CN110455860A - 一种基于空心圆球构型装置的热导率测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于空心圆球构型装置的热导率测量方法，涉及结构导热分析技术领域。步骤1：将空心球壳内热源放置于空心球壳待测结构的内腔中，且将空心球壳内热源的电加热丝的引出线从空心球壳待测结构的出线槽引出；步骤2：打开直流稳压电源，为空心球壳内热源提供加热功率P；步骤3：通过空心球壳内热源持续对空心球壳待测结构进行加热，并通过测温装置测量出空心球壳待测结构的内表面的温度T1和外表面的温度T2；步骤4：利用傅里叶导热定律计算被测材料热导率。

Description

一种基于空心圆球构型装置的热导率测量方法
技术领域
本发明专利涉及结构导热分析领域，具体用于测量材料热导率，更具体的说是涉及一种基于空心圆球构型装置的热导率测量方法。
背景技术
热导率是材料重要的热物理参数，表征材料导热能力的大小。本发明针对结构导热现象，设计了一种空心圆球构型的热导率测量装置，该装置可以定量表征热传导热量和内外表面温度，基于傅里叶导热定律测量材料热导率。目前公开文献中已有竖直平板型、空心圆管构型装置测量热导率的方法，均存在端面绝热问题，导致热导率测量不准确。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，包括端口绝热问题、表面温度测量技术和特殊材料结构加工特性等，设计了一种基于空心圆球构型装置的热导率测量方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于空心圆球构型装置的热导率测量方法，包括测量装置和被测材料，所述被测材料由两个空心半球状壳体构成，所述两个空心半球状壳体相互扣合构成空心球壳待测结构，且在两个空心半球状壳体的扣合面上开设有出线槽；
所述测量装置包括空心球壳内热源、直流稳压电源和测温装置，空心球壳内热源表面设有出线孔，在空心球壳内热源内表面开设有布线槽，布线槽内布设有电加热丝，电加热丝的两端从空心球壳内热源的出线孔引出，且分别与直流稳压电源的正极接线端、负极接线端相连；所述空心球壳内热源的外径尺寸不大于空心球壳待测结构的内径尺寸，且空心球壳内热源的出线孔与空心球壳待测结构的出线槽相对；通过测温装置测量出空心球壳待测结构的内表面温度和外表面温度，包括以下步骤：
步骤1：将空心球壳内热源放置于空心球壳待测结构的内腔中，且将空心球壳内热源的电加热丝的引出线从空心球壳待测结构的出线槽引出；
步骤2：打开直流稳压电源，为空心球壳内热源提供加热功率P；
步骤3：通过空心球壳内热源持续对空心球壳待测结构进行加热，并通过测温装置测量出空心球壳待测结构的内表面的温度T1和外表面的温度T2；
步骤4：根据导热方程，热导率λ计算公式为：
式(1)中：P为通过被测材料导出的热功率，单位：W；A表示垂直于热流方向，被测材料平均半径位置的截面积，单位：m2；T1和T2分别为测温装置测量出空心球壳待测结构的内表面和外表面温度，单位：℃；R1和R2分别为空心球壳待测结构的内表面和外表面半径，单位：m；
其中，通过空心球壳待测结构表面的热功率P的计算公式为：P＝I2·Reff，I为直流稳压电源提供的电流大小，单位：A，Reff代表电加热丝的加热电阻，单位：Ω。
进一步的，所述空心球壳内热源由两个空心半球组件扣合而成。
进一步的，所述空心球壳内热源由铜制成。
进一步的，所述布线槽呈螺旋形设置于空心球壳内热源内表面，或所述空心球壳内热源内表面设有一个连通槽及多个圆环形布线槽，各布线槽通过连通槽连通。
进一步的，所述空心球壳待测结构包覆于空心球壳内热源表面，且空心球壳待测结构内表面涂覆有导热硅脂。
进一步的，所述测温装置包括用于测量空心球壳待测结构的内表面温度的内热电偶和测量空心球壳待测结构的外表面温度的外热电偶。
进一步的，所述内热电偶为0.5mm线径的微细热电偶。
进一步的，所述外热电偶为铜箔基底热电偶。
进一步的，所述内热电偶和外热电偶的数量各有8个且均布设置。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：
