CN110702730A - 流体传热能力量化测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种流体传热能力量化测定方法，首先准备测量箱和过渡箱，并在所述测量箱内间隔设置发热源和第一感温模块，将所述发热源和第一感温模块分别固定安装在所述过渡箱的内侧壁；再在室温条件下，将所述发热源加热至目标温度并保持，在预定时间内将待测流体注满所述过渡箱；以开始注入待测流体时为初始时刻，连续获取并记录所述第一感温模块测得的温度数据，直到所述第一感温模块测得的温度稳定，绘制温度‑时间曲线；步骤四、通过线性回归拟合温度‑时间曲线的斜率，量化待测流体的热传导性能。采用本发明的显著效果是，能对流体材料导热效果进行简单、快速的测定、分析，从而大致量化得到流体的导热性能，成本更低、经济性更好。

Description

流体传热能力量化测定方法

技术领域

本发明涉及热传导测量方法，具体涉及一种流体材料的导热能力的测量、 表征装置。

背景技术

导热系数是表征材料导热能力强弱的量度，对生产生活和工程应用具有重 要的指导作用。目前测试材料导热系数的方法有热流法、热板法、激光闪电法、 瞬态平面热源法等，对应各类测试方法具有适应性的测试装置。但采用这些方 法测试具有耗时长、费用高的缺点；测试装置结构较复杂、设备造价较高，操 作较为繁琐。而在教学、试验过程中，有时只需要大致评估材料的导热性能即 可，此时采用传统的设备和方法显然不够经济。

对于不同介质(固、液、气)，其对测量装置的具体要求不一样，例如，对 于气体、液体材料的测量装置其密封性较固体材料更高，其气体还存在不易完 全充满的特点。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种针对于流体、特别是气体的热传导性能测量方 法，其能使待测流体完全充满测量装置，具有经济节约的优点。

技术方案如下：

一种流体传热能力量化测定方法，关键按以下步骤进行：

步骤一、准备测量箱和过渡箱，将所述过渡箱置于所述测量箱下方，在所 述测量箱的顶部开设上接口，在所述测量箱的底部开设下接口，在所述过渡箱 顶部开设过渡接口；在所述过渡箱内竖向设置下延伸管，该下延伸管的上端与 所述下接口连接，该延长管的下端开口位于所述过渡箱的底部，并在所述测量 箱内间隔设置发热源和第一感温模块，将所述发热源和第一感温模块分别固定 安装在所述过渡箱的内侧壁；

步骤二、在室温条件下，将所述发热源加热至目标温度并保持，在预定时 间内将待测流体按以下步骤2.1或步骤2.2注满所述过渡箱；

步骤2.1、打开所述上接口和过渡接口，从所述过渡接口向所述过渡箱内注 入待测液体，再从所述过渡接口向所述过渡箱内泵入过渡气体，使待测液体从 所述下延伸管的下端压入并充满所述测量箱，再封闭所述上接口和过渡接口；

步骤2.2、打开所述上接口和过渡接口，从所述过渡接口向所述过渡箱内注 入过渡液体，再从所述过渡接口向所述过渡箱内泵入空气，使过渡液体从所述 下延伸管的下端压入并充满所述测量箱，在封闭过渡接口；

将所述上接口接通待测气体，再打开封闭过渡接口，使所述测量箱内的过 渡液体通过所述下延伸管落入所述过渡箱，从所述上接口向所述测量箱内充满 待测气体，最后封闭所述上接口和过渡接口；

步骤三、以开始注入待测流体时为初始时刻，连续获取并记录所述第一感 温模块测得的温度数据，直到所述第一感温模块测得的温度稳定，绘制温度-时 间曲线；

步骤四、通过线性回归拟合温度-时间曲线的斜率，量化待测流体的热传导 性能。

作为优选，所述步骤一完成后，先将待测流体、所述测量箱和所述过渡箱 置于室温条件下保存至少24小时，再进行所述步骤二。

作为优选，所述步骤三中，每间隔相同时间，获取所述第一感温模块测得 的温度数据。

作为优选，所述上接口连接有上延伸管，该上延伸管上设有第一通断阀， 第一通断阀用于控制所述上接口的打开或封闭；

所述过渡接口连接有过渡管，该过渡管上设有第二通断阀，该第二通断阀 用于控制所述过渡接口的打开或封闭。

作为优选，所述测量箱的内顶壁和内底壁均为斜面，所述上接口设于所述 测量箱的内顶壁的最高处，所述下接口设于所述测量箱的内底壁的最低处；

所述过渡箱的底部连接有排净管，所述过渡箱的内底壁为斜面，所述排净 管入口连接在所述过渡箱的内底壁的最低处，所述排净管上设有第三通断阀。

作为优选技术方案，所述热源包括球状的导热壳体，该导热壳体内设有空 心腔体，在所述导热壳体的壁上贯穿有支撑孔，在该支撑孔内穿设有撑杆，该 撑杆的外端伸出所述导热壳体，该撑杆的内端伸入所述空心腔体并连接有发热 组件，所述发热组件与所述导热壳体的内壁之间设有间隙。

