CN110672658B - 一种适用于大温差、变压力条件的块体多孔材料隔热性能测试实验系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于大温差、变压力条件的块体多孔材料隔热性能测试实验系统及测试方法，属于材料性能测试装置技术领域。该实验系统包括恒温环境、实验台主体、数据采集单元、冷却装置、加热装置和变气氛压力/种类装置。由于多孔隔热材料骨架和气体热响应差异较大，采用非稳态法测量热导率误差较大；且部分隔热材料服役环境复杂，仅通过热导率一个指标无法全面的表征材料隔热性能；现有的背温测试冷面环境不可控。因此，本实验系统控制材料冷面温度恒定，完整地测试材料热面温度从初始稳态、经热扰动后的非稳态过程、达到最终稳态全过程的响应特性，进而研究其隔热性能。本发明的实验台主体是“三明治”式对称结构，可保证理想的加热条件；并且，该实验系统可实现大温差/高温、非稳态过程和瞬压变、近真空、变气氛种类/压力等复杂条件下材料隔热性能测试。

Description

一种适用于大温差、变压力条件的块体多孔材料隔热性能测 试实验系统及测试方法

技术领域

本发明属于材料性能测试装置技术领域，涉及一种适用于大温差、变压力条件的块体多孔材料隔热性能测试实验系统及测试方法。

背景技术

根据导热的宏观机理和传热学基本概念，测量材料热导率的实验方法可分为非稳态法(瞬态法)和稳态法。非稳态法是指基于非稳态导热模型，通过测量材料某处的温度随时间响应特性曲线间接测量热导率(热扩散率)的方法。非稳态法测量原理复杂，但测试时间短。稳态法是指基于傅里叶定律，将待测材料置于恒温环境的一维温度场内，当过程达到稳态时，测定通过材料的热流量大小、温差和材料的几何尺寸，计算得到材料的热导率。稳态法测试原理简单，但测试时间较长。

隔热材料一般为多孔材料，主要是利用空气等气体热导率低这一特性来设计。当采用稳态法测量隔热材料的热导率时，需要材料的样品尺寸要足够大以保证尽可能接近一维导热、测试时间要足够长以保证最终稳态稳定。采用非稳态法测量隔热材料的热导率时，由于多孔材料骨架和气体的热响应特性差异很大，所以误差比较大。气凝胶是一种典型的(超级)隔热材料。由于其热导率很低且服役环境为大温差(～1000K)、非稳态和变压力条件，仅用热导率这一个指标不能全面表征其隔热性能。针对这样的需求，背温测试(即冷面温度相应特性测试)是一种常见的手段。目前航空航天行业对材料隔热性能评价的背温测试系统，通过对材料背面温度响应研究其隔热性能，但是材料背面所处环境无法控制(裸露在空气、接触不同材质材料等)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于大温差、变压力条件的块体多孔材料隔热性能测试实验系统及测试方法，该实验系统能够为待测材料提供瞬压变、近真空、变气氛压力/种类等条件，因而能够测量待测材料在大温差(～1000K)/高温、非稳态过程中，一维传热区域的热面温度响应特性以及计算最终稳态时的热导率(热扩散率)。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开的一种适用于大温差、变压力条件的块体多孔材料隔热性能测试实验系统，包括实验主体结构、变气氛压力/种类装置、加热装置、冷却装置及数据采集单元；

所述待测材料，不局限于块体多孔材料，如其他满足要求的固体材料也可对其隔热性能进行测试研究；

所述实验主体结构包括电加热薄膜，电加热薄膜两侧结构对称，依次设置待测材料、紫铜板和冷却水槽；

所述变气氛压力/种类装置，包括真空泵、第一密闭腔体、第二密闭腔体、空压机和恒温恒湿箱；真空泵通过管路与第一密闭腔体相连，且在该管路上设有电磁阀，第一密闭腔体与第二密闭腔体通过管路相连，且在二者相连的管路上设有瞬变气动阀，瞬变气动阀与空压机相连；第二密闭腔体设置于恒温恒湿箱内；

