CN1877313B - 一种测量固体界面接触换热系数的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种测量固体界面接触换热系数的方法和装置属于塑性加工研究领域。本发明将加热棒12、第1试样13、薄片14、第2试样15、冷切棒9、定心钢球16、压力装置3顺序连接，在两试样的接触面之间加入各自的薄片14，增加接触面的个数，放大接触面温差。两试样上的热电偶4与温控仪表5的输入端相连，将温控仪表5的输出端并联起来经RS232转换器与工控机7的相连。加热炉11对加热棒12进行加热，在试样周围加石棉保温层10进行保温隔热，工控机7通过温控仪表5采集温度信号，进行显示和分析。本发明的效果是测量精度高，测量温度范围宽，能实时直观的显示、分析结果，适用于塑性加工研究领域。

Description

一种测量固体界面接触换热系数的方法和装置

技术领域

本发明属于塑性加工研究领域。主要用于测量金属固体界面间接触换热系数。

背景技术

在金属的塑性成形中，工模具与零件之间的热量传递直接影响了工模具的寿命和零件的成形精度，因此金属界面间接触换热系数的测量受到了越来越多的学者和精密塑性成形企业的关注。目前，国内外对接触换热系数的测量不多，有关这方面的数据相当缺乏，有些学者对固体界面间的接触换热进行了研究与测试，取得了一定的数据，但普遍的测量方法是直接将两试样接触，由于接触面温差本来比较小，而热电偶和采集设备都存在着一定的误差，结果导致测量出来的接触面温差的相对误差比较大，增加了测量的总体误差；另外从查阅的相关文献中了解到其测量的大多是在较低温度下的接触换热系数，测量温度范围比较窄，且没有对测量采集过来的温度信号进行实时直观的描绘来分析与比较。

文献出处：

[1].M.Rosochowska，R.Balendra，K.Chodnikiewicz，Measurements ofthermal contact conductance，Journal of Materials ProcessingTechnology 135(2003)204-210

[2].M.Rosochowska，K.chodnikiewicz，R.Balendra，A new method ofmeasuring thermal contact conductance，Journal of MaterialsProcessing Technology 145(2004)207-214

现有的测量方法存在测量误差比较大，测量设备测量温度比较低，对数据的采集和处理不够直观的不足。

发明内容

本发明的目的就是提供一种测量精度高，测量温度范围宽，能实时直观的显示、分析采集结果的测量固体界面接触换热系数的方法和装置。

本发明的技术解决方案是：将加热棒12置于上下通孔的加热炉11中，加热棒12的凹槽的上端面与加热炉11的上表面相平，加热炉11上电炉丝的正负线和温控仪表5的负载输出端的正负线相连，加热炉11的温度范围为：0～1400℃。

当压力装置3是杠杆结构时，将加热棒12、第1试样13、第2试样15、冷却棒9、定心钢球16、压力变向节2顺序连接，冷却棒9穿过上支撑板8的直线轴承1与定心钢球16连接，第1试样13置于加热棒12的凹槽上，第2试样15置于第1试样13上，第2试样15的上端面置于冷却棒9的下端面凹槽里，定心钢球16置于冷却棒9的上端球形凹面上，压力变向节2下端面的球形凹槽置于定心钢球16上，压力变向节2与压力装置3连接，压力变向节2的支点和砝码17支点的力臂比为1∶5，将砝码放在砝码盘17上，压力变向节2对试样产生压力，压力范围为0～100KN。

当压力装置3是弹簧结构时，将加热棒12、第1试样13、第2试样15、冷却棒9、定心钢球16、压力板21、压力弹簧20、螺母19顺序连接，第1试样13置于加热棒12的凹槽上，第2试样15置于第1试样13上，第2试样15的上端面置于冷却棒9的下端面凹槽里，定心钢球16置于冷却棒9的上端球形凹面上，压力板21下端面的球形凹槽置于定心钢球16上，压力装置3上端的螺母19与螺杆导轨22旋转连接，螺母19与压力弹簧20顶端连接，压力弹簧20下端与压力板21连接，螺母19绕螺杆导轨22旋转下降使压力弹簧20压缩，压力弹簧20对压力板21产生压力，压力板21对试样产生压力，压力范围为0～100KN.

石棉保温层10扣在试样周围，如果第1试样13与第2试样15的接触面温差小于10℃，那么需要在第1试样13和第2试样15的接触面间加入它们各自材料的薄片14，如果第1试样13和第2试样15的材料不同，它们的薄片14的也是不同的两种材料，薄片14的叠加是交替叠加的，如果第1试样13和第2试样15的材料相同，薄片14的材料也是相同的，叠加是直接累加的，薄片14的表面状态和试样的表面状态相同，相同表面状态包括：相同表面粗糙度、相同中间介质，试样和薄片14的材料范围可为所有的金属固体材料，总的薄片14数量为偶数个，数量范围为：2～20个，加入薄片14的目的是为了增加第1试样13与第2试样15的接触面个数，每个接触面形成串联形式，类似电阻的串联，因为每个接触面都会产生温差，所以就增大了第1试样13与第2试样15接触面之间的温差，从而使热电偶4的测量误差相对减小，薄片14数量视接触面的接触温差的大小而定，因为热电偶4的误差为±1.5℃，那么热电偶4的误差影响就相当大，所以我们采用增加接触面的个数，增大接触面温差的方法，从而减少了热电偶4的误差影响，如果接触面温差较大，所需薄片14数可适当减少，如果接触面温差较小，所需薄片14数应适当增加。第1试样13和第2试样15的直径为：φ10mm～φ25mm，高度为：40～100mm，薄片14的直径为试样的直径，厚度为0.48mm～0.52mm，加热棒12凹槽深2.8mm～3.2mm，冷却棒9凹槽深2.8mm～3.2mm，8根热电偶4在试样上的固定方式为：在每个试样的外侧圆柱面上用电火花打四个孔，孔的深度为试样直径的一半，孔间距都为9.5mm～10.5mm，孔的直径为：φ1.0mm～φ1.2mm，第1试样13和第2试样15中靠近接触面的孔与接触面的距离为2.9mm～3.1mm，将8根热电偶4分别置于第1试样13的4个孔中和第2试样15的4个孔中进行测温，8根热电偶4的直径为φ1.0±0.003mm，加热炉热电偶18的测温端直接插入加热炉11炉膛的中间进行测温，将试样上8根热电偶4上的正负两根线分别和八块温控仪表5中的输入端的正负极相连，加热炉热电偶18上的正负两根线和温控仪表5中的输入端的正负极相连，然后将各温控仪表5的输出端的正负两根线并联起来连接在RS232转换器上的正负接口上，再将RS232转换器和工控机7上的串口相连。