采用以上技术方案，球状的导热壳体能形成稳定均匀的发热源。

所述撑杆包括撑杆本体，该撑杆本体沿所述导热壳体的直径方向穿设在所 述支撑孔内，在该撑杆本体的中部固定有限位环，该限位环位于所述导热壳体 内，该限位环上设有与所述导热壳体内壁相适应的球形抵靠面，在所述限位环 外侧的所述撑杆本体上套设有内侧密封垫圈，所述球形抵靠面将所述内侧密封 垫圈压紧在所述导热壳体的内壁；

在所述撑杆本体上螺纹套设有锁紧螺母，该锁紧螺母位于所述导热壳体外， 该锁紧螺母与所述导热壳体之间的所述撑杆本体上套设有外侧密封垫圈，所述 锁紧螺母将所述外侧密封垫圈压紧在所述导热壳体的外壁。

采用以上技术方案，限位环和锁紧螺母夹设在导热壳体内外两侧，从而保 持撑杆本体两端均呈悬空状态，使发热组件悬空设置。

作为优选技术方案，所述发热组件包括绕线支架，该绕线支架与所述撑杆 本体内端连接，该绕线支架上设有绕线座，该绕线座上绕设有电热丝，电热丝 的两端分别连接有加热电源线，所述加热电源线穿出所述导热壳体；

所述绕线支架包括支杆，该支杆与所述撑杆本体垂直，该支杆的中部与所 述撑杆本体的内端固定连接，在所述支杆的两端分别固定有弹性夹片，所述支 杆两端的弹性夹片之间设有所述绕线座，该绕线座呈圆柱状，该绕线座的两端 分别与所述弹性夹片抵紧，在所述绕线座的外壁设有螺纹状的绕线槽，在该绕 线槽内绕设有所述电热丝；采用以上技术方案，便于设置电热丝，便于拆装绕 线座；

所述绕线座的两端端面上分别设有限位凹陷，在所述弹性夹片上对应所述 限位凹陷分别设有限位卡头，所述限位卡头落在对应的所述限位凹陷内；以使 绕线座稳定的卡设在两个弹性夹片之间，

在所述支杆上设有两个电源线限位孔，两个所述电源线限位孔分别靠近所 述支杆两端，所述电源线限位孔呈圆台状，所述电源线限位孔的大径端朝向所 述绕线座，在所述电源线限位孔内分别嵌设有固定套，该固定套与所述电源线 限位孔相匹配，所述固定套内穿设有所述加热电源线，所述固定套的内壁和所 述加热电源线之间粘接固定。从而保证加热电源线与电热丝的连接点不易拔脱。

作为优选，在所述撑杆本体内沿其轴向设有电源线过孔，该电源线过孔的 外端从所述撑杆本体的外端面穿出，该电源线过孔的内端延伸至所述限位环处， 在所述限位环上开设有斜向连通孔，该斜向连通孔的一端与所述电源线过孔接 通，该斜向连通孔的另一端伸出所述限位环，所述加热电源线依次穿过所述斜 向连通孔和电源线过孔，从而穿出所述导热壳体。该设计巧妙解决了加热电源 线引出导热壳体的问题，并避免了单独引线时的密封问题。

在所述测量箱的内侧壁上设有热源安装孔，所述撑杆本体水平设置，所述 撑杆本体的外端插设在该热源安装孔内，所述撑杆本体的外壁和所述热源安装 孔的孔壁之间垫设有密封筒，该密封筒的内壁与所述撑杆本体的外壁之间粘贴 密封，所述密封筒的外壁与所述热源安装孔的孔壁密封，所述加热电源线通过 所述热源安装孔伸出所述测量箱；

在所述测量箱与所述热源安装孔正对的侧壁上设有感温悬臂，该感温悬臂 水平设置，该感温悬臂与所述撑杆本体位于同一直线上，该感温悬臂的外端与 所述测量箱的内侧壁固定连接，该感温悬臂的内端设有所述第一感温模块。采 用以上技术方案，导热壳体和第一感温模块均悬设于测量箱内，便于在测量箱 的上下方向放入、取出材料。