本发明是一种用于不仅限于的热导率的测量方法，它解决了竖直平板和空心圆管装置端面的绝热问题，且充分考虑了材料的机械加工成型特点，该装置结构简单，灵活小巧，置于不同温度环境中，可以便利地测量不同温度下材料的热导率。多数据点拟合得到的热导率数据更加准确。
为保证被测材料空心球壳待测结构的内表面和加热铜球外表面热量均匀传输，在二者接触面涂覆导热硅脂。导热硅脂的热导率大于1.2W/(m·℃)，而且物理性状不受温度影响，可以很好满足实验中球壳内表面均匀加热的需要。
附图说明
图1是本发明的一种基于空心圆球构型装置的热导率测量方法的测量装置和被测材料连接的结构示意图。
附图标记：1-空心球壳待测结构，2-空心球壳内热源，3-直流稳压电源，4-测温装置，5-电加热丝，6-导热硅脂，11-出线槽，21-出线孔，22-布线槽，23-连通槽，41-内热电偶，42-外热电偶。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示，一种基于空心圆球构型装置的热导率测量方法，包括测量装置和被测材料，所述被测材料由两个空心半球状壳体构成，所述两个空心半球状壳体相互扣合构成空心球壳待测结构1，且在两个空心半球状壳体的扣合面上开设有出线槽11；
所述测量装置包括空心球壳内热源2、直流稳压电源3和测温装置4，空心球壳内热源2表面设有出线孔21，在空心球壳内热源2内表面开设有布线槽22，布线槽22内布设有电加热丝5，电加热丝5的两端从空心球壳内热源2的出线孔21引出，且分别与直流稳压电源3的正极接线端、负极接线端相连；已知电加热丝5有效加热电阻情况下，通过调整电流I的大小，可以输出不同大小的加热功率P；
所述空心球壳内热源2的外径尺寸不大于空心球壳待测结构1的内径尺寸，且空心球壳内热源2的出线孔21与空心球壳待测结构1的出线槽11相对；通过测温装置4测量出空心球壳待测结构1的内表面温度和外表面温度，包括以下步骤：
步骤1：将空心球壳内热源2放置于空心球壳待测结构1的内腔中，且将空心球壳内热源2的电加热丝5的引出线从空心球壳待测结构1的出线槽11引出；
步骤2：打开直流稳压电源3，为空心球壳内热源2提供加热功率P；
步骤3：通过空心球壳内热源2持续对空心球壳待测结构1进行加热，并通过测温装置4测量出空心球壳待测结构1的内表面的温度T1和外表面的温度T2；
步骤4：根据导热方程，热导率λ计算公式为：
式(1)中：P为通过被测材料导出的热功率，单位：W；A表示垂直于热流方向，被测材料平均半径位置的截面积，单位：m2；T1和T2分别为测温装置4测量出空心球壳待测结构1的内表面和外表面温度，单位：℃；R1和R2分别为空心球壳待测结构1的内表面和外表面半径，单位：m；
其中，通过空心球壳待测结构1表面的热功率P的计算公式为：，I为直流稳压电源3提供的电流大小，单位：A，Reff代表电加热丝5的加热电阻，单位：Ω。
研究中通过测量被测材料的内外表面温度，以及通过被测材料的热功率，得到不同加热功率P对应的内外表面温差(T2-T1)，依据公式(1)可以看出两者具有明显的线性关系，通过对多点数据进行线性拟合出斜率，进一步获得热导率。
在本实施例中，所述空心球壳内热源2由两个空心半球组件扣合而成。
具体的，所述空心球壳内热源2由铜制成。
在本实施例中，所述布线槽22呈螺旋形设置于空心球壳内热源2内表面，或所述空心球壳内热源2内表面设有一个连通槽23及多个圆环形布线槽22，各布线槽22通过连通槽23连通。
在本实施例中，所述空心球壳待测结构1包覆于空心球壳内热源2表面，且空心球壳待测结构1内表面涂覆有导热硅脂6。导热硅脂6能保证热量完全导出的同时密封内热电偶41，保证内表面温度测量的准确性。导热硅脂6的热导率大于1.2W/(m·℃)，而且物理性状不受温度影响，可以很好满足实验中空心球壳待测结构1内表面均匀加热的需要。
在本实施例中，所述测温装置4包括用于测量空心球壳待测结构1的内表面温度的内热电偶41和测量空心球壳待测结构1的外表面温度的外热电偶42。
在本实施例中，所述内热电偶41为0.5mm线径的微细热电偶。由于装配后被测材料形成的空心球壳待测结构1与空心球壳内热源2之间空间狭小，故采用线径0.5mm的微细热电偶获取被测材料空心球壳待测结构1的内表面温度。