如果需要测量在接触面上加有中间介质的接触换热系数，那么在第1试样13和第2试样15的接触面之间加上中间介质，如果需要测量在接触面上涂有其它物质的接触换热系数，如果需要测量不同接触面粗糙度的接触换热系数时，就对第1试样13和第2试样15的接触面进行打磨、喷砂处理以满足测量不同的接触面粗糙度下的接触换热系数，插好热电偶4后，在试样周围缠上石棉布以防止辐射对流，再在外面加上石棉保温层10进行保温，调整砝码盘17上砝码的重量或调整压力弹簧20的压缩量使其产生的压力满足实验的压力，确定热电偶4和温控仪表5的连线、工控机7和温控仪表5的连线、和各温控仪表5间的连线正确，打开各温控仪表5的开关按钮，进入工控机7中的接触换热系数测量采集系统，接触换热系数测量采集系统软件里有数据初始化、采集界面、数据计算界面、数值模拟界面和模拟作图界面，首先进入数据初始化窗口，对试样的测量项目进行初始化，所谓初始化就是要确定测量的状态、材料热导率和保温时间，测量状态就是所要测量的内容，比如是要在恒温状态下测量不同压力下的接触换热系数或是在恒压状态测量不同温度下的接触换热系数又或者是两者都变的状态下测量接触换热系数，恒温状态就是指在加热炉11温度恒定，砝码重量改变的状态下，测量不同接触面压力下的接触换热系数，恒压状态就是指在砝码重量不变的情况下使加热炉11的温度变化，来测量不同接触面温度下的接触换热系数，两者都变化的状态就是指在测量压力改变和测量接触面温度也改变的情况下测量接触换热系数，输入状态值例如恒温状态：加热炉11温度为400℃时，压力10KN、20KN、30KN等，保温时间都为100分钟，然后输入相应温度下材料的热导率、保温时间，材料的热导率可从手册或其它资料上查到，保温时间的确定是根据各热电偶4的温度变化幅度确定的，如果在保温阶段8根热电偶4的温度变化＜±1℃，那么可近似认为整个系统达到了稳定状态，即一维导热状态，那么此时的温控仪表5的运行时间就为保温时间，单击完成设置按钮完成对测量的初始化，然后进入制订工艺曲线的窗口，准备制订加热炉11的升温曲线、保温曲线和降温曲线，即温度-时间曲线，如从常温升到300℃，升温时间30分钟，再在300℃保温100分钟，然后从300℃升到400℃，升温时间20分钟，400℃下保温100分钟，从而得到加热炉11的炉温从常温升到400℃的升温和保温工艺曲线.工艺曲线中温度的制定是根据所需测量的接触面温度而定，工艺曲线中升温时间的确定是根据加热炉11的特性来确定的，如果加热炉11的升温速度较快，升温时间可以短些，反之升温时间要长些，保温时间是在数据初始化时确定的保温时间，制定好工艺曲线后将工艺曲线通过串口通信6写入温控仪表5中，由温控仪表5控制加热炉11的温度随着工艺曲线的变化而变化，以满足测量的要求，然后，进入采集数据窗口，单击运行按钮让与加热炉热电偶18相连的温控仪表5开始执行程序，由此温控仪表5控制加热炉11温度随着工艺曲线的变化而变化，单击采集按钮对各温控仪表5的温度信号进行采集并自动显示温控仪表5上的温度值，并自动通过画图程序在采集窗口中自动绘制各热电偶4的温度-时间曲线，单击保存按钮把采集过来的数据和画出的曲线数据保存在工控机7中，温控仪表5自动调整仪表的输出功率给加热炉11通电，温控仪表5控制加热炉11的温度随着工艺曲线的变化而变化，加热炉11对加热棒12进行加热，热流从加热棒12传给第1试样13，再由第1试样13传给第2试样15，最后由第2试样15传给冷却棒9，在试样周围采用石棉保温层10进行保温与隔热防止热流损失，改变加热炉11的温度值可以测量不同接触面温度下的接触换热系数，改变压力装置3的砝码重量或改变压力弹簧20的压缩量可以测量不同接触面压力下的接触换热系数，测量所需要的压力是根据材料的强度极限和所要测量的接触面压力来确定的，压力变向节2的支点和砝码盘17支点力臂比为1∶5，如果想得到30KN压力下第1试样13和第2试样15的接触换热系数，那么所加的砝码盘17上砝码的重量就需要6KN或使螺母20绕螺杆导轨22旋转下降使压力弹簧20压缩，压力弹簧20对压力板21产生压力，压力板21对试样产生压力，压力为30KN，测量采集完成后进入数据计算窗口，把保存下来的采集数据和数据初始化数据调用出来进行计算，计算方法如下：首先根据试样上热电偶4的温度值求出热流，热流计算公式为：

$Q=s\·\mathrm{\λ}\·\frac{\mathrm{\Δ}{T}_1}{\mathrm{\ΔL}},$

其中Q是热流，s是试样截面积，λ是试样的导热系数，ΔL是试样上相临两个热电偶4的距离，ΔT₁是其中一个试样上相临两根热电偶4ΔL上的温差，因为试样的截面积是已经确定的，导热系数是在数据初始化时已经输入，且ΔT₁可通过热电偶4测出来，因此热流Q可以求出来；假如试样上8根热电偶4的温度值分别为：T₁、T₂、T₃、T₄、T₅、T₆、T₇、T₈，第1试样13的4根热电偶4温度为：T₁、T₂、T₃、T₄，第2试样15的4根热电偶4温度为：T₅、T₆、T₇、T₈，假如以第1试样13上的4根热电偶4上的温度值T₁、T₂、T₃、T₄来求Q，那么

假如以第2试样15上的4根热电偶4上的温度值T₅、T₆、T₇、T₈来求Q，那么当两根等截面圆柱固体试件在一定压力下相互接触并传递热量时，如果试件的周围绝热，则热流在试件中是沿着轴向传递的，热流是一维的，因为在试样周围采用了保温隔热措施，所以整个系统可近视看成一维传热，然后根据接触换热系数计算公式：

$h_c=\frac{Q}{s\·\mathrm{\Δ}{T}_2},$

其中h_c是界面接触换热系数，Q是热流，s是试样截面积，ΔT₂是接触面上的温差；因为整个系统可近似看成是一维导热，因此ΔT₂可用外延法求得，在实际测量中，试件接触界面两端的温差ΔT₂可通过外延法计算，所谓外延法就是在试样上布置多根热电偶4测出各点的温度例如我们在每个试样上布置4根热电偶4，然后作T-X图，T为温度即是各热电偶4的温度，X为位移即为各热电偶4在试样上的位置，如以试样的接触面位置为起点，各试样中各热电偶4间的距离为10mm，离接触面最近的第1根热电偶4和接触面的距离为3mm，仅次于它的第2根热电偶4在试样上的位置就为13mm，第3根热电偶4在试样上的位置就为23mm，第4根热电偶4在试样上的位置就为33mm，那么另一个试样上的4根热电偶4的位置就分别为-3mm、-13mm、-23mm、-33mm，如果忽略辐射和对流换热的影响，各热电偶4温度在T-X图上应该近似是一条直线，将直线延伸到接触界面处即可分别推出左右两试样在接触界面处的温度CT₁和CT₂，它们间的差值即为温差ΔT₂，最后根据求出来的ΔT₂和热流Q代入上式得到接触换热系数h_c，假如试样上8根热电偶4的温度值分别为：T₁、T₂、T₃、T₄、T₅、T₆、T₇、T₈，第1试样13的热电偶4温度为：T₁、T₂、T₃、T₄，第2试样15热电偶4温度为：T₅、T₆、T₇、T₈， 那么第1试样13的T-X图的斜率为：