所述第一感温模块包括第一温度传感器和第一发射器，所述第一温度传感 器的信号输出端与所述第一发射器的信号输入端电连接；

所述控制显示模块包括控制器，在该控制器的信号接收端上连接有接收器， 在所述控制器的显示控制端上连接有显示屏；

所述第一发射器的信号输出端与所述接收器的信号输入端无线连接，所述 接收器的输出端连接所述控制器；

在所述导热壳体的外壁设有第二感温模块，该第二感温模块包括第二温度 传感器和第二发射器，所述第二温度传感器贴在所述导热壳体的外壁，所述第 二温度传感器的信号输出端与所述第二发射器的信号输入端连接，所述第二发 射器的信号输出端向所述接收器发射无线信号；

在所述加热电源线上设有通断开关，该通断开关接收并执行所述控制器向 其发出的开关信号。

所述导热壳体包括两个半球壳体，两个所述半球壳体相互扣合；

在两个所述半球壳体的环形端面上分别一体成型有对扣环，其中一个所述 对扣环位于对应的所述环形端面的内圈边缘，从而形成内扣环；另一个所述对 扣环位于对应的所述环形端面的外圈边缘，从而形成外扣环；

所述内扣环的外壁与所述外扣环的内壁抵紧，在所述外扣环的内壁环向设 有一圈扣接限位环，在所述内扣环的外壁对应环向设有一圈扣接限位槽，所述 扣接限位环落在所述扣接限位槽内；

所述对扣环的外侧端面与另一个所述半球壳体的所述环形端面抵紧，所述 对扣环的外侧端面和与其抵紧的所述环形端面上同时设有环状的密封环槽，在 该密封环槽内设有密封环；

在两个所述半球壳体的边缘处分别设有扣合缺口，二者的所述扣合缺口对 应设置形成所述支撑孔。

采用该设计，便于在导热壳体内设置其他部件，并且便于将两个半球壳体 从扣合缺口处打开，解决了拆装问题。

所述导热壳体为铜球壳体。导热壳体为紫铜，传热性好，能在短时间能传 热均匀，使导热壳体形成温度处处相等(近乎相等)的等温体。

附图说明

图1为表1中测得的空气的温度-时间曲线；

图2为表1中测得的氢气的温度-时间曲线。

图3为测量箱a和过渡箱x的连接关系示意图；

图4为热源1和第一感温模块2在测量箱a中的安装状态示意图；

图5为热源1的结构示意图；

图6为撑杆12与发热组件13的连接关系示意图；

图7为撑杆12与所述导热壳体11的安装关系示意图；

图8为发热组件13的结构示意图；

图9为图8的j部放大图；

图10为导热壳体11的结构示意图；

图11为图10的i部放大图；

图12为图4的k部放大图；

图13为第一感温模块2、第二感温模块5、控制显示模块3的连接关系示 意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

一种流体传热能力量化测定方法，按以下步骤进行：

步骤一、准备测量箱a和过渡箱x，将所述过渡箱x置于所述测量箱a下方， 在所述测量箱a的顶部开设上接口，在所述测量箱a的底部开设下接口，在所述 过渡箱x顶部开设过渡接口；在所述过渡箱x内竖向设置下延伸管x1，该下延 伸管x1的上端与所述下接口连接，该延长管x1的下端开口位于所述过渡箱x 的底部，并在所述测量箱a内间隔设置发热源1和第一感温模块2，将所述发热 源1和第一感温模块2分别固定安装在所述过渡箱a的内侧壁；

将待测流体、所述测量箱a和所述过渡箱x置于室温(25℃)条件下保存 至少24小时；

步骤二、在室温条件下，将所述发热源1加热至目标温度并保持，在预定 时间内将待测流体按以下步骤2.1或步骤2.2注满所述过渡箱a；

步骤2.1、打开所述上接口和过渡接口，从所述过渡接口向所述过渡箱x内 注入待测液体，再从所述过渡接口向所述过渡箱x内泵入过渡气体，使待测液 体从所述下延伸管x1的下端压入并充满所述测量箱a，再封闭所述上接口和过 渡接口；

步骤2.2、打开所述上接口和过渡接口，从所述过渡接口向所述过渡箱x内 注入过渡液体，再从所述过渡接口向所述过渡箱x内泵入空气，使过渡液体从 所述下延伸管x1的下端压入并充满所述测量箱a，在封闭过渡接口；

将所述上接口接通待测气体，再打开封闭过渡接口，使所述测量箱a内的 过渡液体通过所述下延伸管x1落入所述过渡箱x，从所述上接口向所述测量箱 a内充满待测气体，最后封闭所述上接口和过渡接口；

