CN208125653U - 一种热气流冲击下纺织品传热性能的测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种热气流冲击下纺织品传热性能的测试装置，所述测试装置包括样品台、热流发生装置、滑道、平板、支架、支架上固定样品的夹具、升降台、红外热像仪。利用高转速风扇和电热丝提供热流，利用热流计测量热气流在待测织物表面换热的热通量值。红外热像仪在不接触待测织物条件下可测试织物背面的温度云图，获得热量在织物样品厚度方向上的传递过程。整个测试装置结构简单，可调节参数少，操作简单快速。整个测试过程不损坏待测织物，可重复试验，节省成本，操作安全，实用性强。

Description

一种热气流冲击下纺织品传热性能的测试装置

技术领域

本实用新型属于纺织材料传热性能测试技术领域，涉及一种热气流冲击下纺织品传热性能的测试装置。

背景技术

近年来，热防护纺织材料已广泛应用于消防服、石油化工设备、容器、管道的高温隔热、保温；汽车发动机的隔热罩、重油发动机排气管的包裹物等等。随着计算机科学与信息技术的不断发展，目前人们已经开始应用数值模拟的方法研究纺织品的传热性能。利用数值模拟方法对纺织材料的热传递性能进行模拟，不仅简单、快捷，降低成本、节约资源、减少烟毒，而且可为各类热防护纺织产品的设计、隔热性能的评估和优化等提供重要的理论基础。

以往在热流冲击下对材料传热性能的研究主要集中在高速飞行器用热防护材料，高速飞行器在真实服役环境中表面承受的热流冲击随其速度的增加而增大，要求材料具有良好的隔热性能以适应苛刻的热环境。为保证飞行器安全，通常需要实验对热防护材料的传热性能进行检测，其中常用方法是利用风洞实验和电弧喷射测试对材料热防护性能进行考核。风洞实验利用相似性原理，模拟真实的飞行环境，测试材料表面热流密度值，为研究飞行器表面材料的传热性能提供可用数据，但该实验具有操作繁琐、成本高、耗时长、精度低、不可重复性等弊端。电弧喷射测试利用经过两组电极之间的连续电弧将气流加热至高温状态，但该测试仅考虑高温气流作用，测试样品面积小，热通量值不易控制。因此需要研发一种简单操作，成本低，能够精确测试在高温或低温热流冲击下材料传热性能的测试装置和设备。

针对现有研究中的不足，本实用新型的目的是提供一种在热气流冲击过程中，能够准确测量纺织品表面的热通量和织物背面温升情况的测试装置。通过测试准确获得在热流冲击下纺织品表面的热通量随时间的变化情况，将其应用于热防护的数值模拟研究，将非常有助于提高热防护纺织品传热性能数值模拟的精度；另外实验验证是对纺织品传热数值模拟结果准确性进行检验的最好方法，利用本实用新型所设计的装置可准确获得在热流冲击下纺织品背面的温度云图，可为纺织品传热性能数值模拟结果的准确性验证提供有利的测试工具。这可为纺织品传热基础理论研究和工程应用提供有利的测量工具，还可为以后研究高温热流下热防护织物的开发应用提供可靠依据。

实用新型内容

为解决现有技术的不足，本实用新型提供一种热气流冲击下纺织品传热性能的测试装置。利用高转速风扇和电热丝提供热流，利用热流计测量热气流在待测织物表面换热的热通量值。红外热像仪在不接触待测织物条件下可测试织物背面的温度云图，获得热量在织物样品厚度方向上的传递过程。整个测试装置结构简单，可调节参数少，操作简单快速。整个测试过程不损坏待测织物，可重复试验，节省成本，操作安全，实用性强。

本实用新型解决所述技术问题的技术方案是：设计一种热气流冲击下纺织品传热性能的测试装置，其特征在于，所述测试装置包括样品台、热流发生装置、滑道、平板、支架、支架上固定样品的夹具、升降台、红外热像仪。

