ASTM E2584 使用热电容(Slug)量热法测量材料热导率的标准实践

ASTM E2584 使用热电容(Slug)量热法测量材料热导率的标准实践

美国材料与试验协会 (ASTM) 制定的ASTM E2584《利用热容(柱塞式)量热仪测定材料热导率的标准规程》描述了一种测定材料表观热导率和热扩散率的方法。该方法适用于表观热导率约为 0,02 至 20 W/(m·K) 的固体材料,使用 304 不锈钢柱塞式量热仪和 K 型热电偶时,温度范围约为 300 K 至 1100 K;使用氧化铝柱塞式量热仪和 PtRh 热电偶时,温度范围可达 1600 K。

ASTM E2584 使用热电容(Slug)量热法测量材料热导率的标准实践

虽然该应用也适用于确定非反应性材料的热导率和热扩散率,但已发现它在测试既具有反应性又在高温暴露期间发生显着尺寸变化的耐火材料时特别有用。

此应用程序适用于测试各种材料,包括复合材料和多层材料。尤其适用于在高温下发生剧烈反应、局部尺寸变化或两者兼有的材料,这些材料难以使用现有的标准测试方法(例如 ASTM C1113)进行评估。

通过多次加热/冷却循环进行测试,可以评估反应、相变以及反应气体(例如蒸汽)的传质对热性能的影响。这种方法已被证明特别适用于测试耐火材料。

就本标准而言,适用以下术语和定义:

  • 热导率表示在稳定条件下,在垂直于单位面积的方向上,单位温度梯度下热量流过单位面积的时间速率。
  • 表观热导率:当除了通过材料的热传导之外还存在其他传热(和质量传递)方式时,根据本实践进行的测量结果应代表被测材料的表观或有效热导率。

原理上,将一块由导热金属制成的耐高温铸锭包裹在另一种厚度均匀、导热系数明显低于铸锭的材料(样品)中。当该组件的外表面暴露在高于铸锭温度的环境中时,热量会穿过外层,导致铸锭内部温度升高。铸锭的温升取决于传递到其表面的热量和速率(通量)、铸锭的质量以及比热容。了解了这些特性,铸锭的温升速率与进入其中的热通量成正比。因此,在这些条件下,铸锭就成为了一种通量测量装置。

根据测得的通量和外层(样品)的热梯度,可以计算出样品的表观热导率。当热源移除后,热流方向在自然冷却过程中发生逆转。同样,根据测得的通量和热梯度,可以计算出表观热导率。

上述理想模型基于热流垂直于样品并始终穿过样品。由于以下原因,可能会出现与理想情况的偏差:

  • 外层厚度不均匀
  • 外层不均匀(化学或微观结构)
  • 通过裂缝、空隙或其他机械产生的路径的干扰路径
  • 穿过电线、护套(热电偶)的寄生路径是实际布置中不可避免的部分。
  • 样品与块体表面分离(形成空隙)。

该方法的用户应注意,样品与锭材之间的接触电阻并非总是可以忽略不计,在某些情况下甚至可能很大,可能成为测量中最重要的不确定度来源。然而,对于低密度多孔材料,通常可以忽略样品与锭材之间的接触电阻。

该方法适用于许多可能的几何配置:

  • 管道保温应采用圆柱形钢锭,其端面应采用保温材料封堵。
  • 对于平板原料(绝缘板、散装材料),矩形锭被认为是最实用的,其中样品材料包括:
    • 电路板的两个主要面的边缘均有厚厚的绝缘材料。
    • 板子的一面很大,另一面和边缘都经过严格绝缘处理。

简而言之,ASTM E2584 概述了降低光伏 (PV) 电池板及相关系统火灾风险的最佳实践和方法。该标准在确保太阳能系统的安全部署和运行方面发挥着至关重要的作用,尤其是在住宅、商业和工业环境中。该标准的主要目的是为最大限度地降低光伏系统的火灾危险提供指导。随着太阳能技术在全球范围内的不断扩展,确保这些系统不构成火灾风险已成为一个关键的安全隐患。该标准:

  • 识别与光伏系统相关的潜在火灾隐患
  • 推荐设计、安装、检查和维护实践
  • 推广光伏板整个生命周期的防火策略

ASTM E2584 是一项应用标准,这意味着它提供的是指南,而不是具体的测试方法。该标准涵盖:

  • 识别可能易燃的组件和配置
  • 考虑电气故障、热点和绝缘退化
  • 光伏组件和支撑结构所用材料的防火行为
  • 降低风险的检查和维护要求

随着太阳能的普及,由于安装不当、组件故障或环境因素导致电气火灾的风险也日益增加。在这方面,ASTM E2584 支持:

  • 保险要求和风险管理策略
  • 遵守当地建筑规范和消防法规
  • 增强系统可靠性和用户安全性

该标准的关键要素包括:

  • 组件选择:强调选择防火材料和认证组件(例如符合 UL 1703 的模块)的重要性。
  • 系统设计和布局:推广限制火势蔓延、方便消防员进入以及隔离高压组件的布局。
  • 安装最佳实践:建议采用正确接地、安全接线和清晰的文档以防止电气故障。
  • 检查和维护:需要定期进行目视检查和热成像以检测热点或绝缘故障。
  • 应急响应整合:建议明确标签、关闭程序并与当地消防安全人员合作。

最终,该标准有助于确保太阳能装置不仅节能,而且安全。它显著降低了火灾风险,保护了财产、基础设施和生命安全。

多年来,我们通过广泛的测试、测量、分析和评估活动,为各行各业的企业提供支持。我们拥有一支强大的团队,密切关注全球科技发展,并不断提升自我。此外,我们还提供符合 ASTM E2584 标准(使用热容(Slug)量热仪测量材料热导率的测试服务)。

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