GB/T 11048—1989與GB/T 11048—2008兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中的熱阻測(cè)試方法研究

陳寧++++陳鳳梅++++周立明

摘要：本文分析了GB/T 11048—1989方法A——平板式恒定溫差散熱法與GB/T 11048—2008 B型儀器——靜態(tài)平板法的數(shù)據(jù)差異，推導(dǎo)平板式恒定溫差散熱法的傳熱系數(shù)，得到熱阻計(jì)算公式，并與靜態(tài)平板法中的熱阻Rct 進(jìn)行了比較，明確了兩者測(cè)試原理的一致性，表明當(dāng)熱板的溫度設(shè)置為35℃，執(zhí)行GB/T 11048—1989 標(biāo)準(zhǔn)的儀器同樣可以得到試樣的熱阻值，熱板的溫度設(shè)置為36℃，與35℃所測(cè)試到的結(jié)果無(wú)明顯的變化。

關(guān)鍵詞：熱阻；GB/T 11048—1989方法A；GB/T 11048—2008 B型儀器

1 引言

GB/T 11048—1989 《紡織品 保溫性能的測(cè)定》[1]規(guī)定了紡織品保溫性能的兩種試驗(yàn)方法，其中，方法A——平板式恒定溫差散熱法適用于測(cè)定各種織物的保溫性能，報(bào)告保溫率、傳熱系數(shù)和克羅值。GB/T 11048—2008 《紡織品 生理舒適性穩(wěn)態(tài)條件下熱阻和濕阻的測(cè)定》[2]用于代替 GB/T 11048—1989 ，規(guī)定了A、B兩種類(lèi)型的測(cè)試儀器，取消了保溫率的指標(biāo)，其中B型儀器——靜態(tài)平板法僅能測(cè)定織物的熱阻。保溫率和熱阻是表征織物防寒保暖性能的兩個(gè)指標(biāo)，而ISO11092：1993[3]、ASTM F 1868—2009[4]等外國(guó)標(biāo)準(zhǔn)采用熱阻值衡量織物的保暖性，而執(zhí)行GB/T 11048—1989方法A的平板式織物保溫儀沒(méi)有直接給出試樣的熱阻值，很難滿(mǎn)足當(dāng)前紡織品檢驗(yàn)市場(chǎng)的要求。

本文通過(guò)分析GB/T 11048的1989年版本方法A——平板式恒定溫差散熱法與2008年版本的B型儀器——靜態(tài)平板法的差異，利用1989年版本方法A中的指標(biāo)傳熱系數(shù)推導(dǎo)出試樣的熱阻計(jì)算公式，并與靜態(tài)平板法中的熱阻Rct進(jìn)行比較，明確兩者測(cè)試原理的一致性，說(shuō)明GB/T 11048—1989方法A的平板式織物保溫儀可得到試樣的熱阻值。

2 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法差異分析

GB/T 11048的1989年版本方法A與2008年版本的B型儀器的測(cè)試差異具體如表1所示。其中2008年版本條款7.3.1明確規(guī)定了B型儀器中試樣上方的空氣流速<0.1m/s，即接近靜態(tài)空氣試驗(yàn)條件，兩者的主要差異在于試驗(yàn)板的溫度和報(bào)告指標(biāo)， 1989年版本方法A試驗(yàn)板的溫度為36℃，報(bào)告試樣的保溫率Q、傳熱系數(shù)U2、克羅值clo，而2008年版本的B型儀器為35℃，報(bào)告熱阻值Rct、如果需要可報(bào)告熱導(dǎo)率k、克羅值clo。按照標(biāo)準(zhǔn)的要求，1989年版本方法A不報(bào)告試樣的熱阻值。

