使用热流计测量软木的导热性

你可能会问，硬木和软木这两个词从何而来？一般认为这与密度有关；硬木的密度更高，因此更耐用，反之亦然。实际上，这个名称源于植物的起源。硬木是从封闭的种子中萌发出来的，被称为被子植物，而软木是从无盖的种子中生长出来的，被称为裸子植物。除了起源不同，两种木材的结构也存在差异。软木往往有长长的线状管，用于输送水分和增强茎干强度，而硬木则有孔隙。橡木和枫木等硬木多用于露台板和硬木地板等用途，而毛皮、松木和云杉等软木多用于木材和装饰品。

松木的用途多种多样，从房屋建筑的龙骨和桁架（左图）  ，到房屋内部的地板和饰面（右图）

在这个实验中，旨在使用热流计（HFM）在 20˚C 时测量一块松木盘的热导率（W/m·K）热流计能够通过稳态技术测量诸如泡沫、固体和纺织品等平板绝缘材料的热导率和热阻。可以测量热导率从 0.005 到 0.5 W/m·K 的材料的热传输特性，还可以模拟从寒冷的-20°C 到炙热的 70°C 的实际环境温度，符合 ASTM C518-15 标准测试方法——通过热流计装置测量稳态热传输性质。

 热流计（右）是一种稳态传热系统，可通过一次测量来测量平板绝缘材料（如松木（左））的导热系数和热阻系数

1. 首先，对 NIST SRM 1450d 的类似尺寸样本进行标准测量。然后，将松木试样（18.9 毫米）放入高频测量仪，并将标准测量结果载入软件。然后将平行板设置为自动调整到试样的高度。自动调节方法采用了四个数字编码器，上板的每个角落都有一个，它们在各自的位置进行样本厚度测量。然后计算出这些厚度读数的平均值，并将上平板设置为压缩到试样上的平均厚度。
2. 两块平行板分别位于试样的两侧，在恒定但不同的温度下（例如：10 ºC 和 30 ºC），通过松木圆盘形成稳定状态的一维热通量。设置这样的温度梯度是为了模拟从室内到室外的热损失。虽然高频测量室的尺寸可容纳 12" X 12" X 4" 的样品，但热通量传感器位于上下板的中心，可容纳任何形状的样品，样品尺寸可小至 6" X 6" X 0.4"。通过用标准对热通量传感器进行适当校准，并测量平板温度和平板间距，就能利用傅里叶热传导定律计算出热导率 (λ)：

3. 0.1213 W/mK，这是使用 HFM 测量得到的松木导热系数。目前，木材已成为建筑房屋的砖块替代品。这种建筑材料的变化可以归因于软木的导热系数大约是砖的 1/7。由于墙体材料的导热系数较低，在寒冷天气下，从内部向外部的热损失降至最低，最终降低了供暖成本。当使用 HFM 时，用户可以期望获得优于 3%的准确度，并且重复性在 0.5%以内。收到的结果与软木的建议热导率 0.12 W/mK 相符，证实了该仪器的高准确度 。