CN103115941A - 一种新型闭式导热系数测试装置 - Google Patents

Abstract

一种新型闭式导热系数测试装置，包括中心加热器、测试台、电源、压力表和截止阀，测试材料压制入测试台的测试槽道内，抽真空再充气，充入的气体被测试材料所吸附，中心加热器通过电源加热产生热量，热量通过所压制的测试材料，传入到测试台冷却圆筒的冷却水中，通过温度采集得到中心的加热温度以及冷却水温度，当中心加热温度和水温都恒定时，然后调节电源的加热功率，对同一测试材料在不同加热温度下进行测量和计算，取平均值得到吸附后的测试材料的导热系数，截止阀用于控制吸附气体过程中的流速，压力表用于观测抽真空时压力以及吸附过程中的压力。该装置结构简单、设计合理，能够准确的测试出固化材料吸附以后的有效导热系数。

Description

一种新型闭式导热系数测试装置

技术领域

本发明涉及一种材料导热系数的测试装置，更具体的说，涉及一种基于稳态法的闭式导热系数测试装置。

背景技术

作为一种绿色的制冷技术，吸附式制冷吻合了当前经济、能源以及环境协调发展的总趋势。固体吸附式制冷可采用余热驱动，不仅对电力的紧张供应可起到减缓作用，而且能有效利用大量的太阳能，工业余热等低品位热能。然而，吸附制冷系统中吸附床不良的传热传质性能一直是限制吸附式制冷实现产业化研究中所面临的主要问题。所以研究和测试吸附剂的导热性能一直是吸附制冷的关键，虽然现在有一些导热系数的测试装置。有的导热系数测试是通过与已知导热系数样品的对比，计算得到样品导热系数，这样的对比本身有一定误差，而且对于需要压制的吸附剂并不合适。有的测试装置虽然对于导体有较高的精度，但是对于多孔介质或者吸附剂的测量并不适用，而且现有技术中没有出现对吸附剂吸附以后导热系数进行有效测量的装置。

发明内容

本发明针对上述现有技术有存在的技术问题，提供一种新型闭式导热系数测试装置，克服了现有导热系数测试仪器对于多孔材料或者固化材料存在的不足，并且可以控制吸附压力，该装置结构简单，安全可靠。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种新型闭式导热系数测试装置，包括中心加热器、测试台、电源、压力表和截止阀，测试材料压制入测试台的测试槽道内，对测试槽道抽真空后再充气，充入的气体被压制的测试材料所吸附，中心加热器通过电源加热产生热量，热量通过所压制的测试材料，传入到测试台冷却圆筒的冷却水中，通过温度采集得到中心的加热温度以及冷却水温度，当中心加热温度和水温都恒定时，然后调节电源的加热功率，对同一测试材料在不同加热温度下进行测量和计算，取平均值得到吸附后的测试材料的导热系数，截止阀用于控制吸附气体过程中的流速，压力表用于观测抽真空时压力以及吸附过程中的压力。

所述吸附后的测试材料的导热系数是通过下列公式进行计算，并且取平均值得到：

$\mathrm{\λ}=\frac{Q}{2\mathrm{\πL\ΔT}/\ln (D_2/D_1)}$

式中λ为导热系数(W·m^-1·K^-1)；Q为热通量(W)；L为加热壁面的轴向有效高度(m)；T为温度(K)；D₁,D₂分别为吸附剂两侧圆筒壁外壁和内壁直径(m)。因此在测试台单元几何尺寸已知的情况下，只要在实验过程测定出加热量Q和吸附剂两侧温差△T，即可求得导热系数。

本发明可以在环境温度下对吸附后的材料的导热系数进行测试。并且可以控制吸附压力，该装置结构简单，安全可靠。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明测试台内部结构图。

具体实施方式

下面对本发明的实例做详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下属的实施例。

如图1所示，本发明所提供的新型闭式导热系数测试装置，包括：测试台1、冷却水进口接头2、稳压电源3、水管管路4、水箱5、磁力泵6、压力表7、截止阀8、热电偶9-11、中心加热器12，其中，磁力泵6用于提供冷却水循环的动力，确保冷却水能够流入测试台进行冷却；中心加热器12提供中心加热热源。截止阀8控制吸附气体过程中的流速，压力表7是观测抽真空时压力以及吸附过程中的压力,热电偶9-11用于温度的测量，以维持测试的正常。

如图2所示的测试台内部结构图，测试台主体为圆柱形，包括：下底板24、冷却水出口连接管23、下隔热板25、内侧加热圆筒26、中间冷却圆筒27、外侧冷却圆筒28、冷却水进口连接管13、法兰14、上隔热板15、内侧加热圆筒盖板16、制冷剂进出口管17、连接螺母18、压力测试管19、内热圆筒隔热板20、法兰盖21，螺栓螺母组件22。