所述数据采集单元包括计算机、数据采集装置、若干真空计及若干热电偶；真空计布置在密闭腔体上，用于实时监测密闭腔体中的真空度；热电偶分布在待测材料中心的一维传热区域，用于测量待测材料的温度变化；热电偶与数据采集装置相连；真空计通过导线与计算机相连；

其中，实验主体结构置于第二密闭腔体内，且分别通过导线、水管等与加热装置、冷却装置和数据采集装置相连；加热装置和数据采集装置的端口分别连接至计算机。

优选地，在第一密闭腔体上设有可调微漏阀，用于调节第一密闭腔体的真空度。

优选地，在第一密闭腔体上设有第一真空计，在第二密闭腔体上、下两端分别设有第二真空计和第三真空计。

优选地，所述电加热薄膜的厚度为0.01～0.05mm。

优选地，热电偶对称布置在上、下待测材料的冷热端面的几何中心上(一维传热区域)。

优选地，所述的冷却装置为恒温循环冷却器，用于为冷却水槽提供恒温水，保证待测材料的冷壁面温度在整个实验过程中保持恒定，满足第一类边界条件；冷却水槽内部流道设计为“S”型通道。

优选地，所述的加热装置能够为电加热薄膜提供恒定功率热源，保证待测材料的热壁面热流均匀，满足第二类边界条件。可根据不同的项目要求，提供直流/恒功率/电压/电流/输出可编程的输出功率，模拟不同的气动加热条件。

优选地，实验时，该实验系统处于恒温环境中，为待测材料提供恒温的初始条件，整个实验过程中环境温度恒定不变。

本发明还公开了采用上述的适用于大温差、变压力条件的块体多孔材料隔热性能测试实验系统进行隔热性能测试的方法，包括以下步骤：

1)根据待测材料的测试需求，确定加热条件、初始温度、冷壁面温度以及需要调整的环境气氛压强/种类测试条件，调整仪器设备参数；

2)启动计算机，启用数据采集软件开始记录实验数据，启动变气氛压力/种类装置，根据初始测试条件需求，打开冷却装置并设定初始温度值，直至待测材料的温度与初始温度值一致，并达到稳定；

3)将加热装置的功率调整至测试所需值，开始加热并记录数据，等待直至待测材料热面温度再次达到稳定；

4)调整变气氛压力/种类装置以满足不同实验测试条件需求，保持其他仪器参数条件不变，继续测试，直至待测材料热面温度再次达到稳定；其中，变气氛压力/种类装置可提供近真空(<10Pa)、瞬压变、变气氛压力/种类(CO₂，N₂等)等条件；