所述滑道安装在样品台上，滑道包括内管、外管，内管固定在样品台上，外管可沿内管滑动。热流发生装置安装在滑道的一侧，红外热像仪通过升降台安装在滑道的另一侧，红外热像仪的镜头正对待测样品。平板固定在外管上，支架为“L”型，其横向段水平固定在平板上，待测样品通过夹具固定在正对热流发生装置一侧的支架的竖直段上。

所述热流发生装置的外壳上设置有电源开关、冷/热风开关和出风口，出风口正对待测样品。其内部从左到右依次设置有高速电机、风扇、电热丝，电热丝靠近出风口。

市电通过电源开关接入到测试装置中，高速电机与电热丝分别与市电导通，高速电机与风扇轴向连接。冷/热风开关安装在电热丝的导电线上，以控制电热丝与市电的导通与中断。

另设置有热流计，将热流计的探头通过导热贴固定在正对着出风口的待测样品的外表面上，以测试待测样品表面热通量大小变化。

另设置有数字式风速仪，以测试出风口的风速大小。

滑道由内管和外管组成，内管固定不动，通过滑动外管来调节待测样品与出风口的距离。所述内管和外管上每隔一定距离设置有限位孔，当调节待测样品到达距离出风口指定的距离后，通过在限位孔内插入螺丝钉来固定外管的位置。

与现有技术相比，本实用新型通过测试准确获得在热流冲击下纺织品表面的热通量随时间的变化情况，将其应用于热防护的数值模拟研究，将非常有助于提高热防护纺织品传热性能数值模拟的精度；另外实验验证是对纺织品传热数值模拟结果准确性进行检验的最好方法，利用本实用新型所设计的装置可准确获得在热流冲击下纺织品背面的温度云图，可为纺织品传热性能数值模拟结果的准确性验证提供有利的测试工具。这可为纺织品传热基础理论研究和工程应用提供有利的测量工具。

附图说明

图1为本实用新型一种实施例的测试装置结构示意图。

图2为本实用新型一种实施例的热流发生装置的主视图。

图3为本实用新型一种实施例的热流发生装置内部主要元件装配示意图。

图4为实施例一、实施例二所得测试数据曲线图。

图5为实施例三、实施例四所得测试数据曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述。

本实用新型提供一种热气流冲击下纺织品传热性能的测试装置(简称测试装置，参见图1-3)，其特征在于，所述测试装置包括样品台1、热流发生装置2、平板3、滑道4、支架5、支架上固定样品的夹具6、升降台8、红外热像仪9。

所述滑道4安装在样品台1上，滑道4包括内管41、外管42，内管41固定在样品台1上，外管42可沿内管41滑动。热流发生装置2安装在滑道4的一侧，红外热像仪9通过升降台8安装在滑道4的另一侧，红外热像仪的镜头正对待测样品7。平板3固定在外管42上，支架5为“L”型，其横向段水平固定在平板3上，待测样品7通过夹具6固定在正对热流发生装置2一侧的支架5的竖直段上。

所述热流发生装置2的外壳上设置有电源开关21、冷/热风开关22和出风口23，出风口23正对待测样品7。其内部从左到右依次设置有高速电机24、风扇25、电热丝26，电热丝26靠近出风口23。

市电通过电源开关21接入到测试装置中，高速电机24与电热丝26分别与市电导通，高速电机24与风扇25轴向连接。冷/热风开关22安装在电热丝26的导电线上，以控制电热丝26与市电的导通与中断。

另设置有热流计，将热流计的探头通过导热贴固定在正对着出风口23的待测样品7的外表面上，以测试待测样品7表面热通量大小变化。

另设置有数字式风速仪(德国Testo 425)，以测试出风口23的风速大小。

数字式风速计为单独的设备，目的测定出风口的风速，测试完可以撤除。

热流计为单独的设备，目的是在一定环境中，测定距离出风口一定距离的待测织物表面的热通量值，测试完可以撤除。

滑道4由内管41和外管42组成，内管41固定不动，通过滑动外管42来调节待测样品7与出风口23的距离。所述内管41和外管42上每隔一定距离设置有限位孔，当调节待测样品7到达距离出风口23指定的距离后，通过在限位孔内插入螺丝钉来固定外管42的位置。