中心加热器12用一定电阻值的电加热丝，置于圆柱形的测试台主体内，并浸没于水中，形成固定的中心加热器。

测试槽道29是在圆柱形的测试台主体中心的圆环形凹槽，测试材料压入该凹槽中，压制测试材料的凹槽和环境之间有着水路冷却。

测试材料压制入测试台的测试槽道29内，对测试槽道抽真空后再充气，充入的气体被压制的测试材料所吸附，中心加热器12通过电源3加热产生热量，热量通过所压制的测试材料，传入到测试台冷却圆筒的冷却水中，通过温度采集得到中心的加热温度以及冷却水温度，当中心加热温度和水温都恒定时，然后调节电源的加热功率，对同一测试材料在不同加热温度下进行测量和计算，取平均值得到吸附后的测试材料的导热系数。

吸附后的测试材料的导热系数是通过下列公式进行计算得到：

$\mathrm{\λ}=\frac{Q}{2\mathrm{\πL\ΔT}/\ln (D_2/D_1)}$

式中λ为导热系数(W·m^-1·K^-1)；Q为热通量(W)；L为加热壁面的轴向有效高度(m)；T为温度(K)；D₁,D₂分别为吸附剂两侧圆筒壁外壁和内壁直径(m)。因此在测试台单元几何尺寸已知的情况下，只要在实验过程测定出加热量Q和吸附剂两侧温差△T，即可求得导热系数。

本发明为基于稳态法导热系数测试装置，能完成对符合以下要求的材料进行测试：

1)测试材料性质：对于本实验测量的材料，一般为吸附材料或是比较疏松的介质，也可以使粉末，需要测试不同密度下材料的有效导热系数时，对不同的材料进行压制，对吸附以后的材料比如金属氯化物和氨，硅胶和水，进行测量。

2)导热系数测试范围：由于受到中心加热器电阻的影响，所以中心加热器的温度不会很高，这样测试导热系数的样品的导热系数不能很高，一般在10W/（m.k）以下。

3)导热系数性质：对于此导热系数测试装置，由于是利用压制方法，将材料压制入测试槽道，虽然样品与中心加热器以及冷却器之间接触非常紧密，但是仍然会有接触热阻，所以本测试装置，测试材料的有效导热系数。

4)导热系数测试环境：由于整个导热系数台没有一个控制环境，所以如果没有外加控温箱体的情况下，本导热系数台，只能测试在环境温度下的导热系数，不能测试变温情况下的导热系数。

5)测试过程：由于采用稳态法测定导热系数，所以测试的时间较长，不适用于需要中间对其进行改动或是产生化学变化比如吸附水和其他介质的情况。

Claims (7)

1.一种新型闭式导热系数测试装置，其特征在于，包括中心加热器、测试台、电源、压力表和截止阀，测试材料压制入测试台的测试槽道内，对测试槽道抽真空后再充气，充入的气体被压制的测试材料所吸附，中心加热器通过电源加热产生热量，热量通过所压制的测试材料，传入到测试台冷却圆筒的冷却水中，通过温度采集得到中心加热器温度以及冷却水温度，当中心加热器温度和水温都恒定时，调节电源的加热功率，对同一测试材料的导热系数在不同加热温度下进行测量和计算，取平均值即可得到吸附后的测试材料的导热系数，截止阀用于控制吸附气体过程中的流速，压力表用于观测抽真空时的压力以及吸附过程中的压力。

2.根据权利要求1所述的新型闭式导热系数测试装置，其特征在于，所述测试材料导热系数的计算方法是通过公式 $\mathrm{\λ}=\frac{Q}{2\mathrm{\πL\ΔT}/\ln (D_2/D_1)},$ 式中λ为导热系数，Q为热通量，L为加热壁面的轴向有效高度，T为温度，D₁,D₂分别为测试材料两侧冷却圆筒外壁和内壁直径。

3.根据权利要求1所述的新型闭式导热系数测试装置，其特征在于，所述测试台主体为圆柱形。

4.根据权利要求2所述的新型闭式导热系数测试装置，其特征在于，所述中心加热器采用一定电阻值的电加热丝，置于圆柱形的测试台主体内，并浸没于水中，形成固定的中心加热器。

5.根据权利要求3所述的新型闭式导热系数测试装置，其特征在于，所述测试槽道是在圆柱形的测试台主体中心的圆环形凹槽，所述测试材料压入所述凹槽中。

6.根据权利要求4所述的新型闭式导热系数测试装置，其特征在于，所述压制测试材料的凹槽和环境之间有着水路冷却。

7.根据权利要求1所述的新型闭式导热系数测试装置，其特征在于，所述温度是通过热电偶进行测量的。

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