5)实验结束，保存实验全过程的实验数据(温度、压强、功率等)，关闭实验系统，根据记录的实验数据，结合理论研究所测材料的隔热性能。

优选地，在测试时：

实验初始时，当待测材料和环境温度长时间保持一致时，即为初始时刻稳态；

为待测材料热面提供热扰动，但不改变环境温度、冷面温度和压强条件，等待测材料热面温度不再升高达到恒定时，待测材料达到稳态；热扰动至稳态时为非稳态传热过程；

使待测材料所处环境压强值瞬间变为另一设定值并保持不变，在压力变化时，待测材料热面温度会发生改变，等待测材料热面温度趋于另一定值，待测材料达到最终稳态。

本发明的实验台主体的几何中心能提供一维传热区域、热量沿轴向对称传递以及热面高温的条件；实验系统测试材料在大温差(～1000K)/高温、非稳态和复杂环境下(瞬压变、近真空、变气氛种类/压力)的隔热性能，完整地测试材料从初始时刻的稳态、经热扰动后的非稳态过程(非正规状况至正规状况)、达到最终的稳态的温度响应特性全过程；可结合理论进一步剥离辐射相贡献。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开的实验测试系统能够测试材料在大温差、非稳态、压力条件可变等复杂环境下隔热性能，该实验系统包括待测材料、恒温环境、实验台主体、数据采集单元、冷却装置、加热装置和变气氛压力/种类装置。实验台主体是“三明治”式对称结构，其几何中心是一维稳态传热区域，热量沿轴向方向传递各一半，可在较小的功率下提供高温条件。本发明的测试系统能够完整地测试隔热材料从初始稳态、经热扰动后的非稳态过程、达到最终稳态的温度响应特性全过程。通过控制材料冷面温度恒定，测试材料热面温度响应特性研究其隔热性能，可对不同隔热材料在非稳态过程的传热特性进行研究；其中，材料所处压强环境可变(瞬压变、近真空、变气氛压力/种类等)、热面输出功率可根据项目要求进行编程等；当材料热导率极小时，可在较小的输出功率情况下获得大温差/高温条件。本实验系统对热面的温度响应特性进行测试、冷面温度恒定，较现有技术公开的背温测试实验系统更科学；并可研究材料在大温差/高温、非稳态和变压力等条件下的隔热性能。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图；

图2是本发明的实验台主体“三明治”结构的示意图；

图3是本发明的变气氛种类/压力装置电控系统图；

图4是本发明的实验仪器数控系统示意图；

图5-1是本发明的待测材料和热电偶的布置图；

图5-2是图5-1的热电偶的布置图的A-A视图；

图6-1是本实验系统测试的某类块体隔热材料热面温度响应特性；

图6-2是放置待测材料的第二密闭腔体在实验过程中的压力变化；

图7是两种不同材料在相同加热功率、压强环境等条件下，热面受到热扰动的初始时刻的温度响应特性；其中，图7(a)为一种遮光剂-纤维掺杂氧化硅气凝胶复合材料在不同功率下的初始时刻热面温度响应特性；图7(b)为另一种氧化硅气凝胶复合材料在和图7(a)相同的功率和初始时刻下的热面温度响应特性。

其中：1为计算机；2为真空泵；3为电磁阀；4为波纹管；5-1为第一真空计，5-2为第二真空计，5-3为第三真空计；6-1为第一密闭腔体，6-2为第二密闭腔体；7为瞬变气动阀；8为空压机；9为可调微漏阀；10为恒温恒湿箱；11为加热装置；12为冷却装置；13为数据采集装置；14为实验台主体，14-1为冷却水槽，14-2为导热板，14-3为待测材料，14-4为电加热薄膜；14-4-1～12为热电偶；15为恒温环境。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明提供一种测试块体多孔材料隔热性能的实验系统，该实验系统在进行测试时需要在恒温环境15下进行，实验系统包括：实验台主体14，数据采集单元，冷却装置12，加热装置11和变气氛压力/种类装置。

所述的恒温环境15由大功率中央空调控制实验环境温度，配置两个风量输出口，保证实验初始阶段和材料温度处处一致，在实验过程中，环境温度恒定不变。

参见图2，实验台主体14采用“三明治”结构，电加热薄膜14-4位于中间，在其两侧为对称结构，向外依次设置待测材料14-3、紫铜板14-2和冷却水槽14-1。电加热薄膜14-4置于两块几何尺寸和性能参数均相同的的待测材料14-3中间，保证待测材料14-3的几何中心一维传热区域、热量沿轴向对称传递；这样的对称结构可以在材料隔热性能优异时，通过较小的功率条件下在实验台主体14几何中心提供高温环境，保证热面较高的温度、保证对称中心存在一维传热区域、使热源的热量在沿轴向上下方向的热流量等于加热功率的二分之一。待测材料14-3另一侧为用于导热的紫铜板14-2和冷却水槽14-1。

优选地，电加热薄膜14-4是超薄的(厚度为0.02～0.05mm)加热片，其尺寸由待测材料的面积而定，选用“S”型耐高温316s不锈钢。使用时，将其置于两块相同的几何尺寸和性能参数的待测的块体隔热材料中间，保证几何中心一维传热区域、热量沿轴向对称传递；当隔热材料性能优异时，在较小的功率条件下在实验台主体几何中心提供高温环境。