步骤三、以开始注入待测流体时为初始时刻，连续获取并记录所述第一感 温模块2测得的温度数据，直到所述第一感温模块2测得的温度稳定，绘制温 度-时间曲线；该步骤中，每间隔相同时间，获取所述第一感温模块2测得的温 度数据。

步骤四、通过线性回归拟合温度-时间曲线的斜率，量化待测流体的热传导 性能。

以上步骤中的目标温度、预定时间均是人为设定，其中目标温度应高于室 温(25℃)，例如60℃、85℃、120℃、200℃，预定时间可以是0.5min、1min、 2min、5min，为了提高测量的准确性，预定时间应尽量短，但其应该保证在预 定时间内能够将箱体a注满，在对不同流体材料进行测定时，目标温度和预定 时间均应保持恒定，以统一测定标准，便于比较。步骤三中，在开始投料时， 第一感温模块2测得的温度为室温(25℃)，然后每间隔相同时间测定一次温度， 间隔时间可以是10s、20s、30s、1min、2min、5min。

结合图3～13可以看出，所述测量箱a和过渡箱x由同一个密封箱体分割而 成，具体的，所述密封箱体包括由箱壁61、顶板62、底板63围成的密封箱体， 在所述顶板62和底板63之间设有分隔板64，该分隔板64的边缘与所述箱壁的 内侧面连接并密封，所述顶板62和分隔板64之间形成所述测量箱a，所述分隔 板64和底板63之间形成所述过渡箱x，所述过渡箱x位于所述测量箱a下方， 所述箱壁61的下边缘连接有三个向下延伸的支脚65；

所述上接口竖向贯穿所述顶板62，所述下接口竖向贯穿所述分隔板64，所 述过渡接口水平贯穿所述过渡箱x的侧壁，所述测量箱a的内顶壁和内底壁均 为斜面，所述上接口设于所述测量箱a的内顶壁的最高处，所述下接口设于所 述测量箱a的内底壁的最低处；所述上接口连接有上延伸管x2，该上延伸管x2 上设有第一通断阀x4，所述过渡接口连接有过渡管x3，该过渡管x3上设有第 二通断阀x5。

在所述过渡箱x的底部还连接有排净管x6，所述过渡箱x的内底壁为斜面， 所述排净管x6入口连接在所述过渡箱x的内底壁的最低处，所述排净管x6上 设有第三通断阀x7。

在所述测量箱a外侧设有控制显示模块3，所述测量箱a内设有热源1和第 一感温模块2，所述热源1和第一感温模块2间隔设置，所述热源1、第一感温 模块2与所述控制显示模块3连接；

所述热源1包括球状的导热壳体11，该导热壳体11内设有空心腔体1a，在 所述导热壳体11的壁上贯穿有支撑孔11a，在该支撑孔11a内穿设有撑杆12， 该撑杆12的外端伸出所述导热壳体11，该撑杆12的内端伸入所述空心腔体1a 并连接有发热组件13，所述发热组件13与所述导热壳体11的内壁之间设有间 隙。

所述撑杆12包括撑杆本体121，该撑杆本体121沿所述导热壳体11的直径 方向穿设在所述支撑孔11a内，在该撑杆本体121的中部固定有限位环122，该 限位环122位于所述导热壳体11内，该限位环122上设有与所述导热壳体11 内壁相适应的球形抵靠面，在所述限位环122外侧的所述撑杆本体121上套设 有内侧密封垫圈123，所述球形抵靠面将所述内侧密封垫圈123压紧在所述导热 壳体11的内壁；

在所述撑杆本体121上螺纹套设有锁紧螺母124，该锁紧螺母124位于所述 导热壳体11外，该锁紧螺母124与所述导热壳体11之间的所述撑杆本体121 上套设有外侧密封垫圈125，所述锁紧螺母124将所述外侧密封垫圈125压紧在 所述导热壳体11的外壁。

所述发热组件13包括绕线支架131，该绕线支架131与所述撑杆本体121 内端连接，该绕线支架131上设有绕线座132，该绕线座132上绕设有电热丝 133，电热丝133的两端分别连接有加热电源线14，所述加热电源线14穿出所 述导热壳体11；

所述绕线支架131包括支杆131a，该支杆131a与所述撑杆本体121垂直， 该支杆131a的中部与所述撑杆本体121的内端固定连接，在所述支杆131a的两 端分别固定有弹性夹片131b，所述支杆131a两端的弹性夹片131b之间设有所 述绕线座132，该绕线座132呈圆柱状，该绕线座132的两端分别与所述弹性夹 片131b抵紧，在所述绕线座132的外壁设有螺纹状的绕线槽，在该绕线槽内绕 设有所述电热丝133；所述绕线座132的材质为石英石，所述绕线支架131为不 锈钢；

