【摘要】：材料導熱系數(shù)的測試在生產(chǎn)生活,工程建設(shè),節(jié)能環(huán)保等各方面都有很重要的意義。目前已有的導熱系數(shù)測試方法大多是為常導熱系數(shù)開發(fā)的,而實際工程中導熱系數(shù)隨溫度發(fā)生變化的材料隨處可見,此類材料導熱系數(shù)的測試有十分重要的工程意義。導熱系數(shù)隨溫度發(fā)生變化的材料又可以分為溫變導熱系數(shù)材料和連續(xù)相變材料,二者的區(qū)別是前者不發(fā)生相變。首先,通過閱讀整理文獻,總結(jié)現(xiàn)有導熱系數(shù)測試方法及其局限性,了解溫變導熱系數(shù)材料和連續(xù)相變材料一維非穩(wěn)態(tài)熱傳導問題的解析解,掌握matlab軟件。然后,基于反分析提出了溫變導熱系數(shù)材料導熱系數(shù)的兩種測試方法。先學習半無限大溫變導熱系數(shù)材料的熱傳導問題的解析解,本文引用的是Tao解。再基于反分析提出兩種測量溫變導熱系數(shù)材料導熱系數(shù)的方法。方法一,直接通過反分析得到的非線性方程組來獲取每個常數(shù)單元的導熱系數(shù)。應(yīng)用方法一時需要測量材料內(nèi)部溫度和表面熱通量度,方法一沒有迭代過程,應(yīng)用比較簡單。方法二,將導熱系數(shù)的計算問題轉(zhuǎn)換為目標函數(shù)最小化問題。目標函數(shù)被定義為計算值和測量值之間的平方差的總和。使用Levenberg-Marquardt方法解決目標函數(shù)最小化問題。應(yīng)用方法二時需要測量材料內(nèi)部兩點的溫度變化。然后針對溫變導熱系數(shù)材料,分別考慮了五種類型的導熱系數(shù),用上述兩種方法進行實例計算,分析兩種方法的準確度。計算結(jié)果表明兩種方法在測試溫變導熱系數(shù)材料的導熱系數(shù)時誤差在7%以內(nèi)。實驗過程中表面熱流和溫度的測量誤差,導熱系數(shù)隨溫度變化的形式以及常單元近似時子區(qū)間劃分個數(shù)等對測試結(jié)果均有影響。其次,基于反分析提出了連續(xù)相變材料導熱系數(shù)的兩種測試方法。先以土壤為研究對象,學習土壤在半無限區(qū)域中的熱傳導過程的解析解,本文引用的是周解。然后基于反分析提出兩種測試連續(xù)相變材料導熱系數(shù)的方法。方法一,直接通過反分析得到的非線性方程組來獲取每個常數(shù)單元的導熱系數(shù)。應(yīng)用方法一時需要測量材料內(nèi)部溫度和表面熱通量度。方法二,將導熱系數(shù)的計算問題轉(zhuǎn)換為目標函數(shù)最小化問題。目標函數(shù)被定義為計算值和測量值之間的平方差的總和。使用Levenberg-Marquardt方法解決目標函數(shù)最小化問題。應(yīng)用方法二時需要測量材料兩點的溫度變化。最后針對連續(xù)相變材料,分別考慮了五種類型的導熱系數(shù),并用上述兩種方法進行實例計算,分析了兩種方法的準確度。計算結(jié)果表明兩種方法測試連續(xù)相變材料導熱系數(shù)均是可行的,且誤差在8%以內(nèi)。最后,進行徐州地區(qū)粉質(zhì)黏土導熱系數(shù)測試實驗,得到了三種不同初始含水率的徐州地區(qū)粉質(zhì)黏土不同溫度下的導熱系數(shù)。結(jié)果顯示同一溫度下,初始含水率越大的土樣導熱系數(shù)也越大。同一初始含水率的土樣,導熱系數(shù)在負溫下比正溫下要大,且隨溫度減小(負溫)或增大(正溫)而增大。該論文有圖46幅,表12個,參考文獻88篇。
【圖文】：

法穩(wěn)態(tài)法測量材料的導熱系數(shù)，首先需要為待測材料建立不隨時間變化的溫度場測物體的內(nèi)部處于熱平衡狀態(tài)時，，根據(jù)材料單位面積上的溫度梯度和熱流速度料的導熱系數(shù)。態(tài)法測量材料導熱系數(shù)的優(yōu)點是原理簡單，操作方便，測量結(jié)果準確可靠，而可測量的導熱系數(shù)范圍較大。但是該方法也存在一些缺點，比如該方法相對比測定時間長，而且對環(huán)境(如測量系統(tǒng)的絕熱條件、測量過程中的溫度控制以形狀尺寸等 )都有嚴格的要求。態(tài)測量法又包含多種測量方法，例如防護熱流法、防護熱板法等[15]。這些方法都大致相同，全部運用了傅里葉定律。穩(wěn)態(tài)測量法的核心就是準確的控制熱流度的測量。下面簡要介紹防護熱板法和水流量平板法的測試原理：. 防護熱板法護熱板法結(jié)構(gòu)如圖 1-1 所示，由兩個大小形狀相同的樣品，一個計量加熱板，冷板，邊緣絕熱層和防護加熱板組成。測試時，由計量加熱板通過樣品分別向傳輸熱量[16]。

圖 1-2 水流量平板法結(jié)構(gòu)Figure1-2 The structure of water flow plate method塊；B-均熱板；C-支承塊；D-試樣；E-墊塊；F-玻璃纖維；水口。下，水流量帶走的熱量與試樣導熱系數(shù)、試樣溫差、量熱面比，其導熱系數(shù)的計算公式如下：AΔTQLk = 試樣導熱系數(shù)，W/(m·K)；Q-單位時間內(nèi)水流吸收的熱量，熱面積，m2；ΔT-冷、熱面溫差，K。數(shù)的穩(wěn)態(tài)法測試研究現(xiàn)狀如下：利用穩(wěn)態(tài)法測試了 4 種輪胎橡膠復合材料的導熱系數(shù),在測度線性相關(guān)。對誤差進行了分析，并用校核實驗驗證了實驗]用穩(wěn)態(tài)法測量了不同厚度橡膠板的導熱系數(shù),并分析了實驗
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TU50

【參考文獻】

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本文編號：2679230