优选地，所述的待测材料14-3可以是普通隔热材料、气凝胶复合材料或吸热型遮光剂掺杂氧化硅气凝胶等。测试材料在大温差(～1000K)/高温、非稳态和变压力等条件下的隔热性能，完整地测试材料从初始时刻的稳态、经热扰动后的非稳态过程(非正规状况至正规状况)、达到最终的稳态的温度响应特性全过程，保持冷面温度不变、通过热面温度响应特性研究材料的隔热性能。

优选地，冷却水槽14-1内部流道设计为“S”型通道，可保证在实验过程中水流量均匀、保证紧贴材料冷面的紫铜板温度均匀，冷端温度恒定。

优选地冷却水槽14-1由有机玻璃和紫铜板组成，有机玻璃的几何尺寸为240mm×240mm×60mm，紫铜板的几何尺寸为240mm×240mm×10mm，其中紫铜板一面与有机玻璃制成水槽，另一面与待测材料的冷壁面接触。冷却水的流量由恒温循环冷却器控制，结合紫铜板极佳的传热性能和冷却水较大的比热容，冷却水槽能迅速带走待测材料冷壁面上的热量。

所述的数据采集单元包括计算机1、若干个真空计、若干个热电偶及数据采集装置13。通过计算机1可以控制并记录直流稳压电源的输出条件，记录真空计的读数，并且通过数据采集装置13采集热电偶的测量数据。本实施例方案优选地，在第一密闭腔体6-1上设有第一真空计5-1，在第二密闭腔体6-2上、下两端分别设有第二真空计5-2和第三真空计5-3。

所述的冷却装置12采用恒温循环冷却器，恒温循环冷却器为冷却水槽14-1提供恒温水(或其他符合要求的冷却剂)，保证待测材料的冷壁面温度在整个实验过程中保持恒定、提供第一类边界条件，结合导热系数很大的紫铜板14-2、足够的冷却水流速和冷却水较大的比热容来保证待测材料14-3的冷壁面温度不变。

所述的加热装置11为直流恒功率/电压/电流/输出可编程的稳压电源，通过计算机1控制直流稳压电源为电加热薄膜14-4提供恒定功率的热源，保证待测材料14-3热壁面热流均匀，满足第二类边界条件。

所述的变气氛压力/种类装置可提供近真空(<10Pa)、不同的气氛压力/种类(CO₂，N₂等)以及气氛压力瞬变的条件，其由真空泵2，电磁阀3，波纹管4、第一密闭腔体6-1和第二密闭腔体6-2、瞬变气动阀7，空压机8、可调微漏阀9以及恒温恒湿箱10组成，根据不同的实验测试需求采取适当的操作方法可以达到变气氛种类/压力的目的。待测材料、加热片、冷却水槽都放置在其中第二密闭腔体6-2中，第二密闭腔体6-2通过瞬变气动阀7与第一密闭腔体6-1连接。第一密闭腔体6-1通过电磁阀3和真空泵2控制其中的压力，而瞬变气动阀7则通过空压机8提供所需动力。

参见图3，本发明的实验系统的变气氛压力、种类系统的阀门和机械组件等均由电路控制。合上总开关S1，电源指示灯Lamp1即亮，显示电路正常工作；开关S2控制电磁阀3这一支路的通道，用于真空泵2抽取第一密闭腔体6-1和第二密闭腔体6-2的气体。Lamp2是对应的正常工作指示灯；开关S3控制可调微漏阀9这一支路的通道，用于控制不同气体的真空度、流速，以及改变第一密闭腔体6-1和第二密闭腔体6-2在真空泵抽气稳定时的真空度。Lamp3是对应的正常工作指示灯；开关S4为瞬变气动阀7的开关，改变第一密闭腔体6-1和第二密闭腔体6-2间的气氛压强瞬间变化。Lamp4是对应的正常工作指示灯；开关S1控制真空计5的TIC仪表控制器，为常闭合状态。本发明的三个真空计5-1，5-2和5-3均连接在TIC仪表控制器，可在计算机1实时记录腔体真空度变化情况；开关S5控制真空泵电路，Lamp5是对应的正常工作指示灯；开关S6控制空压机8电路，向瞬变气动阀7提供动力。Lamp5是对应的正常工作指示灯。