第2试样15的T-X图的斜率为：

如果第1试样13和第2试样15的材料相同那么k₁≈k₂，离接触面最近的热电偶4与接触面的距离为d，d的取值范围为2.9mm～3.1mm，那么CT₁＝T₄-k₁×d，CT₂＝T₅+k₂×d，ΔT₂＝CT₁-CT₂，最后将上面求出来的热流Q和用外延法求出来的ΔT₂代入接触换热计算公式得到接触换热系数h_c，然后进入模拟分析界面将计算出来的结果拟合出曲线来进行分析比较，所谓分析就是了解在相同压力下，不同接触面温度时接触换热系数随温度的变化是怎样变化，或者是在相同接触面温度下，不同接触面压力时接触换热系数随压力的变化是怎样变化的，又或者是在加了中间介质和不加中间介质时接触换热系数的变化情况，又或者是不同接触面压力、不同接触面温度和中间介质又不同的情况下，接触换热系数的大小，又或者是在不同接触面温度，不同接触面压力和不同接触面介质下各种材料间的接触换热系数.最后将分析结果保存，退出系统.

如果接触面温差小于10℃，那么在第1试样13与第2试样15的接触面之间加入第1试样13与第2试样15材料的薄片14，薄片14数量2～20个，薄片14的表面状态与第1试样13和第2试样15的接触面的表面状态相同，即有相同的表面粗糙度、相同的中间介质，第1试样13和第2试样15的接触面之间有薄片14，假如薄片14的数量为n，如果需要测量在接触面上加有中间介质的接触换热系数，那么在第1试样13、第2试样15和薄片14的接触面上加上中间介质，如果需要测量不同接触面粗糙度的接触换热系数时，就对第1试样13、第2试样15和薄片14的接触面进行打磨、喷砂处理以满足测量不同的接触面粗糙度下的接触换热系数。

当压力装置3是杠杆结构时，将加热棒12、第1试样13、薄片14、第2试样15、冷却棒9、定心钢球16、压力变向节2顺序连接，冷却棒9穿过上支撑板8的直线轴承1与定心钢球16连接，第1试样13置于加热棒12的凹槽上，薄片14置于第1试样13上，第2试样15置于薄片14上，第2试样15的上端面置于冷却棒9的下端面凹槽里，定心钢球16置于冷却棒9的上端球形凹面上，压力变向节2下端面的球形凹槽置于定心钢球16上，压力变向节2与压力装置3连接，压力变向节2的支点和砝码17支点的力臂比为1∶5，将砝码放在砝码盘17上，压力变向节2对试样产生压力，压力范围为0～100KN。

当压力装置3是弹簧结构时，将加热棒12、第1试样13、薄片14、第2试样15、冷却棒9、定心钢球16、压力板21、压力弹簧20、螺母19顺序连接，第1试样13置于加热棒12的凹槽上，薄片14置于第1试样13上，第2试样15置于薄片14上，第2试样15的上端面置于冷却棒9的下端面凹槽里，定心钢球16置于冷却棒9的上端球形凹面上，压力板21下端面的球形凹槽置于定心钢球16上，压力装置3上端的螺母19与螺杆导轨22旋转连接，螺母19与压力弹簧20顶端连接，压力弹簧20下端与压力板21连接，螺母19绕螺杆导轨22旋转下降使压力弹簧20压缩，压力弹簧20对压力板21产生压力，压力板21对试样产生压力，压力范围为0～100KN。

安装好第1试样13、薄片14、第2试样15和插好热电偶4后，在试样周围采用石棉保温层10进行保温与隔热防止热流损失，调整砝码盘17上砝码的重量或调整压力弹簧20的压缩量使其产生的压力满足实验的压力，确定热电偶4和温控仪表5的连线、工控机7和温控仪表5的连线、和各温控仪表5间的连线正确，打开各温控仪表5的开关按钮，进入工控机7中的接触换热系数测量采集系统，接触换热系数测量采集系统软件里有数据初始化、采集界面、数据计算界面、数值模拟界面和模拟作图界面，首先进入数据初始化窗口，对试样的测量项目进行初始化，所谓初始化就是要确定测量的状态、材料热导率和保温时间，测量状态就是所要测量的内容，比如是要在恒温状态下测量不同压力下的接触换热系数或是在恒压状态测量不同温度下的接触换热系数又或者是两者都变的状态下测量接触换热系数，恒温状态就是指在加热炉11温度恒定，砝码重量改变的状态下，测量不同接触面压力下的接触换热系数，恒压状态就是指在砝码重量不变的情况下使加热炉11的温度变化，来测量不同接触面温度下的接触换热系数，两者都变化的状态就是指在测量压力改变和测量接触面温度也改变的情况下测量接触换热系数，输入状态值例如恒温状态：加热炉11温度为400℃时，压力10KN、20KN、30KN等，保温时间都为100分钟，然后输入相应温度下材料的热导率、保温时间，材料的热导率可从手册或其它资料上查到，保温时间的确定是根据各热电偶4的温度变化幅度确定的，如果在保温阶段8根热电偶4的温度变化＜±1℃，那么可近似认为整个系统达到了稳定状态，即一维导热状态，那么此时的温控仪表5的运行时间就为保温时间，单击完成设置按钮完成对测量的初始化，然后进入制订工艺曲线的窗口，准备制订加热炉11的升温曲线、保温曲线和降温曲线，即温度-时间曲线，如从常温升到300℃，升温时间30分钟，再在300℃保温100分钟，然后从300℃升到400℃，升温时间20分钟，400℃下保温100分钟，从而得到加热炉11的炉温从常温升到400℃的升温和保温工艺曲线.工艺曲线中温度的制定是根据所需测量的接触面温度而定，工艺曲线中升温时间的确定是根据加热炉11的特性来确定的，如果加热炉11的升温速度较快，升温时间可以短些，反之升温时间要长些，保温时间是在数据初始化时确定的保温时间，制定好工艺曲线后将工艺曲线通过串口通信6写入温控仪表5中，由温控仪表5控制加热炉11的温度随着工艺曲线的变化而变化，以满足测量的要求，然后，进入采集数据窗口，单击运行按钮让与加热炉热电偶18相连的温控仪表5开始执行程序，由此温控仪表5控制加热炉11温度随着工艺曲线的变化而变化，第1试样13和第2试样15间有薄片14，热流从加热棒12传给第1试样13，再由第1试样13传给薄片14，再由薄片14传给第2试样15，最后由第2试样15传给冷却棒9，单击采集按钮对各温控仪表5的温度信号进行采集并自动显示温控仪表5上的温度值，并自动通过画图程序在采集窗口中自动绘制各热电偶4的温度-时间曲线，单击保存按钮把采集过来的数据和画出的曲线数据保存在工控机7中，温控仪表5自动调整仪表的输出功率给加热炉11通电，温控仪表5控制加热炉11的温度随着工艺曲线的变化而变化，加热炉11对加热棒12进行加热，改变加热炉11的温度值可以测量不同接触面温度下的接触换热系数，改变压力装置3的砝码重量或改变压力弹簧20的压缩量可以测量不同接触面压力下的接触换热系数，测量所需要的压力是根据材料的强度极限和所要测量的接触面压力来确定的，压力变向节2的支点和砝码盘17支点力臂比为1∶5，如果想得到30KN压力下第1试样13和第2试样15的接触换热系数，那么所加的砝码盘17上砝码的重量就需要6KN或使螺母20绕螺杆导轨22旋转下降使压力弹簧20压缩，压力弹簧20对压力板21产生压力，压力板21对试样产生压力，压力为30KN，测量采集完成后进入数据计算窗口，把保存下来的采集数据和数据初始化数据调用出来进行计算，计算方法如下：首先根据试样上热电偶4的温度值求出热流，热流计算公式为：