所述的热流计用来测定在单位时间内流经单位面积的热量，热流单位是W/m2，本实用新型所有的热流计为接触式热流计(瑞士GreenTEG)，放置在滑道一侧附近，需要用导热贴把热流计的探头固定在测试材料上，使其正对着出风口，测试一定时间下纺织品表面热通量变化情况。

所述红外热像仪是一种通过非接触探测红外热量的设备(美国FLUKE)，它允许远程检测红外辐射能量，并将其转换为电信号，进而在显示器上生成热图像，这种热像图与物体表面的热分布场相对应，热图像上的不同颜色代表被测物体的不同温度。红外热像仪放置在样品台旁边的升降台上方，升降台用来调节热像仪的高度，使其正好与测试样品高度一致。

所述红外热像仪能够实时监测规定时间内不同时间间隔测试区域的温度变化，并可获得温度随时间的变化曲线，还能获得二维温度分布云图。而传统测试方法通常采用热电偶测试在某一特定时刻织物表面的瞬时温度值，且测试时热电偶必须接触待测物体，而热电偶的引入会影响到织物的传热过程，对实验结果带来误差。

进一步的，本实用新型提供一种热气流冲击下纺织品传热性能的测试方法，其特征在于，该测试方法采用上述测试装置和下述步骤：

步骤一：将待测织物用若干夹具在不施加张力的情况下平整的固定在样品架上，使待测织物正中间对着出风口。

步骤二：调整样品与出风口的距离，并用螺丝钉固定滑道的尾端，防止滑道移动，造成测量误差。

步骤三：打开热流装置上的开关，按下数字式风速计的电源键将风速计打开并调零，测试出风口的风速大小，多次测量求其平均值。

步骤四：利用导热贴将热流计的探头正对着出风口固定在待测织物表面，打开热流计开关，测试待测织物表面热通量大小变化。

步骤五：测试完出风口的风速大小和待测织物表面的热通量值，关闭风速计、热流计和热流发生装置的开关。调整升降台距待测织物的距离，这里我们选用15cm-20cm的范围，调整升降台的高度，以使红外热像仪的镜头对着样品。

步骤六：打开红外热像仪，进入设置页面，设置测试温度的范围和测试时间；设置完成后进入测试页面。调整好待测织物与出风口和红外热像仪之间的距离，打开热流发生装置的开关，打开热风开关，启动红外热像仪的测试页面，开始测试，利用红外热像仪记录待测织物在测试区域内背面温度云图变化情况，获得待测织物背面温度随时间变化的曲线。

实施例一

本实施例提供一种热气流冲击下纺织品传热性能的测试方法及测试装置，所述测试装置如上所述，所述测试方法如下：

步骤一：将300mm×200mm的待测碳纤维平纹织物用若干夹具在不施加张力的情况下平整的固定在样品架上，使碳纤维平纹织物正中间对着出风口。

步骤二：调整样品与出风口的距离，使碳纤维平纹织物距出风口10mm位置处，并用螺丝钉固定滑道的尾端，防止滑道移动。

步骤三：打开热流发生装置的开关，打开风扇开关，按下数字式风速计的电源键将风速计打开并调零，测试出风口的风速大小，多次测量求其平均值，测试完后将数字式风速仪收起放好。