参见图4，本发明的实验系统中的各项功能、仪器均由数控系统负责。加热装置11的直流稳压电源可通过计算机1中提供输出功率，如恒电压、恒电流和恒功率，甚至可对输出功率随时间变化进行编程，提供满足特定要求的气动加热等条件；冷却装置12为恒温循环冷却器，通过数控调解冷却水的温度、流速等，可较快地在一定温度范围内为待测材料14-3的冷壁面提供第一类边界条件；变气氛压力/种类装置的真空泵2开关为电控，气体流速、真空度和瞬压变可通过数控调解，满足不同的实验工况要求；数据采集装置13通过软件/计算机和相应的数据采集仪器控制，在实验过程中实时记录数据，可在实验启动时提供数据支撑、实验过程中何时变换工况做指导以及实验结束时整理数据。

参见图5-1和图5-2，待测材料的俯视图为正方形，待测材料中心附近的一部分区域可以近似看作一维传热的区域，如附图5-2中阴影所示，是材料对称中心圆柱体一维传热区域，可根据材料的热物性和几何尺寸经数值计算确定、实验验证可靠。热电偶14-4-1～12的端点则布置在该一维传热区域，总共需布置12个热电偶，分别布置在材料的热面和冷面的一维传热区域的中心和边缘两侧，确保实验过程中所测温度为一维传热区域温度、满足一维传热假设。

优选地，所用热电偶具有厚度薄，误差小，灵敏度高和操作灵活的特点，以满足实验对测温精度，可操作性等方面的要求；加热器厚度超薄，实验台主体的对称结构和一种固定方式，可最大程度的减少实验误差。

本发明公开的上述材料隔热性能实验系统，其实验操作过程如下：

一、根据实验的需要，确定待测材料，加热条件，初始温度，冷壁面温度以及相应的气氛压力/种类条件等，调整仪器设备参数做好准备工作。

二、根据材料隔热性能实验系统，组装相应的装置和实验仪器，连接好相应的电路以及冷却水管路，做好装置气密性的检测工作：

1、打开冷却装置12开关，使冷却装置12运行，观察冷却水管路有无冷却水漏出。若有，则关闭冷却装置12开关，对相应的漏水部分做处理，然后再次打开冷却装置12开关，直至无冷却水漏出。

2、打开真空泵2和电磁阀3，但保持瞬变气动阀7关闭，观察第一密闭容器6-1中的压力变化情况，等到真空计读数下降至10Pa以内，关闭真空泵2和电磁阀3，直至压力达到预设值并保持不变，则说明第一密闭腔体6-1中的气密性良好；否则检查漏气原因并排除故障。

3、打开真空泵2、电磁阀3、空压机8和瞬变气动阀7，观察第二密闭腔体6-2中的压力变化，直至真空计读数下降至10Pa以内，关闭真空泵2和电磁阀3，压力达到预设值并保持不变，则说明该密闭容器中的气密性良好；否则检查漏气原因并排除故障。若并非该密闭容器漏气造成，则可能是密闭容器中的冷却水管路有漏水现象，检查相应的管路，重新连接直至气密性良好。

三、打开中央空调15，设置温度为实验初始温度值，保持运行一段时间，直至环境温度稳定在该设定值。

四、打开计算机1上的数据采集软件，包括压力、温度、功率等软件，开始记录实验数据。打开真空泵2、电磁阀3、空压机8和瞬变气动阀7，打开冷却装置12开关并设定温度为初始设定值，直至待测材料温度与初始设定温度值一致，材料温度处处均匀。