$Q=s\·\mathrm{\λ}\·\frac{\mathrm{\Δ}{T}_1}{\mathrm{\ΔL}},$

其中Q是热流，s是试样截面积，λ是试样的导热系数，ΔL是试样上相临两个热电偶4的距离，ΔT₁是其中一个试样上相临两根热电偶4ΔL上的温差，因为试样的截面积是已经确定的，导热系数是在数据初始化时已经输入，且ΔT₁可通过热电偶4测出来，因此热流Q可以求出来；假如试样上8根热电偶4的温度值分别为：T₁、T₂、T₃、T₄、T₅、T₆、T₇、T₈，第1试样13的4根热电偶4温度为：T₁、T₂、T₃、T₄，第2试样15的4根热电偶4温度为：T₅、T₆、T₇、T₈，假如以第1试样13上的4根热电偶4上的温度值T₁、T₂、T₃、T₄来求Q，那么

假如以第2试样15上的4根热电偶4上的温度值T₅、T₆、T₇、T₈来求Q，那么当两根等截面圆柱固体试件在一定压力下相互接触并传递热量时，如果试件的周围绝热，则热流在试件中是沿着轴向传递的，热流是一维的，因为在试样周围采用了保温隔热措施，所以整个系统可近视看成一维传热，然后根据接触换热系数计算公式：

$h_c=\frac{Q}{s\·\mathrm{\Δ}{T}_2},$

其中h_c是界面接触换热系数，Q是热流，s是试样截面积，ΔT₂是接触面上的温差；因为整个系统可近似看成是一维导热，因此ΔT₂可用外延法求得，在实际测量中，试件接触界面两端的温差ΔT₂可通过外延法计算，所谓外延法就是在试样上布置多根热电偶4测出各点的温度例如我们在每个试样上布置4根热电偶4，然后作T-X图，T为温度即是各热电偶4的温度，X为位移即为各热电偶4在试样上的位置，如以试样的接触面位置为起点，各试样中各热电偶4间的距离为10mm，离接触面最近的第1根热电偶4和接触面的距离为3mm，仅次于它的第2根热电偶4在试样上的位置就为13mm，第3根热电偶4在试样上的位置就为23mm，第4根热电偶4在试样上的位置就为33mm，那么另一个试样上的4根热电偶4的位置就分别为-3mm、-13mm、-23mm、-33mm，如果忽略辐射和对流换热的影响，各热电偶4温度在T-X图上应该近似是一条直线，将直线延伸到接触界面处即可分别推出左右两试样在接触界面处的温度CT₁和CT₂，它们间的差值即为温差ΔT₂，最后根据求出来的ΔT₂和热流Q代入上式得到接触换热系数h_c，假如试样上8根热电偶4的温度值分别为：T₁、T₂、T₃、T₄、T₅、T₆、T₇、T₈，第1试样13的热电偶4温度为：T₁、T₂、T₃、T₄，第2试样15热电偶4温度为：T₅、T₆、T₇、T₈，

那么第1试样13的T-X图的斜率为：

第2试样15的T-X图的斜率为：

如果第1试样13和第2试样15的材料相同那么k₁≈k₂，离接触面最近的热电偶4与接触面的距离为d，d的取值范围为2.9mm～3.1mm，那么CT₁＝T₄-k₁×d，CT₂＝T₅+k₂×d，那么ΔT₂＝[(CT₁-CT₂)-n×d×k₁/2-n×d×k₂/2]/(n+1)，最后将上面求出来的热流Q和用外延法求出来的ΔT₂代入接触换热计算公式得到接触换热系数h_c，然后进入模拟分析界面将计算出来的结果拟合出曲线来进行分析比较，所谓分析就是了解在相同压力下，不同接触面温度时接触换热系数随温度的变化是怎样变化，或者是在相同接触面温度下，不同接触面压力时接触换热系数随压力的变化是怎样变化的，又或者是在加了中间介质和不加中间介质时接触换热系数的变化情况，又或者是不同接触面压力、不同接触面温度和中间介质又不同的情况下，接触换热系数的大小，又或者是在不同接触面温度，不同接触面压力和不同接触面介质下各种材料间的接触换热系数。最后将分析结果保存，退出系统。

本发明的加热炉11的温度范围是：0～1400℃；压力弹簧20压力范围是：0～100KN；试样尺寸为：直径：φ10～φ25mm；高度：40～100mm。

本发明所达到的有益效果是，没有增加热电偶4和仪表5的精度要求，因为精度增加一级，成本就要增加几倍甚至几十倍，而只是在测量方法上进行了改进就达到了提高测量精度的要求，所以设备的成本比较低；由于所采用的加热设备是常用的电阻炉，所采用的压力装置3是杠杆结构或者弹簧结构，所以结构比较简单而且在测量过程中压力能长时间保持恒定；由于设备上有加热炉11和压力装置3，因此能够测量不同温度下、不同压力下和不同接触面条件下的接触换热系数，测量方法灵活，测量状态多样。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

图1是本发明的当压力装置为杠杆结构的系统结构示意图。

图2是本发明的当压力装置为弹簧结构的系统结构示意图。

图3是本发明的当压力装置为杠杆结构的炉膛和保温层的局部剖视图。

图4是本发明的实验试样位置的局部放大图。

图5是本发明的数据采集和数据后处理的程序流程图。

图中，1.直线轴承、2.压力变向节、3.压力装置，4.热电偶，5.温控仪表，6.串口通信，7.工控机，8.上支撑板、9.冷却棒，10.保温层，11.加热炉，12.加热棒，13.第1试样，14.薄片，15.第2试样，16.定心钢球，17.砝码盘，18.加热炉热电偶，19.螺母，20.压力弹簧，21.压力板，22.螺杆导轨。