所述绕线座132的两端端面上分别设有限位凹陷，在所述弹性夹片131b上 对应所述限位凹陷分别设有限位卡头131c，所述限位卡头131c落在对应的所述 限位凹陷内；

在所述支杆131a上设有两个电源线限位孔，两个所述电源线限位孔分别靠 近所述支杆131a两端，所述电源线限位孔呈圆台状，所述电源线限位孔的大径 端朝向所述绕线座132，在所述电源线限位孔内分别嵌设有固定套131e，该固 定套131e与所述电源线限位孔相匹配，所述固定套131e内穿设有所述加热电源 线14，所述固定套131e的内壁和所述加热电源线14之间粘接固定。

在所述撑杆本体121内沿其轴向设有电源线过孔，该电源线过孔的外端从 所述撑杆本体121的外端面穿出，该电源线过孔的内端延伸至所述限位环122 处，在所述限位环122上开设有斜向连通孔，该斜向连通孔的一端与所述电源 线过孔接通，该斜向连通孔的另一端伸出所述限位环122，所述加热电源线14 依次穿过所述斜向连通孔和电源线过孔，从而穿出所述导热壳体11。

为了便于内部部件的安装，所述导热壳体11采用分体式结构。具体的，所 述导热壳体11包括两个半球壳体111，两个所述半球壳体111相互扣合；

在两个所述半球壳体111的环形端面上分别一体成型有对扣环112，其中一 个所述对扣环112位于对应的所述环形端面的内圈边缘，从而形成内扣环；另 一个所述对扣环112位于对应的所述环形端面的外圈边缘，从而形成外扣环；

所述内扣环的外壁与所述外扣环的内壁抵紧，在所述外扣环的内壁环向设 有一圈扣接限位环114，在所述内扣环的外壁对应环向设有一圈扣接限位槽，所 述扣接限位环114落在所述扣接限位槽内；

所述对扣环112的外侧端面与另一个所述半球壳体111的所述环形端面抵 紧，所述对扣环112的外侧端面和与其抵紧的所述环形端面上同时设有环状的 密封环槽，在该密封环槽内设有密封环113；

在两个所述半球壳体111的边缘处分别设有扣合缺口，二者的所述扣合缺 口对应设置形成所述支撑孔11a。所述导热壳体11为铜球壳体。

所述热源1按以下方式进行安装，在所述测量箱a的内侧壁上设有热源安 装孔，所述撑杆本体121水平设置，所述撑杆本体121的外端插设在该热源安 装孔内，所述撑杆本体121的外壁和所述热源安装孔的孔壁之间垫设有密封筒 15，该密封筒15的内壁与所述撑杆本体121的外壁之间粘贴密封，所述密封筒 15的外壁与所述热源安装孔的孔壁密封，所述加热电源线14通过所述热源安装 孔伸出所述测量箱a；

在所述测量箱a与所述热源安装孔正对的侧壁上设有感温悬臂25，该感温 悬臂25水平设置，该感温悬臂25与所述撑杆本体121位于同一直线上，该感 温悬臂25的外端与所述测量箱a的内侧壁固定连接，该感温悬臂25的内端设 有所述第一感温模块2。

所述第一感温模块2包括第一温度传感器21和第一发射器22，所述第一温 度传感器21的信号输出端与所述第一发射器22的信号输入端电连接；所述第 一温度传感器21位于所述撑杆本体121的延长线上，所述第一温度传感器21 自带传感器电源；

所述控制显示模块3位于所述测量箱a外侧，所述控制显示模块3包括控 制器33，在该控制器33的信号接收端上连接有接收器31，在所述控制器33的 显示控制端上连接有显示屏32；

所述第一发射器22的信号输出端与所述接收器31的信号输入端无线连接， 所述接收器31的输出端连接所述控制器33；

在所述导热壳体11的外壁设有第二感温模块5，该第二感温模块5包括第 二温度传感器51和第二发射器52，所述第二温度传感器51贴在所述导热壳体 11的外壁，所述第二温度传感器51位于所述撑杆本体121的延长线上，所述第 二温度传感器51自带传感器电源，所述第二温度传感器51的信号输出端与所 述第二发射器52的信号输入端连接，所述第二发射器52的信号输出端向所述 接收器31发射无线信号；所述第一发射器22、第二发射器52与所述接收器31 预先实现通信；

所述加热电源线14连接有加热电源，该加热电源与所述发热组件13之间 的所述加热电源线14上设有通断开关16，该通断开关16接收并执行所述控制 器33向其发出的开关信号。