步骤四：利用导热贴将热流计的探头正对着出风口固定在碳纤维织物外表面，测试并记录80s内碳纤维平纹织物表面的热通量值，测试完移除热流计。

步骤五：测试完出风口的风速大小和待测织物表面的热通量值后，调整升降台距待测织物的距离，调整升降台的高度，以使红外热像仪的镜头正对着样品。

步骤六：打开红外热像仪，设置测试温度的范围和测试时间，设置完成后进入测试页面。调整好待测织物与出风口和红外热像仪之间的距离，启动热像仪的测试页面，打开热流设备的开关，打开热风开关，开始测试，利用红外热像仪记录待测织物背面的温度云图变化情况，获得待测织物背面温度随时间变化的曲线。红外热像仪能够实时监测规定时间内不同时间下的测试区域的温度变化曲线。

实施例二

本实施例提供一种热气流冲击下纺织品传热性能的测试方法及测试装置，所述测试装置如上所述，所述测试方法如下：

步骤一：将300mm×200mm的待测2/1碳纤维斜纹织物用若干夹具在不施加张力的情况下平整的固定在样品架上，使玻璃纤维平纹织物正中间对着出风口。

步骤二：调整样品与出风口的距离，使碳纤维斜纹织物距出风口10mm处，并用螺丝钉固定滑道的尾端，防止滑道移动。

步骤三：打开热流设备，打开冷风开关，按下数字式风速计的电源键将风速计打开并调零，测试出风口的风速大小，多次测量求其平均值，测试完后将数字式风速仪收起放好。

步骤四：利用导热贴将热流计的探头正对着出风口固定在碳纤维斜纹织物外表面，打开热流发生装置开关，打开热风开关，测试80s内碳纤维斜纹织物表面热通量大小变化，测试完移除热流计。

步骤五：测试完出风口的风速大小和待测织物表面的热通量值，关闭风速计和热流计的开关。调整升降台距待测织物的距离，调整升降台的高度，以使红外热像仪的镜头对着样品。

步骤六：打开红外热像仪，设置测试温度的范围和测试时间，设置完成后进入测试页面。调整好待测织物与出风口和红外热像仪之间的距离，启动热像仪的测试页面，打开热流设备的开关，打开热风开关，开始测试，利用红外热像仪记录待测织物背面的温度云图变化情况，获得待测织物背面温度随时间变化的曲线。

实施例三

本实施例提供一种热气流冲击下纺织品传热性能的测试方法及测试装置，所述测试装置如上所述，所述测试方法如下：

步骤一：将300mm×200mm的待测2/1玻璃纤维斜纹织物用若干夹具在不施加张力的情况下平整的固定在样品架上，使2/1玻璃纤维斜纹织物正中间对着出风口。

步骤二：调整样品与出风口的距离，使2/1玻璃纤维织物距出风口10mm处，并用螺丝钉固定滑道的尾端，防止滑道移动。

步骤三：打开热流发生装置开关，打开风扇开关，按下数字式风速计的电源键将风速计打开并调零，测试出风口的风速大小，多次测量求其平均值，测试完后将数字式风速仪收起放好。

步骤四：利用导热贴将热流计的探头正对着出风口固定在玻纤斜纹织物外表面，打开热流发生装置开关，打开热风开关，测试80s内玻纤斜纹织物表面热通量大小变化，测试完移除热流计。

步骤五：测试完出风口的风速大小和待测织物表面的热通量值，关闭风速计和热流计的开关。调整升降台距待测织物的距离，调整升降台的高度，以使红外热像仪的镜头对着样品。

步骤六：打开红外热像仪，设置测试温度的范围和测试时间，设置完成后进入测试页面。调整好待测织物与出风口和红外热像仪之间的距离，启动热像仪的测试页面，打开热流设备的开关，打开热风开关，开始测试，利用红外热像仪记录待测织物背面的温度云图变化情况，获得待测织物背面温度随时间变化的曲线。