具体实施方式

第1试样13的材料为7050挤压铝合金，第2试样15的材料为5CrMnMo模具钢，试样的直径为：Φ20，长度为：50mm，测量在接触面压力为1740N不变的情况下，加热炉11温度为300℃、400℃、500℃、600℃时的接触换热系数，在第1试样13和第2试样15的接触面间加入与它们各自相同材料的薄片14，薄片14的叠加是交替叠加的，薄片14的表面状态和试样的表面状态相同，相同表面状态包括：相同表面粗糙度、相同中间介质等，在此将试样和薄片14表面通过砂纸打磨，喷砂处理使试样和薄片14具有相同的表面粗糙度，薄片14数量为6片，加入薄片14的目的是为了增加第1试样13与第2试样15的接触面个数，每个接触面形成串联形式，类似电阻的串联，因为每个接触面都会产生温差，所以就增大了第1试样13与第2试样15接触面之间的温差，从而使热电偶4的测量误差相对减小，薄片14数量视接触面的接触温差的大小而定，因为热电偶4的误差为±1.5℃，那么热电偶4的误差影响就相当大，所以我们采用增加接触面的个数，增大接触面温差的方法，从而减少了热电偶4的误差影响，如果接触面温差较大，所需薄片14数可适当减少，如果接触面温差较小，所需薄片14数应适当增加，加热棒12置于上下通孔的加热炉11中，加热棒12的凹槽的上端面与加热炉11的上表面相平，加热炉11上电炉丝的正负线和温控仪表5的负载输出端的正负线相连。

压力装置3是杠杆结构，将加热棒12、第1试样13、薄片14、第2试样15、冷却棒9、定心钢球16、压力变向节2顺序连接，冷却棒9穿过上支撑板8的直线轴承1与定心钢球16连接，第1试样13置于加热棒12的凹槽上，薄片14交替叠加在第1试样13上，第2试样15置于薄片14上，第2试样15的上端面置于冷却棒9的下端面凹槽里，定心钢球16置于冷却棒9的上端球形凹面上，压力变向节2下端面的球形凹槽置于定心钢球16上，压力变向节2与压力装置3连接.压力变向节2的支点和砝码盘17支点的力臂比为1∶5，因为要测量的是在接触面压力为1740N情况下的接触换热系数，所以将重348N的砝码放在砝码盘17上，压力变向节2对试样产生压力，插好热电偶4后，在试样周围缠上石棉布以防止辐射对流，然后将石棉保温层10扣在试样周围，第1试样13和第2试样15的直径为：φ20mm，高度为：50mm，薄片14的直径为试样的直径，薄片14数量为n，厚度为0.5mm，加热棒12凹槽深3mm，冷却棒9凹槽深3mm，8根热电偶4在试样上的固定方式为：在每个试样的外侧圆柱面上用电火花打四个孔，孔的深度为试样直径的一半，孔间距都为10mm，孔的直径为：φ1.2mm，第1试样13和第2试样15中靠近接触面的孔与接触面的距离为3mm，将8根热电偶4分别置于第1试样13的四个孔中和第2试样15的四个孔中进行测温，8根热电偶4的直径为φ1.0mm，加热炉热电偶18的测温端直接插入加热炉11炉膛的中间进行测温，将试样上8根热电偶4上的正负两根线分别和八块温控仪表5中的输入端的正负极相连，将加热炉热电偶18上的正负两根线和温控仪表5中的输入端的正负极相连，然后将各温控仪表5的输出端的正负两根线并联起来连接在RS232转换器上的正负接口上，再将RS232转换器和工控机7上的串口相连.

调整砝码盘17上砝码的重量为348N使其产生的压力满足实验的1740N压力值，确定热电偶4和温控仪表5的连线、工控机7和温控仪表5的连线、和各温控仪表5间的连线正确，打开各温控仪表5的开关按钮，进入工控机7中的接触换热系数测量采集系统，接触换热系数测量采集系统软件里有数据初始化、采集界面、数据计算界面、数值模拟界面和模拟作图界面，首先进入数据初始化窗口，对7050挤压铝合金和5CrMnMo模具钢的测量项目进行初始化，所谓初始化就是要确定测量的状态、材料热导率和保温时间，测量状态就是所要测量的内容，比如是要在恒温状态下测量不同压力下的接触换热系数或是在恒压状态测量不同温度下的接触换热系数又或者是两者都变的状态下测量接触换热系数，恒温状态就是指在加热炉11温度恒定，砝码重量改变的状态下，测量不同接触面压力下的接触换热系数，恒压状态就是指在砝码重量不变的情况下使加热炉11的温度变化，来测量不同接触面温度下的接触换热系数，两者都变化的状态就是指在测量压力改变和测量接触面温度也改变的情况下测量接触换热系数，在此测量恒压状态下的接触换热系数，输入状态值：接触面压力为1740N，加热炉11温度为300℃、400℃、500℃、600℃，时，300℃的保温时间为130分钟，其余温度的保温时间为100分钟，然后输入7050挤压铝合金和5CrMnMo模具钢在相应温度下的热导率和保温时间，材料的热导率可从手册或其它资料上查到，保温时间的确定是根据各热电偶4的温度变化幅度确定的，7050挤压铝合金在300℃、400℃、500℃、600℃温度下的热导率约为176.5w·m^-1·K^-1、178.7w·m^-1·K^-1、180w·m^-1·K^-1、181.3w·m^-1·K^-1，5CrMnMo模具钢在300℃、400℃、500℃、600℃温度下的热导率约为53.3w·m^-1·K^-1、48.7w·m^-1·K^-1、47w·m^-1·K^-1、43.2w·m^-1·K^-1，在300℃温度下的保温时间为130分钟，在400℃、500℃、600℃温度下的保温时间都为100分钟，保温时间的确定方法是：如果在保温阶段8根热电偶4的温度变化＜±1℃，那么可近似认为整个系统达到了稳定状态，即一维导热状态，那么此时的温控仪表5的运行时间就为保温时间，单击完成设置按钮完成对测量的初始化，然后进入制订工艺曲线的窗口，准备制订加热炉11的升温曲线、保温曲线和降温曲线，即温度-时间曲线，依次输入从常温20℃升到300℃，升温时间30分钟，在300℃保温130分钟，从300℃升到400℃，升温时间20分钟，400℃下保温100分钟，从400℃升到500℃，升温时间20分钟，500℃下保温100分钟，从500℃升到600℃，升温时间20分钟，600℃下保温100分钟，从而得到加热炉11的炉温从常温升到600℃的升温和保温工艺曲线.工艺曲线中温度的制定是根据所需测量的接触面温度而定，工艺曲线中升温时间的确定是根据加热炉11的特性来确定的，如果加热炉11的升温速度较快，升温时间可以短些，反之升温时间要长些，保温时间是在数据初始化时确定的保温时间，制定好工艺曲线后将工艺曲线通过串口通信6写入温控仪表5中，由温控仪表5控制加热炉11的温度随着工艺曲线的变化而变化，以满足测量的要求，然后，进入采集数据窗口，单击运行按钮让与加热炉热电偶18相连的温控仪表5开始执行程序，由此温控仪表5控制加热炉11温度随着工艺曲线的变化而变化，单击采集按钮对各温控仪表5的温度信号进行采集并自动显示温控仪表5上的温度值，并自动通过画图程序在采集窗口中自动绘制各热电偶4的温度-时间曲线，单击保存按钮把采集过来的数据保存在工控机7中，温控仪表5自动调整仪表的输出功率给加热炉11通电，温控仪表5控制加热炉11的温度随着工艺曲线的变化而变化，加热炉11对加热棒12进行加热，热流从加热棒12传给第1试样13，再由第1试样13传给薄片14，再由薄片14传给第2试样15，最后由第2试样15传给冷却棒9，在试样周围采用石棉保温层10进行保温与隔热防止热流损失，测量采集完成后进入数据计算窗口，把保存下来的采集数据和数据初始化数据经过程序自动调用出来进行计算，计算方法如下：首先根据试样上热电偶4的温度值求出热流，热流计算公式为：