3 熱阻公式分析

在1989年版本方法A標(biāo)準(zhǔn)條款8.1.3.1， 保溫率公式為

（1）

其中，Q——保溫率，%；

Q1——無(wú)試樣散熱量，W/℃；

Q2——有試樣散熱量，W/℃。

Q1和Q2分別由公式（2）和公式（3）計(jì)算得到：

（2）

（3）

其中，N——試驗(yàn)板電熱功率，W；

t1、t'1——無(wú)試樣、有試樣累計(jì)加熱時(shí)間，s；

t2、t'2——無(wú)試樣、有試樣試驗(yàn)總時(shí)間，s；

Tp——試驗(yàn)板平均溫度，℃；

Ta、T'a——無(wú)試樣、有試樣罩內(nèi)空氣平均溫度，℃。

1989年版本條款8.1.3.2試樣的傳熱系數(shù)為

（4）

其中，U2 ——試樣傳熱系數(shù)，W/m2·℃；

Ubp——無(wú)試樣時(shí)試驗(yàn)板傳熱系數(shù)，W/m2·℃；

U1——無(wú)試樣時(shí)試驗(yàn)板傳熱系數(shù)，W/m2·℃。

（5）

（6）

A——試驗(yàn)板面積，m2；

P、P'——無(wú)試樣、有試樣熱量損失，W。

（7）

（8）

于是得到

（9）

（10）

所以有

（11）

根據(jù)傳熱系數(shù)與熱阻互為倒數(shù)關(guān)系，于是得到試樣的熱阻

（12）

在2008年版本的B型儀器中，試樣熱阻為

（13）

其中，Tm——試驗(yàn)板的溫度，℃；

Ta、T'a——無(wú)試樣、有試樣氣候室中的溫度，℃；

H、H'——無(wú)試樣、有試樣提供給測(cè)試面板的加熱功率，W；

ΔHc ——熱阻Rct測(cè)定中加熱功率的修正量。

公式（12）和公式（13）的差異在于試驗(yàn)板的熱功率，有試樣時(shí) 與H'-ΔHc ，及無(wú)試樣時(shí) 與H -ΔHc。其中， 指的是有試樣時(shí)試驗(yàn)總時(shí)間內(nèi)的平均加熱功率。根據(jù)1989年的版本條款4.1“通過(guò)通斷電的方式保持恒溫”，可知平板式恒定溫差散熱法應(yīng)用的儀器的加熱過(guò)程是間歇式的。而2008年版本的B型儀器中的H'為“有試樣時(shí)提供給測(cè)試面板的加熱功率”，靜態(tài)平板法中儀器的加熱過(guò)程可能是間歇式的，也可能是連續(xù)的。在試驗(yàn)總時(shí)間內(nèi)，間歇式加熱過(guò)程的平均加熱功率，與連續(xù)式加熱過(guò)程的加熱功率是等效的。因此，在不考慮加熱功率的修正量ΔHc 情況下， 與H'本質(zhì)是一樣的。1989年版本的平板式織物保溫儀同樣可以計(jì)算試樣的熱阻，且與2008年版本的B型儀器的結(jié)果相同。在實(shí)際應(yīng)用中，將試驗(yàn)板、保護(hù)板、底板的恒溫溫度設(shè)置為35℃，根據(jù)公式（12）就可以計(jì)算得到試樣的熱阻值。

4 熱阻試樣兩端溫度差的分析

采用1989年版本的方法A，試驗(yàn)板、保護(hù)板、底板的恒溫溫度均設(shè)置為36℃、35℃，這兩種情況下10種不同面料熱阻值測(cè)試，熱阻值的差異如圖1所示。由圖1可知，隨試驗(yàn)板的36℃設(shè)定為35℃時(shí)，10種樣品中大部分熱阻值略微降低，但二者無(wú)顯著的差異，說(shuō)明試驗(yàn)板與試樣上方的溫差在小范圍變動(dòng)時(shí)，所測(cè)試的熱阻值無(wú)明顯的波動(dòng)。

圖1 熱阻值與溫度差關(guān)系

5 結(jié)論

本文通過(guò)分析GB/T 11048的1989年版本方法A與2008年版本的B型儀器的測(cè)試要素，由1989年版本方法A的傳熱系數(shù)推導(dǎo)出熱阻公式，并與2008年版本的熱阻公式比較，明確了兩者在測(cè)試本質(zhì)上的一致性。在滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測(cè)試參數(shù)和儀器誤差技術(shù)要求的基礎(chǔ)上，1989年版本方法A平板式織物保溫儀可與2008年版本的B型儀器兼容。同時(shí)，試驗(yàn)表明，即使熱板在小范圍內(nèi)變動(dòng)，所測(cè)試的熱阻值無(wú)明顯的大波動(dòng)。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB/T 11048—1989 紡織品保溫性能的測(cè)定[S].

[2] GB/T 11048—2008 紡織品 生理舒適性 穩(wěn)態(tài)條件下熱阻和濕阻的測(cè)定[S].

[3] ISO11092：1993紡織品 生理舒適性 穩(wěn)態(tài)條件下熱阻和濕阻的測(cè)定（蒸發(fā)熱板法）[S].

[4] ASTM F 1868—2009 服裝材料的熱阻和濕阻測(cè)定（蒸發(fā)熱板法）[S].

（作者單位：上海市質(zhì)檢院纖維檢驗(yàn)所）endprint