材料的熱物性值是表征材料載熱能力的基本參數(shù)。不同類別的材料載熱能力差異較大,其精確的熱物性參數(shù)常通過實(shí)驗(yàn)的方法獲得。目前,材料熱物性參數(shù)測試方法的研究及其裝置的設(shè)計,已發(fā)展成為一門基礎(chǔ)學(xué)科,受到越來越高的重視。本文基于固體熱傳導(dǎo)理論中的非穩(wěn)態(tài)傳熱模型,提出一種基于激光點(diǎn)熱源非穩(wěn)態(tài)傳熱模型測固體材料熱物性參數(shù)的新方法。引入鏡像熱源理論修正絕熱邊界對測點(diǎn)溫升的影響,建立了數(shù)學(xué)模型,利用數(shù)值解法結(jié)合計算機(jī)編程,計算材料熱導(dǎo)率、熱擴(kuò)散率和比熱容。研制了一套真空環(huán)境中激光點(diǎn)熱源作用下的固體材料熱物性測試系統(tǒng)。裝置試樣容器采用密閉設(shè)計,通過抽低真空環(huán)境實(shí)現(xiàn)絕熱邊界;將試樣一角打磨,并涂抹石墨粉,利用激光發(fā)生器發(fā)射激光束照射,形成點(diǎn)熱源作用區(qū)域;將貼片式溫度傳感器布置于被測試樣的上表面,通過無線信號發(fā)射單元監(jiān)測溫度變化情況。選用硼硅玻璃(Pyrex7740)作為被測試樣進(jìn)行熱物性測算,得到的熱物性參數(shù)值與參考文獻(xiàn)數(shù)值吻合,驗(yàn)證了本測試系統(tǒng)測算結(jié)果的有效性。對大理石、硅磚、硅藻土耐火磚的熱物性綜合測試結(jié)果分析發(fā)現(xiàn),各材料導(dǎo)熱系數(shù)的測算值與文獻(xiàn)對照值偏差均小于5%,且導(dǎo)熱系數(shù)最小的硅藻土耐火磚的多次測試結(jié)果的穩(wěn)定性明顯優(yōu)于其他材料。通過對大理石和硼硅玻璃導(dǎo)熱系數(shù)的測算結(jié)果進(jìn)行不確定度評定發(fā)現(xiàn),大理石的不確定度較高,而硼硅玻璃導(dǎo)熱系數(shù)的不確定度較低。因此,本裝置更適用于測試導(dǎo)熱系數(shù)較小的固體材料(一般導(dǎo)熱系數(shù)小于3.0W/(m?K)),且被測試樣的導(dǎo)熱系數(shù)越小,不確定度越低。圖[35]表[14]參[63]
【學(xué)位單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TH873
【部分圖文】：

世界各地展開，其中亞洲熱物性會議（ATPC）、歐洲熱物國熱物性會議（STP）均以三年為周期輪流舉辦，國際熱膨國際熱導(dǎo)率會議（ITCC）以每兩年為周期舉辦一次。Ingen 和 Hause[3-4]成功的研發(fā)出基于穩(wěn)態(tài)比較法的測量固體裝置，開啟了利用穩(wěn)態(tài)法測定材料導(dǎo)熱系數(shù)的先河；1989 年材料熱導(dǎo)率的測量中首次利用保護(hù)熱板法進(jìn)行了初步的研究[5]對保護(hù)熱板法測量保溫材料的熱導(dǎo)率的過程做了詳細(xì)地闡性、被測材料熱導(dǎo)率范圍以及測量溫度范圍進(jìn)行了規(guī)范性的法日趨標(biāo)準(zhǔn)化。近些年，防護(hù)熱板測試法取得了進(jìn)一步的進(jìn)高的精度。但由于穩(wěn)態(tài)法測試過程中對溫度場的穩(wěn)定有著較，該方法對設(shè)備的保溫以及測試的時間要求較高。目前，根生熱流的實(shí)驗(yàn)方式不同，穩(wěn)態(tài)測試法又發(fā)展為多個分支，如