$Q=s\·\mathrm{\λ}\·\frac{\mathrm{\Δ}{T}_1}{\mathrm{\ΔL}}$

其中Q是热流，s是试样截面积，因为第1试样13的材料7050挤压铝合金和第2试样15的材料5CrMnMo模具钢的直径都为φ20mm所以s＝π·r²≈3.14159·10²＝314.16mm²，λ是试样的导热系数，已从数据初始化时输入，ΔL是试样上相临两个热电偶4的距离已知ΔL＝10mm，ΔT₁是其中一个试样上相临两根热电偶4ΔL上的温差，因为试样的截面积是已经确定的，导热系数是在数据初始化时已经输入，且ΔT₁可通过热电偶4测出来，因此热流Q可以求出来；测得试样上8根热电偶4在加热炉11温度为300℃时的温度值分别为：166.70℃、164.50℃、162.21℃、160.13℃、149.65℃、141.11℃、132.71℃、124.07℃，第1试样13即7050挤压铝合金的4根热电偶4温度为：166.70℃、164.50℃、162.21℃、160.13℃，第2试样15即5CrMnMo模具钢4根热电偶4温度为：149.65℃、141.11℃、132.71℃、124.07℃，因为第2试样15上热电偶4的温差比第1试样13热电偶4的温差大，考虑热电偶4本身的误差问题，为了减少热电偶4误差的影响，以第2试样15上的4根热电偶4T₅、T₆、T₇、T₈来求Q，那么因为5CrMnMo模具钢在温度为140℃时的热导率约为53.3w·m^-1·K^-1，那么当两根等截面圆柱固体试件在一定压力下相互接触并传递热量时，如果试件的周围绝热，则热流在试件中是沿着轴向传递的，热流是一维的，因为已在试样周围采用了保温隔热措施，所以整个系统可近视看成一维传热，然后根据接触换热系数计算公式：

$h_c=\frac{Q}{s\·\mathrm{\Δ}{T}_2},$

其中h_c是界面接触换热系数，Q是热流，s是试样截面积，ΔT₂是接触面上的温差；因为整个系统可近似看成是一维导热，因此ΔT₂可用外延法求得，在实际测量中，试件接触界面两端的温差ΔT₂可通过外延法计算，所谓外延法就是在试样上布置多根热电偶4测出各点的温度例如我们在每个试样上布置4根热电偶4，然后作T-X图，T为温度即是各热电偶4的温度，X为位移即为各热电偶4在试样上的位置，如以试样的接触面位置为起点，各试样中各热电偶4间的距离为10mm，离接触面最近的第1根热电偶4和接触面的距离为3mm，仅次于它的第2根热电偶4在试样上的位置就为13mm，第3根热电偶4在试样上的位置就为23mm，第4根热电偶4在试样上的位置就为33mm，那么另一个试样上的4根热电偶4的位置就分别为-3mm、-13mm、-23mm、-33mm，如果忽略辐射和对流换热的影响，各热电偶4温度在T-X图上应该近似是一条直线，将直线延伸到接触界面处即可分别推出左右两试样在接触界面处的温度CT₁和CT₂，它们间的差值即为温差ΔT₂，最后根据求出来的ΔT₂和热流Q代入上式得到接触换热系数h_c，因为试样上8根热电偶4在加热炉11温度为300℃时的温度值分别为：166.70℃、164.50℃、162.21℃、160.13℃、149.65℃、141.11℃、132.71℃、124.07℃，第1试样13即7050挤压铝合金的热电偶4温度为：166.70℃、164.50℃、162.21℃、160.13℃，第2试样15即5CrMnMo模具钢热电偶4温度为：149.65℃、141.11℃、132.71℃、124.07℃，

那么第1试样13的T-X图的斜率为：第2试样15的T-X图的斜率为：

离接触面最近的热电偶4与接触面的距离为d，d的值为3mm，那么CT₁＝T₄-k₁×d＝159.47K，CT₂＝T₅+k₂×d＝152.21K，因为第1试样13和第2试样15的接触面之间有6片薄片14，薄片14的厚度为h，h＝0.5mm，那么ΔT₂＝[(CT₁-CT₂)-n×h×k₁/2-n×h×k₂/2]/(n+1)＝0.81K，最后将上面求出来的热流Q和用外延法求出来的ΔT₂代入接触换热计算公式得到接触换热系数

$h_c=\frac{Q}{s\·\mathrm{\Δ}{T}_2}=\frac{14283.25\×{10}^{-3}}{314.16\×{10}^{-6}\×0.81}=56.13\mathrm{kw}\·m^{-2}\·k^{-1},$

然后进入模拟分析界面将计算出来的结果拟合出曲线来进行分析比较，了解在相同压力下，不同接触面温度时接触换热系数随温度的变化是怎样变化，最后将分析结果保存，退出系统。

测量的材料为7050挤压铝合金和5CrMnMo模具钢，7050挤压铝合金为第1试样13，5CrMnMo模具钢为第2试样15，在第1试样13和第2试样15的接触面涂上玻璃油基润滑油时，它们的接触换热计算过程如下，试样的直径为：Φ20，长度为：50mm，压力装置3是杠杆结构，将加热棒12、第1试样13、第2试样15、冷却棒9、定心钢球16、压力变向节2顺序连接，冷却棒9穿过上支撑板8的直线轴承1与定心钢球16连接，第1试样13置于加热棒12的凹槽上，第2试样15置于第1试样13上，第2试样15的上端面置于冷却棒9的下端面凹槽里，定心钢球16置于冷却棒9的上端球形凹面上，压力变向节2下端面的球形凹槽置于定心钢球16上，压力变向节2与压力装置3连接.压力变向节2的支点和砝码盘17支点的力臂比为1∶5，压力变向节2对试样产生压力，插好热电偶4后，在试样周围缠上石棉布以防止辐射对流，再在外面加上石棉保温层10进行保温，确定热电偶4和温控仪表5的连线、工控机7和温控仪表5的连线、和各温控仪表5间的连线正确，调整砝码盘17上砝码的重量，打开各温控仪表5的开关按钮，进入工控机7中的接触换热系数测量采集系统，首先进入数据初始化窗口，对7050挤压铝合金和5CrMnMo模具钢的测量项目进行初始化，首先输入测量状态，当炉温恒为680℃时，测量压力为10KN、20KN、30KN，保温时间都为130分钟，然后输入材料热导率、保温时间后，450℃时7050挤压铝合金的热导率约为：170.6w·m^-1·K^-1，370℃5CrMnMo模具钢的热导率约为：42.5w·m^-1·K^-1，保温时间分别为130、130、130，然后进入制定工艺曲线的窗口，制订好加热炉11的升温曲线、保温曲线和降温曲线，即温度-时间曲线，首先输入从常温20℃升到680℃，升温时间50分钟，再在680℃下保温500分钟，得到加热炉11的升温和保温工艺曲线，制定好工艺曲线后通过串口通信6将工艺曲线写入温控仪表5中，由温控仪表5控制加热炉11的温度随着工艺曲线的变化而变化，温控仪表5自动调整仪表的输出功率给加热炉11通电，由温控仪表5控制改变加热炉11的温度随着工艺曲线的变化而变化，进入采集数据窗口，单击采集按钮采集各温控仪表5的温度信号进行采集并自动显示各热电偶4上的温度值，在采集窗口中自动绘制各热电偶4的温度时间曲线，把采集过来的数据保存在工控机7中，采集完成后进入数据计算窗口，把保存下来的采集数据和数据初始化数据调用出来进行计算，计算方法如下：首先根据试样上热电偶4的温度值求出热流，测出7050挤压铝合金和5CrMnMo模具钢在680℃炉温下，接触面压力为10KN，接触面涂上玻璃润滑剂，保温130分钟的情况下的8根热电偶4的温度分别为：471.0℃、465.2℃、459.6℃、453.8℃、400.7℃、3787℃、356.6℃、334.3℃，根据热流计算公式：