过渡箱x的容积大于测量箱a的容积，当注入待测液体时，打开第一通断 阀x4和第二通断阀x5，保持第三通断阀x7关闭，从过渡管x3向过渡箱x内注 入待测液体，待注入量超过测量箱a的容积后，再从过渡管x3泵入过渡气体， 将待测液体从下延伸管x1的下端压入测量箱a，测量箱a内的空气从上延伸管 x2排出，上延伸管x2为透明管，当观察到待测液体超过第一通断阀x4以上时， 关闭第二通断阀x5和第一通断阀x4，即可将测量箱a内注满待测液体；待测液 体从测量箱a下部注入时较为平缓，能避免液体从上注入时的剧烈流动，引起 温度测定值大幅波动。

当注入待测气体时，先按照以上方法向测量箱a内注满液体【过渡液体】， 再使上延伸管x2的上端连接待测气体；保持第三通断阀x7关闭，保持第一通 断阀x4和第二通断阀x5打开，测量箱a内的过渡液体通过下延伸管x1落入过 渡箱x，通过上延伸管x2向测量箱a内充满待测气体，之后再关闭第二通断阀 x5和第一通断阀x4；通过该方法注满气体，能避免在待测气体混入空气等杂质； 应该注意的是，应选择难挥发，且待测气体不与之溶解或反应的过渡液体。

第一温度传感器21测量其所处位置不同时刻的温度，并将测试结果反馈给 控制器33，并最终按设定的时间间隔显示在显示屏32上，对显示结果进行记录， 在第一温度传感器21和第二温度传感器51的间距固定时，设定导热壳体11的 温度为固定值，按时间顺序记录显示屏32读数，即可衡量、比较流体的导热性 能。

在第一温度传感器21的测量过程中，第二温度传感器51实时监测导热壳 体11的温度，以通过控制器33实时对发热组件13加热，使导热壳体11温度 保持稳定。

试验例：

设定导热壳体11的发热温度为65℃，设定热源1与第一感温模块2之间的 间距为10cm，热源1与第一感温模块2的间距以二者之间的最近距离计，所述 箱体a为方形箱体，其内腔尺寸(长*宽*高)为60cm*60cm*60cm，所述箱体a 的壁厚4mm，所述箱体a材质为不锈钢，时间间隔为2min。采用以上方法分别 测绘空气和水的温度-时间曲线，并拟合斜率。测得的温度-时间数据分别如表1 和表2所示，其对应的温度-时间曲线分别如图1、2所示。

表1、测得空气和水的温度-时间数据表

根据表1绘制的温度-时间曲线分别如图1和图2所示，从图1和图2可以 看出，随着时间推移，温度呈增长趋势，在达到一定时间后，温度增长趋势放 缓并趋于平稳。这是由于第一感温模块2处的材料加热-散热基本达到平衡，温 度变化很小。图1所示的空气的温度-时间曲线中，第2min温度上升很快，而第 2-20min，温度趋于平稳，变化很小，原因可能是由于导热壳体11热辐射传热对 第一温度传感器21的干扰造成的。采用线性回归拟合得到的图1空气的温度- 时间曲线的斜率为0.05；采用线性回归拟合得到的图2水的温度-时间曲线的斜 率为0.14。

有益效果：采用本发明的流体传热能力量化测定方法，能对流体材料导热 效果进行简单、快速的测定、分析，从而大致量化得到流体的导热性能，成本 更低、经济性更好。

此外：加热电源还可以对导热壳体11进行恒压式加热；具体的，对同一个 电热丝133，其电阻值恒定，加热电源向其提供恒定电压，从而保证电热丝133 的发热量恒定，并通过热辐射的方式对导热壳体11进行加热，此种加热方法可 不关注导热壳体11的温度变化，仅需在开始测量和结束测量时控制通断开关15 开、通即可。

在对各类材料的导热性能/热传导能力进行测量时，还可以设置多个第一感 温模块2，并使多个第一感温模块2沿第二温度传感器51所在的直径方向分布， 从而在与第二温度传感器51距离不同的位置设置第一温度传感器21，测量并绘 制得到同一时刻下多个所述第一温度传感器21和所述第二温度传感器51测得 的温度差随距离的变化曲线，在所述感温悬臂25上沿其长度还设有刻度标记。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通 技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以 做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种流体传热能力量化测定方法，其特征在于按以下步骤进行：