在本实施例中，所述外热电偶42为铜箔基底热电偶。采用铜箔基底热电偶进行被测材料空心球壳待测结构1的外表面温度测量，铜箔基底改善热电偶与结构表面接触，同时又能充分快速的将热量传递给热电偶，可以准确测量空心球壳待测结构1的外表面温度。
具体的，所述内热电偶41和外热电偶42的数量各有8个且均布设置，也可以根据实际情况进行增加或者减少。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于空心圆球构型装置的热导率测量方法，包括测量装置和被测材料，所述被测材料由两个空心半球状壳体构成，所述两个空心半球状壳体相互扣合构成空心球壳待测结构(1)，且在两个空心半球状壳体的扣合面上开设有出线槽(11)；
所述测量装置包括空心球壳内热源(2)、直流稳压电源(3)和测温装置(4)，空心球壳内热源(2)表面设有出线孔(21)，在空心球壳内热源(2)内表面开设有布线槽(22)，布线槽(22)内布设有电加热丝(5)，电加热丝(5)的两端从空心球壳内热源(2)的出线孔(21)引出，且分别与直流稳压电源(3)的正极接线端、负极接线端相连；所述空心球壳内热源(2)的外径尺寸不大于空心球壳待测结构(1)的内径尺寸，且空心球壳内热源(2)的出线孔(21)与空心球壳待测结构(1)的出线槽(11)相对；其特征在于：通过测温装置(4)测量出空心球壳待测结构(1)的内表面温度和外表面温度，包括以下步骤：
步骤1：将空心球壳内热源(2)放置于空心球壳待测结构(1)的内腔中，且将空心球壳内热源(2)的电加热丝(5)的引出线从空心球壳待测结构(1)的出线槽(11)引出；
步骤2：打开直流稳压电源(3)，为空心球壳内热源(2)提供加热功率P；
步骤3：通过空心球壳内热源(2)持续对空心球壳待测结构(1)进行加热，并通过测温装置(4)测量出空心球壳待测结构(1)的内表面的温度T1和外表面的温度T2；
步骤4：根据导热方程，热导率λ计算公式为：
式(1)中：P为通过被测材料导出的热功率，单位：W；A表示垂直于热流方向，被测材料平均半径位置的截面积，单位：m2；T1和T2分别为测温装置(4)测量出空心球壳待测结构(1)的内表面和外表面温度，单位：℃；R1和R2分别为空心球壳待测结构(1)的内表面和外表面半径，单位：m；
其中，通过空心球壳待测结构(1)表面的热功率P的计算公式为：，I为直流稳压电源(3)提供的电流大小，单位：A，Reff代表电加热丝(5)的加热电阻，单位：Ω。
2.根据权利要求1所述的一种基于空心圆球构型装置的热导率测量方法，其特征在于：所述空心球壳内热源(2)由两个空心半球组件扣合而成。
3.根据权利要求1所述的一种基于空心圆球构型装置的热导率测量方法，其特征在于：所述空心球壳内热源(2)由铜制成。
4.根据权利要求1所述的一种基于空心圆球构型装置的热导率测量方法，其特征在于：所述布线槽(22)呈螺旋形设置于空心球壳内热源(2)内表面，或所述空心球壳内热源(2)内表面设有一个连通槽(23)及多个圆环形布线槽(22)，各布线槽(22)通过连通槽(23)连通。
5.根据权利要求1所述的一种基于空心圆球构型装置的热导率测量方法，其特征在于：所述空心球壳待测结构(1)包覆于空心球壳内热源(2)表面，且空心球壳待测结构(1)内表面涂覆有导热硅脂(6)。
6.根据权利要求1所述的一种基于空心圆球构型装置的热导率测量方法，其特征在于：所述测温装置(4)包括用于测量空心球壳待测结构(1)的内表面温度的内热电偶(41)和测量空心球壳待测结构(1)的外表面温度的外热电偶(42)。
7.根据权利要求6所述的一种基于空心圆球构型装置的热导率测量方法，其特征在于：所述内热电偶(41)为0.5mm线径的微细热电偶。
8.根据权利要求6所述的一种基于空心圆球构型装置的热导率测量方法，其特征在于：所述外热电偶(42)为铜箔基底热电偶。