$Q=s\·\mathrm{\λ}\·\frac{\mathrm{\Δ}{T}_1}{\mathrm{\ΔL}},$

其中Q是热流，s是试样截面积，λ是试样的导热系数，ΔL是每个试样上相临两个热电偶4的距离，ΔT₁是每个试样上相临两根热电偶4ΔL上的温差，s＝π·20²/4≈314.16mm²，5CrMnMo模具钢在370℃下的导热系数约为42.5w·m^-1·K^-1，因为第2试样15上热电偶4的温差比第1试样13上热电偶4的温差大，考虑热电偶4本身的误差问题，为了减少热电偶4误差的影响，以第2试样15上的4根热电偶4上的温度值T₅、T₆、T₇、T₈来求Q，那么

ΔL为10mm，

根据接触换热系数的公式：

$h_c=\frac{Q}{s\·\mathrm{\Δ}{T}_2},$

其中h_c是界面接触换热系数，Q是热流，s是试样截面积，s＝π·20²/4≈314.16mm²，ΔT₂是接触面上的温差；

$\mathrm{\Δ}{T}_1={\mathrm{dT}}_1=\frac{(T_1-T_2)+(T_2-T_3)-(T_3-T_4)}{3}=5.7K,$

$\mathrm{\Δ}{T}_1={\mathrm{dT}}_2=\frac{(T_5-T_6)+(T_6-T_7)-(T_7-T_8)}{3}=22.1K,$

那么第1试样13的T-X图的斜率为：第2试样15的T-X图的斜率为：离接触面最近的热电偶4与接触面的距离为d，d的值为3mm，那么CT₁＝T₄-k₁×d＝452.09K，CT₂＝T₅+k₂×d＝407.33K，ΔT₂＝CT₁-CT₂＝44.76K，根据求出来的ΔT₂和热流Q代入上式得到接触换热系数：

然后进入模拟分析界面将计算出来的结果拟合出曲线来进行分析比较，了解在相同接触面温度下，不同接触面压力时接触换热系数随压力的变化是怎样变化的，最后将分析结果保存，退出系统。

Claims (10)

1.一种测量固体界面接触换热系数装置，其特征在于，将加热棒(12)、第1试样(13)、第2试样(15)、冷却棒(9)、定心钢球(16)、压力装置(3)顺序连接，加热棒(12)置于上下通孔的加热炉(11)中，加热棒(12)的凹槽的上端面与加热炉(11)的上表面相平，加热炉(11)上电炉丝的正负线和温控仪表(5)的负载输出端的正负线相连，加热炉(11)的温度范围为：0～1400℃，冷却棒(9)穿过与上支撑板(8)连接的直线轴承(1)，第1试样(13)置于加热棒(12)的凹槽上，第2试样(15)置于第1试样(13)上，第2试样(15)的上端面置于冷却棒(9)的下端面凹槽里，定心钢球(16)置于冷却棒(9)的上端球形凹面上，压力变向节(2)下端面的球形凹槽置于定心钢球(16)上面，第1试样(13)和第2试样(15)的直径为：φ10mm～φ25mm，高度为：40～100mm，试样材料范围为所有的金属固体材料，加热棒(12)凹槽深2.8mm～3.2mm，冷却棒(9)凹槽深2.8mm～3.2mm，将8根热电偶(4)分别置于第1试样(13)的四个孔中和第2试样(15)的四个孔中，孔的深度为第1试样(13)和第2试样(15)直径的一半，第1试样(13)和第2试样(15)的直径相同，热电偶(4)的直径为φ1.0±0.003mm，第1试样(13)和第2试样(15)中靠近接触面的孔与接触面的距离为2.9mm～3.1mm，每个试样上的孔间距都为9.5mm～10.5mm，孔的直径为：φ1.0mm～φ1.2mm，石棉保温层(10)扣在试样周围，将试样上8根热电偶(4)上的正负两根线分别和八块温控仪表(5)中的输入端的正负极相连，将加热炉热电偶(18)上的正负两根线和温控仪表(5)中的输入端的正负极相连，然后将各温控仪表(5)的输出端的正负两根线并联起来连接在RS232转换器上的正负接口上，再将RS232转换器和工控机(7)上的串口相连。

2.根据权利要求1所述的一种测量固体界面接触换热系数的装置，其特征在于，压力装置(3)为杠杆结构，其中，压力变向节(2)下端面的球形凹槽置于定心钢球(16)上，压力变向节(2)的支点和压力装置(3)的砝码盘(17)支点的力臂比为1∶5。

3.根据权利要求1所述的一种测量固体界面接触换热系数的装置，其特征在于，压力装置(3)为弹簧结构，其中，压力装置(3)上端的螺母(19)与螺杆导轨(22)旋转连接，螺母(19)与压力弹簧(20)顶端连接，压力弹簧(20)下端与压力板(21)连接，压力板(21)下端的球形凹槽置于定心钢球(16)上。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种测量固体界面接触换热系数装置，其特征在于，第1试样(13)和第2试样(15)之间设置有薄片(14)，薄片(14)材料为所有金属固体材料，薄片(14)叠加在第1试样(13)的上面，第2试样(15)置于叠加的薄片(14)上，薄片(14)的直径为第1试样(13)和第2试样(15)的直径，第1试样(13)和第2试样(15)的直径相同，厚度为0.48-0.52mm。

