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硅油-聚二甲基硅氧烷的导热性

 发表时间:2019-09-08 15:35:25

与测试固体相比,测试液体的固有导热性是一项挑战。其原因是测量过程中存在着流体的对流换热。然而,Hot Disk可以相对容易地用于液体样品的检测。成功的关键是采用小体积样品,封闭的样品容器和短的测量时间。


在这个例子中,我们测试了一种商业硅油,以证明Hot Disk测量液体的稳定性。


Hot Disk TPS 2500 S对SIL 180硅油的导热系数及其相关性能测试结果如下。

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样品信息

SIL 180硅油(聚二甲基硅氧烷)

粘度:11 mPas(20摄氏度)

密度:0.93 g/cm3(20摄氏度)

比热:1.51 J/gK(20摄氏度)

品牌:Fisher Scientific


硅油是商用的,化学性能稳定,在室温环境条件下不会蒸发。因此,它是一个优秀的演示示例。SIL 180的粘度大约是水的10倍,这限制了对流。硅油的导热系数通常低于大多数常见的有机化合物(但接近苯和甲苯的值),它的导热系数大约是水的四分之一(约0.6 W/m/K @ 20℃)。硅酮液体的比热因硅酮链的长度不同而有所不同,但一般约为水比热的三分之一(ca 4.18 J/gK @ 20℃)。


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准备工作

将一小勺(约 1汤匙)SIL 180倒入Hot Disk液体样品架中(见图1),室温控制在21℃。传感器被垂直放置,以尽量减少困住空气泡的风险。然后,油被轻轻地来回泵过样品架的腔室,以确保去除所有潜在的气泡。


选择Kapton 7577探头对这个小体积的样品进行测量。当测试流体时,我们通常推荐这种探头型号通常,因为测量时间需要设备为很短,而且液体通常具有较低的扩散系数。


然后利用标准各向同性测量模块进行测试。液体基本都是各向同性的,这种测量模块应该总是用于这样的测试中。


参数


对硅油试样进行了三组不同测量时间的实验。每组测量重复三次用于统计。这里使用的测量时间是3秒、4秒和5秒。所有实验的加热功率为15mw。一般来说,测量流体是选择短的测量时间和低的加热功率是用来尽量减少对流的影响。测量之间的最小等待时间为15分钟,以确保从一次测量到另一次测量重新建立了热平衡。


结果


在本文开头的表格中给出了最终的结果。每组测量值都分别进行计算,数据点的选取目的是得到一个随机分布的残差图,每组实验都去掉了最后一个数据点1。因此,结果将对应于每组实验的完整测量时间。所有的测试结果都是相似的,与测量时间设置无关。因此,可以得出这样的结论:结果是稳定的,没有对流发生。当对流发生时,测得的导热系数随测量时间的增加而增加。这是对流换热进入方程计算的结果。


关于测试液体导热系数的更多信息


在导热系数测量过程中,避免对流是非常重要的,因为对流会使测量值膨胀。高粘度的液体更容易测试,因为厚重的流体限制了对流发生。在测试低粘度液体(如水)时,关键是要使用较短的测量时间和有限的测量单元。靠近固体表面将有助于抑制对流,如果容器是闭合的,由于蒸发引起的对流可以避免。点击这里了解更多内容。


额外的建议还有在测试前对液体进行脱气。这件事最好通过将液体煮沸,然后在一个封闭的容器中冷却来完成。气体含量会影响结果,通常会时单位体积比热容低于预期。


1选点建议:在数据评估中,好的做法是首先根据尽可能多的数据点计算结果。典型的第一个计算窗口是点20到200。在第一次计算之后,可以删除最后一个数据点,以确保不重发边界效应。然后从瞬态曲线的起点开始进行切割,得到一个随机分布在等分线周围的残差图。然而,在测试液体时,不应删除超过50个数据点。如果一个窗口的数据点为50到199,仍然不能得到一个稳定的残差图,那么很可能样品温度不稳定或测量时间过长。