起草人：姜明、杨新春、陈清华、卫春光、李梦元、刘敏、张林、严俊、汪明、李保坤、 靳华伟、程迎松、张妍、黄成、马壮壮、陈琦、邢芬、周露露、毛超男、王莹茹、倪明、司艳朗。 I DB34/T 2987—2017 保温隔热材料热物性实验方法（恒温平面热源法） 1 范围 本标准规定了准恒温平面热源法方法、定义和原理。 -6 2 本标准适用于测量导热系数小于 0.3 W/(m·K)，热扩散率不大于 10 m /s 的定形保温隔热材料。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 7321 定形耐火制品试样制备方法 GB/T 8170 数值修约规则与极限数值的表示和判定 GB/T 10325 定形耐火制品验收抽样检验规则 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本标准文件。 3.1 热物性 thermo-physical properties 热物理性质的简称。本文件中特指导热系数、比热容和热扩散系数。 3.2 热导率 thermal conductivity 单位时间内在单位温度梯度下沿热流方向通过材料单位面积传递的热量，即导热系数。单位为 W/(m·K)。 3.3 比热容 thermal capacity 在压强不变的情况下，单位质量某物体温度升高一度所吸收的热量。单位为 J/(kg.K)。 3.4 热扩散系数 thermal diffusivity 2 材料的热导率与其单位体积热容之比。单位为 m /s。 4 原理 1 DB34/T 2987—2017 采用超级恒温水浴结合黄铜板形成恒温边界，黄铜板厚度为 3 mm，用于传递高温水与试样之间的 热量。控制试样尺寸（长、宽尺寸均大于 10 倍高度）结合侧壁面绝热措施，在试样中产生准均匀一维 热流。首先将试样盒底部黄铜板与高温水接触，待黄铜板与高温水温度一致后，然后将试样放入试样盒， 同时测试试样上部绝热面处的温度变化（根据材料导热性能不同，能够检测到温度变化所需的时间会不 同）。根据测得温度，利用本标准热物性参数计算模型求解被测试样的导热系数 λ、比热容 Cp 和热扩 散系数 a。 5 设备 测试装置结构包含 4 部分，分别是恒温水浴、温度测试系统、试样盒、加热器见图1。 图1 5.1 测试装置结构 恒温水浴 采用恒温水浴装置构建恒温边界。水浴由加热器、水浴温度控制单元、水浴温度探头、水浴箱体等 组成，其内置循环水泵和搅拌器，可有效保证水介质温度均匀性，温控范围：5℃-95℃，恒温精度可达 0.02℃。 5.2 温度测试系统 由微型计算机、信号采集与传输单元和温度测点构成温度测试系统。温度测点采用 T 型高精度热 电偶，测量精度等级 0.1 级，温度小于 100℃时的测量标准差小于 0.3。 5.3 试样盒 试样盒长、宽、高尺寸为 600 mm×600 mm×60 mm。试样盒内部尺寸 500 mm×500 mm×50 mm，侧 面和上盖均为绝热板，底板为黄铜材质，试样盒上盖下表面上固定布置 7 个热电偶测点，试样盒、热 电偶测点布置及传热物理模型见图2。从左至右，编号 1～7，其中 1 号和 7 号测点用于监测侧边界对 试样内部温度场的影响。实际测试中只取 2～6 号测点温度值进行计算。 2 DB34/T 2987—2017 (a) 试样盒剖视图 (b) 试样盒俯视图 图2 5.4 物理模型 加热器 加热器采用防水电加热棒，通过水浴温度控制单元，结合水浴温度探头控制水温。为保证加热功率 恒定，应采用交流或直流稳压电源，测量期间功率波动不超过 2％。 此外，需在恒温水浴的水箱上部内壁面开对称分布的槽，用作支架放置试样盒。 6 6.1 试样 取样 按照 GB/T 7321 和 GB/T 10325 中的相关规定制样和取样。如果样品足够大，可直接切取取样。 样品如较小，不用切取直接取样。为进行对比，每组试验相同试样应至少制备 3 个样品。 3 DB34/T 2987—2017 6.2 尺寸 试样标准尺寸为 500 mm×500 mm×50 mm。具体操作中试样块可小于该尺寸，但长宽不应小于 200 mm ×200 mm，以便于均匀布置温度测点。试样厚度不小于 20 mm，不大于 50 mm。 6.3 表面平整度 尽可能将试样表面磨平，使得在距离 100 mm 以内的两点间平整度的偏差不超过 0.2 mm。 6.4 试样预处理 为消除水分因素对测试结果的影响，实验开始前，试样应充分烘干处理。烘干温度不超过 50℃， 烘干时间 6 h。