五、将加热装置11的功率调整至测试所需值，开始加热并记录数据，等待直至待测材料热面温度再次达到稳定。

六、根据实验目的调整变气氛压力/种类装置，保持其他仪器参数不变，然后继续测试，直至待测材料两端温度再次达到稳定。具体如下：

1、首先，设置环境温度、湿度、压强等，为隔热材料实验提供初始条件。设置冷却系统温度和环境温度一致。开始实验前，确保材料温度和环境温度处处相等，并开始记录实验数据；

2、在材料和环境温度一致、达到初始时刻稳态时，为材料热面提供一热扰动，但不改变环境温度、冷面温度和压强等条件；

3、等到一定时间之后，材料热面温度不再升高时恒定时，材料达到稳态。此时，使所测材料所处环境压强值瞬间变为另一设定值并保持不变。其中，压强何时改变、变为何种状态可根据项目要求灵活操作；

4、在压力变化时，材料热面温度会发生改变。等到一定时间后，材料热面温度趋于另一定值，此时为最终稳态。值得说明，加热条件、压力环境可根据需求进行改变，不拘泥于上述的操作。

七、实验结束，保存相应的实验数据，关闭实验系统。检查实验仪器是否正常，关闭相应的电源、水源等后离开实验室。

参见图6-1和图6-2，图6-1是本实验系统测试的某类块体隔热材料热面温度相应特性，加热功率为16W；图6-2是放置待测材料的第二密闭腔体在实验过程中的压力变化。从图6-1可以看出，在整个实验过程中，材料冷面温度保持初始值恒定，始终保证第一类边界条件；热面温度在初始时刻，与冷面温度一致，表明材料各处的温度在初始时刻和环境温度相同，提供初始条件；当热面受到一定热扰动时，热面温度会升高，此时为非稳态传热过程，并通过热面温度完整的记录下来；等过了一定时间后，温度会趋于恒定，此时达到最终稳态，此时可通过傅里叶导热定律求解材料的等效热导率；在最终稳态时改变环境的压力，在极短时间内待测材料所处环境压力由真空变为另一压强值，见图6-2。图6-1中热面温度会逐渐降低，在一定时间后达到稳态。

其中图6-1和图6-2的横坐标为时间。可以看出，加热总功率仅为16W时，材料冷热面温差可达200K。经实验测试，若待测材料隔热性能优异，加热功率为60～70W时，材料冷热面温差可达～1000K，相比其它实验系统起到节能作用。

图7是采用本实验测试系统测试的两种不同材料在相同加热功率、压强环境等条件下，热面受到热扰动的初始时刻的温度响应特性。图中，(a)为一种遮光剂-纤维掺杂氧化硅气凝胶复合材料在不同功率下的初始时刻热面温度响应特性；(b)为另一种氧化硅气凝胶复合材料在和(a)相同的功率和初始时刻下的热面温度响应特性，从图中可以看出，不同的材料响应特性不同，可由此曲线结合传热问题的分析解，以及反问题求解数学方法，反推材料的热导率、热扩散率等。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种适用于大温差、变压力条件的块体多孔材料隔热性能测试实验系统，其特征在于，包括实验主体结构(14)、变气氛压力/种类装置、加热装置(11)、冷却装置(12)及数据采集单元；

所述实验主体结构(14)包括电加热薄膜(14-4)，电加热薄膜(14-4)两侧结构对称，依次设置待测材料(14-3)、紫铜板(14-2)和冷却水槽(14-1)；

电加热薄膜(14-4)的厚度为0.02～0.05mm，尺寸由待测材料的面积而定，选用“S”型耐高温316s不锈钢制成；使用时，将其置于两块相同的几何尺寸和性能参数的待测的块体隔热材料中间，保证几何中心一维传热区域、热量沿轴向对称传递；所述变气氛压力/种类装置，包括真空泵(2)、第一密闭腔体(6-1)、第二密闭腔体(6-2)、空压机(8)和恒温恒湿箱(10)；真空泵(2)通过管路与第一密闭腔体(6-1)相连，且在该管路上设有电磁阀(3)，第一密闭腔体(6-1)与第二密闭腔体(6-2)通过管路相连，且在二者相连的管路上设有瞬变气动阀(7)，瞬变气动阀(7)与空压机(8)相连；第二密闭腔体(6-2)设置于恒温恒湿箱(10)内；

