CN208568434U - 一种高能量密度热流测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高能量密度热流测试装置，包括反射基体、集能器、红外线发热装置，所述反射基体呈椭球状，反射基体过长轴的纵截面呈椭圆形，所述椭圆的一个焦点位于集能器上、另一个焦点处设置红外线发热装置，所述反射基体的内表面为反射面；所述集能器下方设置坩埚，所述坩埚下方设置金属夹套，所述坩埚底面与金属夹套的外表面接触，所述金属夹套连接有进水口、出水口，所述进水口、出水口内均设置有温度传感器。本实用新型的目的在于提供一种高能量密度热流测试装置，以解决现有技术中热流测试时难以将被测物体的能量密度快速提高至高位的问题，实现简单快速的对高能量密度热流进行测试的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及热流测试领域，具体涉及一种高能量密度热流测试装置。
背景技术
热流是在单位时间内流经单位面积的热量，也可把热流理解为热能通过单位面积的速率。热流单位是W/m2。为测量某一局部的热辐射强度、热对流强度、热传导强度或总的传热速率，常采用热流计进行检测。对于某些耐高温材料而言，要想检测其热流，如热传导系数、热流传递速度等，需要将温度升高至极高的程度，如能量密度1MW/m2时，温度需要升高至1600℃左右，此时才能够有效的对高能量密度的物体进行热流传递速度的测试。此种情况下，若采用传统的电阻式加热方式，几乎不可能使被测物体达到如此高的能量密度；若采用感应式或微波式加热，如被加热材料在感应磁场下，而不产生电涡流或产生涡流很小或不吸收微波，也就极难达到1MW/m2的能量密度。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种高能量密度热流测试装置，以解决现有技术中热流测试时难以将被测物体的能量密度快速提高至高位的问题，实现简单快速的对高能量密度热流进行测试的目的。
本实用新型通过下述技术方案实现：
一种高能量密度热流测试装置，包括反射基体、集能器、红外线发热装置，所述反射基体呈椭球状，反射基体过长轴的纵截面呈椭圆形，所述椭圆的一个焦点位于集能器上、另一个焦点处设置红外线发热装置，所述反射基体的内表面为反射面；所述集能器下方设置坩埚，所述坩埚下方设置金属夹套，所述坩埚底面与金属夹套的外表面接触，所述金属夹套连接有进水口、出水口，所述进水口、出水口内均设置有温度传感器。
针对现有技术中热流测试时难以将被测物体的能量密度快速提高至高位的问题，本实用新型提出一种高能量密度热流测试装置，本装置通过红外线发热装置进行发热，通过发射基体反射并集中所发出的红外线，由集能器统一接收被反射的红外线，使得集能器升温，被测物体放置在坩埚内，通过集能器将热能传递至被测物体，再通过坩埚传递至金属夹套。金属夹套即是由金属材料制作而成的夹套，进水口、出水口用于实现冷却水在夹套内的的稳定流动，利用金属材料优良的导热性能，将热量快速的通过夹套内流动的冷却水进行冷却，通过测量冷却水进出夹套两端的温度差，再结合冷却水的流量，本领域技术人员即能够计算出能量在物料中的热流传递速度和热流能量密度。本实用新型中反射基体呈椭球状，其内表面为反射面，用于反射红外线发热装置所发出的红外线，红外线发热装置位于反射基体内部，由于反射基体过长轴的纵截面呈椭圆形，因此设置红外线发热装置位于该椭圆的一个焦点上，而该椭圆的另一个焦点位于集能器上。由椭圆的光学性质可知：从椭圆的一个焦点发出的光线或声波在经过椭圆周上反射后，反射都经过椭圆的另一个焦点。因此，具体到本实用新型中，就是从红外线发热装置发出的红外线在经过发射基体内表面反射后，都会集中到集能器上，从而通过反射基体实现对红外线的超高效的利用，由于红外线发射装置位于反射基体内部，因此本实用新型中红外线发射装置所产生的能量利用率极高，除了红外线反射过程中的不可避免的损耗外，没有其他多余消耗，以此实现对集能器短时间内的快速升温效果，使得集能器能够简单快速的提高能量密度，集能器的能量密度被快速提高，而本实用新型使用时放置在坩埚内的被测物体的顶部直接与集能器底面接触，因此即能够实现对被测物体能量密度的快速提升，以此解决了现有技术中热流测试时难以将被测物体的能量密度快速提高至高位的问题。
优选的，所述反射基体有两个，所述集能器位于两个反射基体之间，两个反射基体各有一个过长轴的纵截面的椭圆焦点位于集能器上。本方案中集能器位于两个反射基体之间，对于每个反射基体而言，都能够通过内表面将各自中红外线发热装置所发出的红外线反射至集能器上，使得集能器同时接受两个反射基体所反射来的红外线，进一步提高集能器的升温效率。同时由于两个反射基体分别位于集能器的两侧，因此本方案还能够使得集能器受热更加均匀稳定。