圖 2 非穩(wěn)態(tài)法測材料熱物性分類tion of thermophysical properties of materials by non-steady s 1861 年提出將一個具有一定周期的熱源作用在一圓柱體的檢測點(diǎn)的溫度變化與熱源之間僅在幅值率相同，通過分析該變化規(guī)律得出了材料的熱擴(kuò)期熱流測試方法。1967 年 Gustafsson S E[7]等人將一條帶狀薄質(zhì)金屬夾在被測試樣中，對金屬帶因被加熱而產(chǎn)生溫升，記錄其溫度變化曲線，通料的熱物性參數(shù)，測試原理如圖 3 所示。Log T[8]-700℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行測試，導(dǎo)熱系數(shù)精度在 5%之內(nèi)，進(jìn)一步推動了該方法在實(shí)際中的運(yùn)用。Be電脈沖進(jìn)行加熱，并檢測被測試樣在微妙以及納公式，測算出來薄膜材料的熱物性參數(shù)，該方法

圖 9 測試系統(tǒng)模型Fig.9 The testing system model法的數(shù)學(xué)模型物理模型，建立點(diǎn)熱源加熱無限大平板的理論方程。 x=0，y=0，z=0 處，點(diǎn)熱源的加熱功率為 qd，任意時變化規(guī)律，根據(jù)熱力學(xué)第一定律和傅立葉定律，可列出2 2 22 2 2( , ) ( y, ) (z, )+ +xx y zθ θ τ θ τ θ τατ = 2 2 2 2R = x + y + z221RR R Rθ θατ =

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 潘江;林娜;王玉剛;徐旭;;瞬態(tài)熱線法導(dǎo)熱系數(shù)測量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法的研究[J];計量學(xué)報;2015年04期

2 賴煜東;;實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可中測量不確定度的評定[J];計量與測試技術(shù);2015年06期

3 王新;;合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定中相關(guān)系數(shù)的實(shí)例分析[J];中國計量;2015年04期

4 黃豐磊;盧海鋒;朱浩然;;基于STM32與Labview的電參數(shù)測量系統(tǒng)設(shè)計[J];電器與能效管理技術(shù);2014年15期

5 周孑民;朱再興;謝東江;李浩;陳偉;張永星;;常功率平面熱源法測試耐火材料熱物性的研究[J];中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2011年05期

6 張立勛;李雪偉;唐小景;;STM32與LabVIEW串行通信的設(shè)計[J];煤礦機(jī)械;2011年05期

7 陳桂生;廖艷;曾亞光;付志勇;鄧麗娟;;材料熱物性測試的研究現(xiàn)狀及發(fā)展需求[J];中國測試;2010年05期

8 孫建平;劉建慶;邱萍;李曉葦;;激光閃光法測量材料熱擴(kuò)散率的漏熱修正[J];計量技術(shù);2008年01期

9 王欣;趙美英;顧亦磊;萬小朋;;熱源溫度場疊加法在薄壁結(jié)構(gòu)熱分析中的應(yīng)用[J];中國空間科學(xué)技術(shù);2007年03期

10 馬凈,李曉光,寧偉;幾種常用溫度傳感器的原理及發(fā)展[J];中國儀器儀表;2004年06期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 辛春鎖;基于穩(wěn)態(tài)法的高溫材料熱物性測量技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

2 陳清華;松散煤體熱物性測試及其溫度場分布規(guī)律研究[D];安徽理工大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 張景勝;導(dǎo)熱系數(shù)測量裝置的研制[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

2 馬燕;固體材料熱物性參數(shù)測試不確定性研究[D];安徽理工大學(xué);2016年

3 王雅輝;熱線法測量建筑保溫材料熱導(dǎo)率和熱擴(kuò)散率的研究[D];中南大學(xué);2014年

本文編號：2822753