9.根据权利要求6所述的一种基于空心圆球构型装置的热导率测量方法，其特征在于：所述内热电偶(41)和外热电偶(42)的数量各有8个且均布设置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109916952A (zh) * 2019-04-12 2019-06-21 中国工程物理研究院化工材料研究所 空心圆球构型的表面对流换热系数测量系统及测量方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201788161U (zh) * 2010-02-02 2011-04-06 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司 基于点热源法的土壤热阻系数测量探头
ES2391513A1 (es) * 2011-04-29 2012-11-27 Universidad Politecnica De Madrid Termopar activo para medida del coeficiente de conveccion.
CN106525899A (zh) * 2016-12-27 2017-03-22 中国科学院理化技术研究所 一种基于稳态法测量粉末导热系数的装置
CN207148022U (zh) * 2017-09-08 2018-03-27 西安科技大学 一种煤体导热系数测量装置
US20180120476A1 (en) * 2016-03-08 2018-05-03 South China Sea Institute Of Oceanology, Chinese Academy Of Sciences System and method for determining the adiabatic stress derivative of the temperature for rocks under water
CN109916952A (zh) * 2019-04-12 2019-06-21 中国工程物理研究院化工材料研究所 空心圆球构型的表面对流换热系数测量系统及测量方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201788161U (zh) * 2010-02-02 2011-04-06 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司 基于点热源法的土壤热阻系数测量探头
ES2391513A1 (es) * 2011-04-29 2012-11-27 Universidad Politecnica De Madrid Termopar activo para medida del coeficiente de conveccion.
US20180120476A1 (en) * 2016-03-08 2018-05-03 South China Sea Institute Of Oceanology, Chinese Academy Of Sciences System and method for determining the adiabatic stress derivative of the temperature for rocks under water
CN106525899A (zh) * 2016-12-27 2017-03-22 中国科学院理化技术研究所 一种基于稳态法测量粉末导热系数的装置
CN207148022U (zh) * 2017-09-08 2018-03-27 西安科技大学 一种煤体导热系数测量装置
CN109916952A (zh) * 2019-04-12 2019-06-21 中国工程物理研究院化工材料研究所 空心圆球构型的表面对流换热系数测量系统及测量方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109916952A (zh) * 2019-04-12 2019-06-21 中国工程物理研究院化工材料研究所 空心圆球构型的表面对流换热系数测量系统及测量方法
CN109916952B (zh) * 2019-04-12 2024-01-19 中国工程物理研究院化工材料研究所 空心圆球构型的表面对流换热系数测量系统及测量方法

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