熱擴散率測量方法

熱擴散率的測量采用非穩(wěn)態(tài)法，常用激光脈沖法。儀器的測量原理是：在一個四周絕熱的薄圓片試樣的正面，輻照一束垂直于試樣正面的均勻的激光脈沖，試樣被單面加熱，測出在一維熱流條件下試樣背面的溫升曲線，計算求得熱擴散率值。

對于熱擴散率大的土壤，如濕潤的黏土，白天，當有太陽輻射能的收人時，它可以很快地將表層得到的熱量傳遞到土壤深層，這樣土壤表層溫度就不會過高；夜間，當土壤表面由于地面有效輻射失去熱量時，它又可以把土壤深層的熱量很快傳遞到土壤表層來，使土壤表層的夜間溫度不致太低。因此這種土壤的地面溫度不易出現(xiàn)極端值，即白天地溫過高，夜間地溫又過低。這對作物的生長是非常有利的。相反，如果土壤的熱擴散率很小，如干燥的泥炭土，白天，它不易將地表的熱量迅速傳遞到土壤深層，使白天地表溫度過高，夜間，它又不易將土壤深層的熱量傳遞到土壤表面，致使夜間地表面溫度過低。所以這種土壤很容易出現(xiàn)極端溫度，使生長在它上面的作物極易受到凍害或熱害的威脅。

土壤在一定的熱量得失的情況下，其溫度的變化快慢可由土壤熱擴散率來表示。由上式可知，凡影響土壤熱導率和土壤熱容量的因子都影響土壤熱擴散率的大小，如土壤有機質(zhì)的含量、土壤孔隙度的大小及土壤濕度等。但是，土壤熱擴散率與土壤濕度的關(guān)系比較復雜，因為土壤水分含量的變化同時對土壤熱導率和土壤熱容量產(chǎn)生影響，因此土壤熱擴散率與土壤濕度并非簡單的線性關(guān)系。根據(jù)試驗和觀測表明，在土壤濕度較小的情況下，隨著土壤濕度的增大土壤熱擴散率增加，但當土壤濕度超過一定數(shù)值以后，因熱導率的增加不顯著，而熱容量仍隨濕度線性增加，所以土壤熱擴散率反而下降了。

熱擴散率是指在一定的熱量得失情況下，物體溫度變化快慢的一個物理量，它的大小與物體的熱導率λ成正比與物體的熱容量Cv成反比，單位是m2/s.可用下式表示：

式中，K為熱擴散率；γ為熱導率；Cv為容積熱容量。

物體的熱擴散率越大，表明熱量由物體表面向深層或者由深層向物體表面的擴散的能力越強，溫度變化所及深度越深，各深度的溫度差消除越快，物體的熱擴散率越小，則反之。

熱擴散率又叫導溫系數(shù)，它表示物體在加熱或冷卻中，溫度趨于均勻一致的能力；相當于物體的蓄熱能力，而分子為熱導率，故兩者之比反映了物質(zhì)熱量擴散的能力。這個綜合物性參數(shù)對穩(wěn)態(tài)導熱沒有影響，但是在非穩(wěn)態(tài)導熱過程中，它是一個非常重要的參數(shù)。

熱導率只說明物體傳導熱量速度快慢，雖然水的γ是空氣的22.8倍，但空氣的Cv只是水的1/3483，所以，同體積的空氣比水增溫快得多。表征物體增溫快慢的物理量是熱擴散系數(shù)K，也稱導溫率。

2017年10月14日，《硬質(zhì)合金熱擴散率的測定方法》發(fā)布。

2018年5月1日，《硬質(zhì)合金熱擴散率的測定方法》實施。

α=λ/ρc

α稱為熱擴散率或熱擴散系數(shù)（thermal diffusivity），單位為m²/s。

式中：

λ：導熱系數(shù)，單位W/(m·K)；

ρ：密度，單位Kg/m³；

c：比熱容，單位J/(Kg·K)。

由熱擴散率的定義α=λ/ρc 可知：

（1） 物體的導熱系數(shù)λ越大，在相同的溫度梯度下可以傳導更多的熱量。

（2） 分母ρc是單位體積的物體溫度升高1℃所需的熱量。ρc 越小，溫度升高1℃所吸收的熱量越小，可以剩下更多熱量繼續(xù)向物體內(nèi)部傳遞，能使物體各點的溫度更快地隨界面溫度的升高而升高。

熱擴散率α是λ與1/ρc兩個因子的結(jié)合。α越大，表示物體內(nèi)部溫度扯平的能力越大，因此而有熱擴散率的名稱。這種物理上的意義還可以從另一個角度來加以說明，即從溫度的角度看，α越大，材料中溫度變化傳播得越迅速?？梢姦烈彩遣牧蟼鞑囟茸兓芰Υ笮〉闹笜?，因而有導溫系數(shù)之稱。