优选的，所述集能器呈圆柱状，集能器的轴线垂直于反射基体的长轴，位于集能器上的焦点处于集能器横截面半径的中点处。即是位于集能器上的椭圆焦点既不在集能器的表面、也不在集能器的轴线上，而是位于圆柱状的集能器横截面半径的中点上，使得反射到集能器表面的红外线呈面分布，能够均匀的对集能器表面进行升温加热，同时又能够确保红外线全部都经过一次反射到集能器表面被接收，避免能量浪费，避免二次反射导致能量损耗。其中集能器的横截面是指垂直于圆柱轴线方向的截面。
优选的，所述集能器由碳化硅或石墨制作而成。传统集能器大都采用金属材料制作而成，利用金属优良的导热系数进行能量的快速传递，然而金属都具有金属光泽，其表面对于红外线会产生二次反射，造成能量的极大浪费。而本方案中优选非金属的碳化硅或石墨作为集能器，碳化硅和石墨都具有耐高温、导热性能好的特点，同时表面暗淡不具有光泽，对光线的吸收效果好、反射能力极弱，因此能够进一步提高能量利用率，降低能量损耗，提高被测物体能量密度的提升效率。
优选的，所述红外线发热装置为环形的红外线加热管，所述红外线加热管的圆心为所述椭圆的焦点。本方案中的红外线发热装置不再是点热源，而是环形的结构，由于其圆心为所述椭圆的焦点，因此它发出的红外线仍然能够被反射基体反射至集能器上，同时进一步提高了集能器表面接收能量的均匀性和分散性，使得集能器更加整体的进行同步升温，克服单点升温再内部导热的升温方式所带来的集能器内部自身能量损耗。
优选的，所述集能器上方设置隔热保温套，所述坩埚外部套设坩埚保温套，所述坩埚的底板由导热材料制作而成。隔热保温套用于阻隔热量向集能器上方散溢，确保热量从集能器下方传导至被测物体上。坩埚保温套用于阻隔热量经过坩埚侧壁散溢，确保热量从坩埚底部传导至金属夹套上，进一步降低本实用新型工作过程中无谓的能量损耗。
优选的，所述金属夹套为板状，金属夹套由金属铜制作而成。
优选的，所述集能器内设置集能器测温元件。集能器测温元件优选为热电偶，用于监测集能器的温度，为工作人员提供更加精确可靠的调控依据；还可以通过集能器测温元件的监测，由控制器实现对红外线发热装置发热功率的自动调控。
优选的，还包括连通至所述坩埚内的气体缓冲罐，所述气体缓冲罐上设置N个气嘴，其中N≥2。气体缓冲罐与坩埚连通，用于向坩埚内供入保护气体如氮气、一氧化碳、二氧化碳等。气嘴的数量为N个，因此可以通过N个气嘴分别连通至保护气气瓶等，从而根据需要在不同工况下为坩埚内的被测物体提供不同的气体环境。
优选的，还包括底座，所述坩埚、金属夹套均固定在底座上，所述底座上设置相互平行的光轴、丝杆，所述光轴、丝杆均垂直于底座上表面，所述光轴上套设套筒，所述丝杆上套设与丝杆相匹配的螺纹套，所述套筒、螺纹套均与反射基体固定连接，所述丝杆由电机驱动进行转动。通过套筒和螺纹套，使得反射基体设置在底座上，电机工作带动丝杆转动，由于螺纹套与反射基体固定连接，因此螺纹套无法转动，所以螺纹套只能在丝杆上进行上下移动，从而带动反射基体在底座上方进行高度的调整，从而实现反射基体和坩埚之间相对高差的调整，使得本实用新型能够适用于各种高度大小的被测物体使用，使用时只需装入被测物体至坩埚中，根据被测物体实际高度调整反射基体高度，使得反射基体的底面与被测物体接触即可。
本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本实用新型一种高能量密度热流测试装置，从红外线发热装置发出的红外线在经过发射基体内表面反射后，都会集中到集能器上，从而通过反射基体实现对红外线的超高效的利用，由于红外线发射装置位于反射基体内部，因此本实用新型中红外线发射装置所产生的能量利用率极高，除了红外线反射过程中的不可避免的损耗外，没有其他多余消耗，以此实现对集能器短时间内的快速升温效果，使得集能器能够简单快速的提高能量密度，集能器的能量密度被快速提高，而本实用新型使用时放置在坩埚内的被测物体的顶部直接与集能器底面接触，因此即能够实现对被测物体能量密度的快速提升，以此解决了现有技术中热流测试时难以将被测物体的能量密度快速提高至高位的问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：
图1为本实用新型具体实施例的结构示意图；
图2为本实用新型具体实施例中集能器和反射基体的位置关系示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-反射基体，2-集能器，3-红外线发热装置，4-坩埚，5-金属夹套，6-进水口，7-出水口，8-隔热保温套，9-坩埚保温套，10-集能器测温元件，11-气体缓冲罐，12-底座，13-光轴，14-丝杆，15-套筒，16-螺纹套，17-电机。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。