实施例四

本实施例提供一种热气流冲击下纺织品传热性能的测试方法及测试装置，所述测试装置如上所述，所述测试方法如下：

步骤一：将300mm×200mm的待测2/1玻璃纤维斜纹织物用若干夹具在不施加张力的情况下平整的固定在样品架上，使2/1玻璃纤维斜纹织物正中间对着出风口。

步骤二：调整样品与出风口的距离，使2/1玻璃纤维斜纹织物距出风口30mm处，并用螺丝钉固定滑道的尾端，防止滑道移动。

步骤三：打开热流发生装置开关，打开风扇开关，按下数字式风速计的电源键将风速计打开并调零，测试出风口的风速大小，多次测量求其平均值，测试完后将数字式风速仪收起放好。

步骤四：利用导热贴将热流计的探头正对着出风口固定在玻纤斜纹织物外表面，打开热流发生装置开关，打开热风开关，测试80s内玻纤斜纹织物表面热通量大小变化，测试完移除热流计。

步骤五：测试完出风口的风速大小和待测织物表面的热通量值，关闭风速计和热流计的开关。调整升降台距待测织物的距离，调整升降台的高度，以使红外热像仪的镜头对着样品。

步骤六：打开红外热像仪，设置测试温度的范围和测试时间，设置完成后进入测试页面。调整好待测织物与出风口和红外热像仪之间的距离，启动热像仪的测试页面，打开热流设备的开关，打开热风开关，开始测试，利用红外热像仪记录待测织物背面的温度云图变化情况，获得待测织物背面温度随时间变化的曲线。

实施例一、实施例二所得测试数据如图4所示。在保持加载的热通量相同时，并保持织物经纬密度和纱线线密度相同，碳纤平纹织物背面升温温度大于斜纹织物的背面升温温度。这是因为在其他条件相同时，不同组织的织物会在织物正反面形成不同的浮长线，经纬纱的交织次数也不相同，浮长线越短，交织次数越多，织物较紧密，可容纳的静止空气较少。因静止空气的导热系数比纤维小的多，可减缓热量在织物厚度方向的传递。本实用新型测试方法所得结果与理论相符。

实施例三、实施例四所得测试数据如图5所示。在织物组织、经纬纱密度，纱线线密度相同时，在距离热流发生装置出风口位置不同时(即不同热通量下)织物背面温度曲线分布不同，施加的热通量值小时，背面温度升温较慢，跟实际情况相符。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。

Claims (3)

1.一种热气流冲击下纺织品传热性能的测试装置，其特征在于，包括样品台、热流发生装置、平板、滑道、支架、支架上固定样品的夹具、升降台、红外热像仪；所述滑道安装在样品台上，滑道包括内管、外管，内管固定在样品台上，外管可沿内管滑动；热流发生装置安装在滑道的一侧，红外热像仪通过升降台安装在滑道的另一侧，红外热像仪的镜头正对待测样品；平板固定在外管上，支架为“L”型，其横向段水平固定在平板上，待测样品通过夹具固定在正对热流发生装置一侧的支架的竖直段上；

所述热流发生装置的外壳上设置有电源开关、冷/热风开关和出风口，出风口正对待测样品；其内部从左到右依次设置有高速电机、风扇、电热丝，电热丝靠近出风口；市电通过电源开关接入到测试装置中，高速电机与电热丝分别与市电导通，高速电机与风扇轴向连接；冷/热风开关安装在电热丝的导电线上，以控制电热丝与市电的导通与中断；

滑道由内管和外管组成，内管固定不动，通过滑动外管来调节待测样品与出风口的距离；所述内管和外管上每隔一定距离设置有限位孔，当调节待测样品到达距离出风口指定的距离后，通过在限位孔内插入螺丝钉来固定外管的位置；

另设置有热流计，将热流计的探头通过导热贴固定在正对着出风口的待测样品的外表面上，以测试待测样品表面热通量大小变化；

另设置有数字式风速仪，以测试出风口的风速大小。

2.根据权利要求1所述的一种热气流冲击下纺织品传热性能的测试装置，其特征在于，所述数字式风速仪为德国Testo 425。

3.根据权利要求1所述的一种热气流冲击下纺织品传热性能的测试装置，其特征在于，所述红外热像仪为美国FLUKE。