试样烘干后，迅速放入 25℃恒温箱放置 6 h 以上，以使试样温度均匀一致，然后进行 试验。 7 热物性计算方法 7.1 计算模型 见公式（1）： 2 sin  n （ x, ）  x  cos   n  e    0   n 1  n  sin  n cos  n n 2 a /(  2 ) ................... (1) 式中： θ(x,τ) —— τ 时刻 x 位置处的过余温度，θ=t-tw，t 为试样 τ 时刻 x 位置处的温度和试样初始温 度，℃； θ0 —— 试样初始温度，θ0=t-t0，℃，t0 为试样初始温度，℃； a —— 热扩散率，a =λ/(ρCp) ，m2/s； λ —— 热导率，W/(m·K)； Cp —— 定压比热容，J/(kg.K)； 3 ρ —— 密度，单位为千克每立方米（kg/m ）； τ —— 时间，s； βn —— 超越方程 ctgβ = β/Bi 的系列解，对应不同的 Bi 数，β 值也不同（具体可查附录A）。而 在 Bi→∞ 时 β1=1.5708，βn=β1+(n-1)×π (n = 1,2,…)。 7.2 数据处理 数据处理按照 GB/T 8170 数值修约规则进行。 某一时刻开始试样下表面被温度为 tw 的黄铜板加热，该温度扰动为输入信号，记为 u(τ),试样内 任意一点处的温升记为 Y(τ,η)，其不但与试样导热系数、比热容等热物性有关，还取决于热边界温度 tw、时间 τ、位置 x 等，所有这些参数构成一个向量，见公式（2）：   (1 , 2 , 3 ,......, m ) T ................................ (2) 式中： M —— 参数个数。此处试样热导率 λ、比热容 Cp 未知，密度 ρ 可实测获得，首先获得 x=0 表面 处 k（k > 2）个离散测点处的温度测量值 Yi(η,τ)(i=1…k)，然后基于计算的参数值，通过式（1）计 算各离散测点的温度值 θi(τ,η) (i=1…k)，并进行对比，见公式（3）： 4 DB34/T 2987—2017 k  ( )   Yi  ,    i  ,   2 .............................. (3) i 1 由于测量误差以及参数计算误差的存在，ε(η)>0，而热物性的计算可归结为对式（1）进行迭代计 算，最终使目标函数 ε(η)→min。 具体参数计算流程如下： a) 计算热扩散率 a 1) 根据先验信息确定待反演参数的初始猜测值 η0、设定以较小的大于 0 的 ε 作为退出控制误 差。 2) 修 改 模 型 中 的 参 数 向 量 ηj ， 修 改 后 的 ηj 为 ：  new   old  sign  d  j  rand j j b) c) 8  ,  j  1,2,..., m ，修改前为 old ηj ，dηj 表示第 j 个参数的基 本偏离值，通过手工设定，用于控制模型参数的修改量；sign 为符号函数，表示在相同 概率下（0.5 的概率）取值为 1 和 -1；Rand()产生[0,1]范围内的随机数。 3) εold(η)和 εnew(η)作差记为： ε =εold(η)- εnew(η)。 4) 当 ε<0 时，p=1； ε>0 时，p=0。当 p=1 时，接受修改后的模型，计算共轭系数、梯 度、搜索方向及搜索步长等参量；共轭梯度法收敛后，保存反演计算值。 5) 重复步骤 a.2、a.3 和 a.4，比较每次接受的计算值，直到收敛到允许误差范围。 T 将待估参数向量更改为 η=(λ, Cp) ，然后按照步骤 a.1 至 a.5 计算导热系数 λ 及比热容 Cp。 * 根据热扩散率 α 及导热系数 λ 值修正比热容 Cp，得到比热容修正值 Cp 。 试验步骤 8.1 将如图 1 所示的测试装置整体置于不高于 25℃的室内环境中。 8.2 设定恒温水浴温度为 40℃，待温度稳定后，将试样盒放入水浴箱内壁槽（支架）上，使其底部黄 铜板没入高温水中。 8.3 10 min 后，待试样盒底部黄铜板温度与高温水一致，迅速将处理后的试样放入试样盒，并盖上上 盖，开始试验测试，每隔 5 min 采集温度信号 1 次，取各测点温度平均值代入计算模型式（1）计算导 热系数、比热容和热扩散系数等热物性参数，得到 10 组热物性测算值后，停止试验。 8.4 对 10 组热物性测算结果从大到小排序，用狄克松（Dxion）准则判别和去除异常值，设被去除的 异常值个数为 k，则将余下的 10-k 组热物性测算值求和，求平均作为热物性测算结果。 9 试验报告 试验