实施例1：
如图1与图2所示的一种高能量密度热流测试装置，包括反射基体1、集能器2、红外线发热装置3，所述反射基体1呈椭球状，反射基体1过长轴的纵截面呈椭圆形，所述椭圆的一个焦点位于集能器2上、另一个焦点处设置红外线发热装置3，所述反射基体1的内表面为反射面；所述集能器2下方设置坩埚4，所述坩埚4下方设置金属夹套5，所述坩埚4底面与金属夹套5的外表面接触，所述金属夹套5连接有进水口6、出水口7，所述进水口6、出水口7内均设置有温度传感器。
实施例2：
如图1与图2所示的一种高能量密度热流测试装置，在实施例1的基础上，所述反射基体1有两个，所述集能器2位于两个反射基体1之间，两个反射基体1各有一个过长轴的纵截面的椭圆焦点位于集能器2上。所述集能器2呈圆柱状，集能器2的轴线垂直于反射基体1的长轴，位于集能器2上的焦点处于集能器2横截面半径的中点处。所述集能器2由碳化硅或石墨制作而成。所述红外线发热装置3为环形的红外线加热管，所述红外线加热管的圆心为所述椭圆的焦点。所述集能器2上方设置隔热保温套8，所述坩埚4外部套设坩埚保温套9，所述坩埚4的底板由导热材料制作而成。所述金属夹套5为板状，金属夹套5由金属铜制作而成。所述集能器2内设置集能器测温元件10。还包括连通至所述坩埚4内的气体缓冲罐11，所述气体缓冲罐11上设置N个气嘴，其中N≥2。还包括底座12，所述坩埚4、金属夹套5均固定在底座12上，所述底座12上设置相互平行的光轴13、丝杆14，所述光轴13、丝杆14均垂直于底座12上表面，所述光轴13上套设套筒15，所述丝杆14上套设与丝杆14相匹配的螺纹套16，所述套筒15、螺纹套16均与反射基体1固定连接，所述丝杆14由电机17驱动进行转动。
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高能量密度热流测试装置，其特征在于，包括反射基体(1)、集能器(2)、红外线发热装置(3)，所述反射基体(1)呈椭球状，反射基体(1)过长轴的纵截面呈椭圆形，所述椭圆的一个焦点位于集能器(2)上、另一个焦点处设置红外线发热装置(3)，所述反射基体(1)的内表面为反射面；所述集能器(2)下方设置坩埚(4)，所述坩埚(4)下方设置金属夹套(5)，所述坩埚(4)底面与金属夹套(5)的外表面接触，所述金属夹套(5)连接有进水口(6)、出水口(7)，所述进水口(6)、出水口(7)内均设置有温度传感器。
2.根据权利要求1所述的一种高能量密度热流测试装置，其特征在于，所述反射基体(1)有两个，所述集能器(2)位于两个反射基体(1)之间，两个反射基体(1)各有一个过长轴的纵截面的椭圆焦点位于集能器(2)上。
3.根据权利要求2所述的一种高能量密度热流测试装置，其特征在于，所述集能器(2)呈圆柱状，集能器(2)的轴线垂直于反射基体(1)的长轴，位于集能器(2)上的焦点处于集能器(2)横截面半径的中点处。
4.根据权利要求1所述的一种高能量密度热流测试装置，其特征在于，所述集能器(2)由碳化硅或石墨制作而成。
5.根据权利要求1所述的一种高能量密度热流测试装置，其特征在于，所述红外线发热装置(3)为环形的红外线加热管，所述红外线加热管的圆心为所述椭圆的焦点。
6.根据权利要求1所述的一种高能量密度热流测试装置，其特征在于，所述集能器(2)上方设置隔热保温套(8)，所述坩埚(4)外部套设坩埚保温套(9)，所述坩埚(4)的底板由导热材料制作而成。
7.根据权利要求1所述的一种高能量密度热流测试装置，其特征在于，所述金属夹套(5)为板状，金属夹套(5)由金属铜制作而成。
8.根据权利要求1所述的一种高能量密度热流测试装置，其特征在于，所述集能器(2)内设置集能器测温元件(10)。
9.根据权利要求1所述的一种高能量密度热流测试装置，其特征在于，还包括连通至所述坩埚(4)内的气体缓冲罐(11)，所述气体缓冲罐(11)上设置N个气嘴，其中N≥2。
10.根据权利要求1所述的一种高能量密度热流测试装置，其特征在于，还包括底座(12)，所述坩埚(4)、金属夹套(5)均固定在底座(12)上，所述底座(12)上设置相互平行的光轴(13)、丝杆(14)，所述光轴(13)、丝杆(14)均垂直于底座(12)上表面，所述光轴(13)上套设套筒(15)，所述丝杆(14)上套设与丝杆(14)相匹配的螺纹套(16)，所述套筒(15)、螺纹套(16)均与反射基体(1)固定连接，所述丝杆(14)由电机(17)驱动进行转动。
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