步骤一、准备测量箱(a)和过渡箱(x)，将所述过渡箱(x)置于所述测量箱(a)下方，在所述测量箱(a)的顶部开设上接口，在所述测量箱(a)的底部开设下接口，在所述过渡箱(x)顶部开设过渡接口；在所述过渡箱(x)内竖向设置下延伸管(x1)，该下延伸管(x1)的上端与所述下接口连接，该延长管(x1)的下端开口位于所述过渡箱(x)的底部，并在所述测量箱(a)内间隔设置发热源(1)和第一感温模块(2)，将所述发热源(1)和第一感温模块(2)分别固定安装在所述过渡箱(a)的内侧壁；

步骤二、在室温条件下，将所述发热源(1)加热至目标温度并保持，在预定时间内将待测流体按以下步骤2.1或步骤2.2注满所述过渡箱(a)；

步骤2.1、打开所述上接口和过渡接口，从所述过渡接口向所述过渡箱(x)内注入待测液体，再从所述过渡接口向所述过渡箱(x)内泵入过渡气体，使待测液体从所述下延伸管(x1)的下端压入并充满所述测量箱(a)，再封闭所述上接口和过渡接口；

步骤2.2、打开所述上接口和过渡接口，从所述过渡接口向所述过渡箱(x)内注入过渡液体，再从所述过渡接口向所述过渡箱(x)内泵入空气，使过渡液体从所述下延伸管(x1)的下端压入并充满所述测量箱(a)，在封闭过渡接口；

将所述上接口接通待测气体，再打开封闭过渡接口，使所述测量箱(a)内的过渡液体通过所述下延伸管(x1)落入所述过渡箱(x)，从所述上接口向所述测量箱(a)内充满待测气体，最后封闭所述上接口和过渡接口；

步骤三、以开始注入待测流体时为初始时刻，连续获取并记录所述第一感温模块(2)测得的温度数据，直到所述第一感温模块(2)测得的温度稳定，绘制温度-时间曲线；

步骤四、通过线性回归拟合温度-时间曲线的斜率，量化待测流体的热传导性能。

2.根据权利要求1所述的流体传热能力量化测定方法，其特征在于：所述步骤一完成后，先将待测流体、所述测量箱(a)和所述过渡箱(x)置于室温条件下保存至少24小时，再进行所述步骤二。

3.根据权利要求1所述的热传导性能测量方法，其特征在于：所述步骤三中，每间隔相同时间，获取所述第一感温模块(2)测得的温度数据。

4.根据权利要求1、2或3所述的热传导性能测量方法，其特征在于：所述上接口连接有上延伸管(x2)，该上延伸管(x2)上设有第一通断阀(x4)，第一通断阀(x4)用于控制所述上接口的打开或封闭；

所述过渡接口连接有过渡管(x3)，该过渡管(x3)上设有第二通断阀(x5)，该第二通断阀(x5)用于控制所述过渡接口的打开或封闭。

5.根据权利要求4所述的热传导性能测量方法，其特征在于：所述测量箱(a)的内顶壁和内底壁均为斜面，所述上接口设于所述测量箱(a)的内顶壁的最高处，所述下接口设于所述测量箱(a)的内底壁的最低处；

所述过渡箱(x)的底部连接有排净管(x6)，所述过渡箱(x)的内底壁为斜面，所述排净管(x6)入口连接在所述过渡箱(x)的内底壁的最低处，所述排净管(x6)上设有第三通断阀(x7)。

6.根据权利要求1、2、3或5所述的流体传热能力量化测定方法，其特征在于：所述热源(1)包括球状的导热壳体(11)，该导热壳体(11)内设有空心腔体(1a)，在所述导热壳体(11)的壁上贯穿有支撑孔(11a)，在该支撑孔(11a)内穿设有撑杆(12)，该撑杆(12)的外端伸出所述导热壳体(11)，该撑杆(12)的内端伸入所述空心腔体(1a)并连接有发热组件(13)，所述发热组件(13)与所述导热壳体(11)的内壁之间设有间隙。

7.根据权利要求6所述的流体传热能力量化测定方法，其特征在于：所述撑杆(12)包括撑杆本体(121)，该撑杆本体(121)沿所述导热壳体(11)的直径方向穿设在所述支撑孔(11a)内，在该撑杆本体(121)的中部固定有限位环(122)，该限位环(122)位于所述导热壳体(11)内，该限位环(122)上设有与所述导热壳体(11)内壁相适应的球形抵靠面，在所述限位环(122)外侧的所述撑杆本体(121)上套设有内侧密封垫圈(123)，所述球形抵靠面将所述内侧密封垫圈(123)压紧在所述导热壳体(11)的内壁；