所述数据采集单元包括计算机(1)、数据采集装置(13)、若干真空计及若干热电偶；真空计布置在密闭腔体上，用于实时记录密闭腔体中的真空度；热电偶分布在待测材料(14-3)中心的一维传热区域，用于测量待测材料的温度变化；热电偶与数据采集装置(13)相连；真空计通过导线与计算机(1)相连；

其中，实验主体结构(14)置于第二密闭腔体(6-2)内，且分别通过导线、水管等与加热装置(11)、冷却装置(12)和数据采集装置(13)相连；加热装置(11)和数据采集装置(13)的端口分别连接至计算机(1)；

所述的加热装置(11)为电加热薄膜(14-4)提供恒定功率热源，保证待测材料(14-3)的热壁面热流均匀，满足第二类边界条件；

所述的冷却装置(12)为恒温循环冷却器，用于为冷却水槽(14-1)提供恒温水，保证待测材料(14-3)的冷壁面温度在整个实验过程中保持恒定，满足第一类边界条件；冷却水槽(14-1)内部流道设计为“S”型通道；

在第一密闭腔体(6-1)上设有可调微漏阀(9)，用于调节第一密闭腔体(6-1)的真空度；在第一密闭腔体(6-1)上设有第一真空计(5-1)，在第二密闭腔体(6-2)上、下两端分别设有第二真空计(5-2)和第三真空计(5-3)；

实验时，该实验系统处于恒温环境(15)中，为待测材料提供恒温的初始条件，整个实验过程中实验系统环境温度恒定不变。

2.根据权利要求1所述的适用于大温差、变压力条件的块体多孔材料隔热性能测试实验系统，其特征在于，所述电加热薄膜(14-4)的厚度为0.01～0.05mm。

3.根据权利要求1所述的适用于大温差、变压力条件的块体多孔材料隔热性能测试实验系统，其特征在于，热电偶对称布置在上、下待测材料(14-3)的冷热端面几何对称中心上。

4.采用权利要求1～3中任意一项所述的适用于大温差、变压力条件的块体多孔材料隔热性能测试实验系统进行隔热性能测试的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据待测材料的测试需求，确定加热条件、初始温度、冷壁面温度、以及需要调整的环境气氛压强/种类测试条件，调整仪器设备参数；

2)启动计算机(1)，启用数据采集软件开始记录实验数据，启动变气氛压力/种类装置，根据初始测试条件需求，打开冷却装置(12)并设定初始温度值，直至待测材料的温度与初始温度值一致，并达到稳定；

3)将加热装置(11)的功率调整至测试所需值，开始加热并记录数据，等待直至待测材料热面温度再次达到稳定；

4)调整变气氛压力/种类装置以满足不同实验测试条件需求，保持其他仪器参数条件不变，继续测试，直至待测材料热面温度再次达到稳定；

5)实验结束，保存实验全过程的数据，关闭实验系统，根据记录的实验数据，结合理论研究所测材料的隔热性能；

实验初始时，当待测材料和环境温度长时间保持一致时，即为初始状态；

为待测材料热面提供热扰动，但不改变环境温度、冷面温度和压强条件，待测材料热面温度随时间逐渐趋于稳定，热扰动至稳态这个阶段为非稳态过程；

使待测材料所处环境压强值瞬间变为另一设定值并保持不变，在压力变化时，待测材料热面温度会发生改变并趋于另一定值。

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