5.根据权利要求4所述的一种测量固体界面接触换热系数装置，其特征在于，两种不同材料的薄片(14)的叠加是交替叠加的。

6.根据权利要求4所述的一种测量固体界面接触换热系数装置，其特征在于，材料相同的薄片(14)的叠加是直接累加的。

7.使用权利要求1中所述的一种测量固体界面接触换热系数装置进行测量固体界面接触换热系数的方法，其特征在于，顺序连接好加热棒(12)、第1试样(13)、第2试样(15)、冷却棒(9)、定心钢球(16)、压力装置(3)后，压力装置(3)对试样产生压力，插好热电偶(4)，在试样周围缠上石棉布以防止辐射对流，再在外面加上石棉保温层(10)进行保温，试样材料为所有金属固体材料，进入工控机(7)中的接触换热系数测量采集系统，首先进入数据初始化窗口，对试样的测量项目进行初始化，然后输入相应温度下材料的热导率、保温时间，然后进入制订工艺曲线的窗口，制订加热炉(11)的升温曲线、保温曲线和降温曲线，即温度-时间曲线，将工艺曲线通过串口通信(6)写入温控仪表(5)，然后，进入采集数据窗口，单击运行按钮让与加热炉热电偶(18)相连的温控仪表(5)开始执行程序，单击采集按钮对各温控仪表(5)的温度信号进行采集并自动显示温控仪表(5)上的温度值，并自动通过画图程序在采集窗口中自动绘制各热电偶(4)的温度-时间曲线，单击保存按钮把采集过来的数据和画出的曲线数据保存在工控机(7)中，温控仪表(5)自动调整仪表的输出功率给加热炉(11)通电，温控仪表(5)控制加热炉(11)的温度随着工艺曲线的变化而变化，加热炉(11)对加热棒(12)进行加热，热流从加热棒(12)传给第1试样(13)，再由第1试样(13)传给第2试样(15)，最后由第2试样(15)传给冷却棒(9)，在试样周围采用石棉保温层(10)进行保温与隔热防止热流损失，测量采集完成后进入数据计算窗口，把保存下来的采集数据和数据初始化数据调用出来进行计算，计算方法如下：首先根据试样上热电偶(4)的温度值求出热流，热流计算公式为：

$Q=s\·\mathrm{\λ}\·\frac{\mathrm{\Δ}{T}_1}{\mathrm{\ΔL}},$

其中Q是热流，s是第1试样(13)和第2试样(15)的截面积，第1试样(13)和第2试样(15)的直径相同，λ是试样的导热系数，ΔL是试样上相临两个热电偶(4)的距离，ΔT₁是其中一个试样上相临两根热电偶(4)ΔL上的温差，ΔT₁通过测出来热电偶(4)上的温度值计算出来，当试样上8根热电偶(4)的温度值分别为：T₁、T₂、T₃、T₄、T₅、T₆、T₇、T₈，ΔT₁的值即可从第1试样(13)上的4根热电偶(4)求出也可从第2试样(15)上的4根热电偶(4)求出，取第1试样(13)上的4根热电偶(4)上的温度值T₁、T₂、T₃、T₄来求Q，那么取第2试样(15)上的4根热电偶(4)上的温度值T₅、T₆、T₇、T₈来求Q，那么然后根据接触换热系数计算公式：

$h_c=\frac{Q}{s\·\mathrm{\Δ}{T}_2},$

其中h_c是界面接触换热系数，Q是热流，s是第1试样(13)和第2试样(15)的截面积，第1试样(13)和第2试样(15)的直径相同，ΔT₂是接触面上的温差，ΔT₂可用外延法求得，两试样在接触界面处的温度分别为CT₁和CT₂，它们间的差值即为温差ΔT₂，

d为离接触面最近的热电偶(4)与接触面的距离，ΔT₂＝CT₁-CT₂，将ΔT₂、Q代入接触换热系数计算公式求出h_c，最后将计算结果保存，退出系统。

8.根据权利要求7所述的一种测量固体界面接触换热系数的方法，其特征在于，第1试样(13)与第2试样(15)的接触面之间加入与各自试样材料相同的薄片(14)，薄片(14)的表面状态和试样的表面状态相同，试样材料为所有金属固体材料，顺序连接好加热棒(12)、第1试样(13)、薄片(14)、第2试样(15)、冷却棒(9)、定心钢球(16)、压力装置(3)后，插好热电偶(4)，在试样周围缠上石棉布以防止辐射对流，再在外面加上石棉保温层(10)进行保温，进入工控机(7)中的接触换热系数测量采集系统，热流从加热棒(12)传给第1试样(13)，再由第1试样(13)传给薄片(14)，再由薄片(14)传给第2试样(15)，再由第2试样(15)传给冷却棒(9)，总的薄片(14)数量为偶数个，数量范围为：2～20个，当薄片(14)数为n个时，接触换热系数的计算方法为：当试样上8根热电偶(4)的温度值分别为：T₁、T₂、T₃、T₄、T₅、T₆、T₇、T₈，首先根据试样上热电偶(4)的温度值求出热流，热流计算公式为：

$Q=s\·\mathrm{\λ}\·\frac{\mathrm{\Δ}{T}_1}{\mathrm{\ΔL}},$

其中Q是热流，s是第1试样(13)和第2试样(15)的截面积，第1试样(13)和第2试样(15)的直径相同，λ是试样的导热系数，ΔL是试样上相临两个热电偶(4)的距离，ΔT₁是其中一个试样上相临两根热电偶(4)ΔL上的温差，ΔT₁通过测出来热电偶(4)上的温度值计算出来，ΔT₁的值即可从第1试样(13)上的4根热电偶(4)求出也可从第2试样(15)上的4根热电偶(4)求出，取第1试样(13)上的4根热电偶(4)上的温度值T₁、T₂、T₃、T₄来求Q，那么

取第2试样(15)上的4根热电偶(4)上的温度值T₅、T₆、T₇、T₈来求Q，那么

然后根据接触换热系数计算公式：

$h_c=\frac{Q}{s\·\mathrm{\Δ}{T}_2},$

其中h_c是界面接触换热系数，Q是热流，s是第1试样(13)和第2试样(15)的截面积，第1试样(13)和第2试样(15)的直径相同，ΔT₂是接触面上的温差，ΔT₂可用外延法求得，两试样在接触界面处的温度分别为CT₁和CT₂，它们间的差值即为温差ΔT₂，

d为离接触面最近的热电偶(4)与接触面的距离，假设薄片(14)的厚度为h，那么ΔT₂＝[(CT₁-CT₂)-n×h×dT₁/(2×ΔL)-n×h×dT₂/(2×ΔL)]/(n+1)，将求出来的热流Q和用外延法求出来的ΔT₂代入接触换热计算公式得到接触换热系数h_c，最后将计算结果保存，退出系统。

9.根据权利要求7所述的一种测量固体界面接触换热系数的方法，其特征在于，在第1试样(13)和第2试样(15)的接触面上加中间介质，试样的材料范围为所有的金属固体材料，接触面加入中间介质计算接触换热系数的方法为：热流从加热棒(12)传给第1试样(13)，再由第1试样(13)传给第2试样(15)，再由第2试样(15)传给冷却棒(9)，顺序连接好加热棒(12)、第1试样(13)、第2试样(15)、冷却棒(9)、定心钢球(16)、压力装置(3)后，压力装置(3)对试样产生压力，插好热电偶(4)，在试样周围缠上石棉布以防止辐射对流，再在外面加上石棉保温层(10)进行保温。

10.根据权利要求8所述的一种测量固体界面接触换热系数的方法，其特征在于，在第1试样(13)和第2试样(15)的接触面上加中间介质，在第1试样(13)与第2试样(15)的接触面之间加入各自相同材料的薄片(14)，各薄片(14)的接触面之间也加上相同的中间介质，试样和薄片(14)的材料范围为所有的金属固体材料，试样和薄片(14)的材料范围为所有的金属固体材料，总的薄片(14)数量为偶数，数量范围为：2～20个.

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