在所述撑杆本体(121)上螺纹套设有锁紧螺母(124)，该锁紧螺母(124)位于所述导热壳体(11)外，该锁紧螺母(124)与所述导热壳体(11)之间的所述撑杆本体(121)上套设有外侧密封垫圈(125)，所述锁紧螺母(124)将所述外侧密封垫圈(125)压紧在所述导热壳体(11)的外壁。

8.根据权利要求7所述的流体传热能力量化测定方法，其特征在于：所述发热组件(13)包括绕线支架(131)，该绕线支架(131)与所述撑杆本体(121)内端连接，该绕线支架(131)上设有绕线座(132)，该绕线座(132)上绕设有电热丝(133)，电热丝(133)的两端分别连接有加热电源线(14)，所述加热电源线(14)穿出所述导热壳体(11)；

所述绕线支架(131)包括支杆(131a)，该支杆(131a)与所述撑杆本体(121)垂直，该支杆(131a)的中部与所述撑杆本体(121)的内端固定连接，在所述支杆(131a)的两端分别固定有弹性夹片(131b)，所述支杆(131a)两端的弹性夹片(131b)之间设有所述绕线座(132)，该绕线座(132)呈圆柱状，该绕线座(132)的两端分别与所述弹性夹片(131b)抵紧，在所述绕线座(132)的外壁设有螺纹状的绕线槽，在该绕线槽内绕设有所述电热丝(133)；

所述绕线座(132)的两端端面上分别设有限位凹陷，在所述弹性夹片(131b)上对应所述限位凹陷分别设有限位卡头(131c)，所述限位卡头(131c)落在对应的所述限位凹陷内；

在所述支杆(131a)上设有两个电源线限位孔，两个所述电源线限位孔分别靠近所述支杆(131a)两端，所述电源线限位孔呈圆台状，所述电源线限位孔的大径端朝向所述绕线座(132)，在所述电源线限位孔内分别嵌设有固定套(131e)，该固定套(131e)与所述电源线限位孔相匹配，所述固定套(131e)内穿设有所述加热电源线(14)，所述固定套(131e)的内壁和所述加热电源线(14)之间粘接固定。

9.根据权利要求7或8所述的流体传热能力量化测定方法，其特征在于：在所述撑杆本体(121)内沿其轴向设有电源线过孔，该电源线过孔的外端从所述撑杆本体(121)的外端面穿出，该电源线过孔的内端延伸至所述限位环(122)处，在所述限位环(122)上开设有斜向连通孔，该斜向连通孔的一端与所述电源线过孔接通，该斜向连通孔的另一端伸出所述限位环(122)，所述加热电源线(14)依次穿过所述斜向连通孔和电源线过孔，从而穿出所述导热壳体(11)。

10.根据权利要求7或8所述的流体传热能力量化测定方法，其特征在于：在所述测量箱(a)的内侧壁上设有热源安装孔，所述撑杆本体(121)水平设置，所述撑杆本体(121)的外端插设在该热源安装孔内，所述撑杆本体(121)的外壁和所述热源安装孔的孔壁之间垫设有密封筒(15)，该密封筒(15)的内壁与所述撑杆本体(121)的外壁之间粘贴密封，所述密封筒(15)的外壁与所述热源安装孔的孔壁密封，所述加热电源线(14)通过所述热源安装孔伸出所述测量箱(a)；

在所述测量箱(a)与所述热源安装孔正对的侧壁上设有感温悬臂(25)，该感温悬臂(25)水平设置，该感温悬臂(25)与所述撑杆本体(121)位于同一直线上，该感温悬臂(25)的外端与所述测量箱(a)的内侧壁固定连接，该感温悬臂(25)的内端设有所述第一感温模块(2)；

所述第一感温模块(2)包括第一温度传感器(21)和第一发射器(22)，所述第一温度传感器(21)的信号输出端与所述第一发射器(22)的信号输入端电连接；

所述控制显示模块(3)包括控制器(33)，在该控制器(33)的信号接收端上连接有接收器(31)，在所述控制器(33)的显示控制端上连接有显示屏(32)；

所述第一发射器(22)的信号输出端与所述接收器(31)的信号输入端无线连接，所述接收器(31)的输出端连接所述控制器(33)；

在所述导热壳体(11)的外壁设有第二感温模块(5)，该第二感温模块(5)包括第二温度传感器(51)和第二发射器(52)，所述第二温度传感器(51)贴在所述导热壳体(11)的外壁，所述第二温度传感器(51)的信号输出端与所述第二发射器(52)的信号输入端连接，所述第二发射器(52)的信号输出端向所述接收器(31)发射无线信号；

在所述加热电源线(14)上设有通断开关(16)，该通断开关(16)接收并执行所述控制器(33)向其发出的开关信号。

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