本发明专利技术涉及一种可同时测固体材料导热系数及热扩散率的方法及系统，即利用超级恒温水浴作为热源，与试样盒底部的黄铜板形成恒温边界，温度均匀性和稳定性好，易于实现；而且直接基于恒温边界一维非稳态传热模型，利用参数估计法测固体材料导热系数及热扩散率，避免了对数学模型过度简化造成的误差。此外，根据比热容参数估计灵敏度较低，估计误差较大的情况，采取了先估计热扩散率，然后对比热容估计值进行校正的策略，实现了对材料导热系数、比热容和热扩散率的同时准确估计。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种可同时测固体材料导热系数及热扩散率的方法及系统，即利用超级恒温水浴作为热源，与试样盒底部的黄铜板形成恒温边界，温度均匀性和稳定性好，易于实现；而且直接基于恒温边界一维非稳态传热模型，利用参数估计法测固体材料导热系数及热扩散率，避免了对数学模型过度简化造成的误差。此外，根据比热容参数估计灵敏度较低，估计误差较大的情况，采取了先估计热扩散率，然后对比热容估计值进行校正的策略，实现了对材料导热系数、比热容和热扩散率的同时准确估计。【专利说明】一种可同时测固体材料导热系数及热扩散率的方法及系统
本专利技术属于固体材料热物性参数测试
，具体涉及一种可同时测固体材料 导热系数及热扩散率的方法及系统。
技术介绍
随着我国对节能及能源利用效率的日益重视，材料热物性及其测试方法方面的研 究方兴未艾。固体材料热物性测试总体上分为稳态法和非稳态法，稳态法测试由于所需时 间长、测试环境要求高，而不能适应现代科技迅速发展的需要，非稳态法应运而生并因为其 具有快速、准确、可实现多参数测量的优势而得到了更为广泛的应用。然而，非稳态法在实 际应用中也存在一些问题，例如目前多采用加热板、加热丝、加热棒等固态电热器作为加热 热源，存在着热源热流密度的准确给定、加热探头热容及时间延迟性、热丝电阻温度依变性 和功率波动等问题，这些问题在一定程度上影响了热物性参数测试的精度。近年来，发展了 一种陶瓷基底刻蚀双螺旋钼金属丝加热膜，热稳定性好且厚度极薄，可有效提高材料热物 性测试精度，但成本不菲且制作困难，难以推广应用。因此，目前尚无一种精度理想的可同 时测固体材料导热系数及热扩散率的方法及系统。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种可同时测固体材料导热系数及热扩散率的 方法及系统，以克服目前不能同时测试固体材料导热系数和热扩散率及其测试精度不理想 的缺陷。 为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案： -种可同时测固体材料导热系数及热扩散率的方法，具体实现步骤为： 步骤1 :通过超级恒温水浴产生具有一定温度的恒温水介质； 步骤2 :将试样放入底部为黄铜板材质的试样盒，试样盒底部与恒温水介质接触， 形成恒温边界下的一维非稳态传热过程，试样内温度响应解析解为： 【权利要求】1. 一种可同时测固体材料导热系数及热扩散率的方法，其特征在于：具体实现步骤 为： 步骤1 :通过超级恒温水浴产生具有一定温度的恒温水介质； 步骤2:将试样放入底部为黄铜板、上表面和侧面用绝热材料密封的试样盒，试样盒 底部与恒温水介质接触，形成恒温边界下的一维非稳态传热过程，试样内温度响应解析解 为：(1) 式中Θ (X，τ)为过余温度，Θ =t-tw，t为试样温度，tw为黄铜板恒温温度；热扩散率 a= A/(pCp), λ为导热系数，p为试样密度、Cp为比热。 式（1)为无穷级数，无法直接求解；而由于恒温边界条件等价于毕渥数Bi -c?时的热 对流边界条件，从而式（1)可改写为：(2) 式中βη为超越方程ctgi3 = β/^的系列解，对应不同的&数，βη值具体可查表，而 在Bi-c?时βι = L 5708, βη= h+fe-DXji (n= U，…），显然在试样密度ρ、导热 系数λ、比热容Cp及厚度δ物理参数已知的情况下，可计算得到试样内任意位置X任意时 刻τ的温度分布情况，此即恒温边界条件下的非稳态传热数学模型； 步骤3 :在该数学模型的基础上，利用参数估计法得到被测材料的热扩散率、比热容和 导热系数。2. 根据权利要求1所述的可同时测固体材料导热系数及热扩散率的方法，其特征在 于：所述参数估计法采用先估计热扩散率，然后对比热容估计结果进行修正，实现被测试样 导热系数、热扩散率和比热容多个参数同时准确获取。3. -种根据权利要求1?2之一所述的可同时测固体材料导热系数及热扩散率方法的 系统，其特征在于：包括超级恒温水浴、试样盒和温度采集与分析系统，所述超级恒温水浴， 用于形成恒温边界条件；所述试样盒，用于测定除板状成型材料外的松散物料与恒温水介 质接触形成恒温边界；所述温度采集与分析系统，用于采集试样绝热侧表面温度变化，以基 于数学模型计算得到被测试样的导热系数及热扩散率。4. 根据权利要求3中所述的可同时测固体材料导热系数及热扩散率方法的系统，其特 征在于：所述超级恒温水浴生成具有一定温度的恒温水介质，通过与试样盒底部接触形成 恒温边界。5. 根据权利要求3所述的可同时测固体材料导热系数及热扩散率方法的系统，其特征 在于：所述试样盒的内腔尺寸满足长与厚的比值大于8?10,宽与厚度的比值大于8?10。【文档编号】G01N25/20GK104215660SQ201410415796【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月21日 优先权日:2014年8月21日 【专利技术者】陈清华, 董长帅, 庞立, 黎贤东, 吴亮, 袁力, 徐曼曼, 吕云逸 申请人:安徽理工大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可同时测固体材料导热系数及热扩散率的方法，其特征在于：具体实现步骤为：步骤1：通过超级恒温水浴产生具有一定温度的恒温水介质；步骤2：将试样放入底部为黄铜板、上表面和侧面用绝热材料密封的试样盒，试样盒底部与恒温水介质接触，形成恒温边界下的一维非稳态传热过程，试样内温度响应解析解为：θ(x,τ)θ0=4πΣn=1∞1nsin(nπ2)cos(nπ2δx)exp[-(nπ2δ)2aτ]---(1)]]>式中θ(x,τ)为过余温度，θ＝t‑tw，t为试样温度，tw为黄铜板恒温温度；热扩散率a＝λ/(ρCp)，λ为导热系数，ρ为试样密度、Cp为比热。式(1)为无穷级数，无法直接求解；而由于恒温边界条件等价于毕渥数Bi→∞时的热对流边界条件，从而式(1)可改写为：θ(x,τ)θ0=Σn=1∞2sinβnβn+sinβncosβncos(βnxδ)e-βn2λτ/(ρCpδ2)---(2)]]>式中βn为超越方程ctgβ＝β/Bi的系列解，对应不同的Bi数，βn值具体可查表，而在Bi→∞时β1＝1.5708，βn＝β1+(n‑1)×π(n＝1,2,…)，显然在试样密度ρ、导热系数λ、比热容Cp及厚度δ物理参数已知的情况下，可计算得到试样内任意位置x任意时刻τ的温度分布情况，此即恒温边界条件下的非稳态传热数学模型；步骤3：在该数学模型的基础上，利用参数估计法得到被测材料的热扩散率、比热容和导热系数。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈清华，董长帅，庞立，黎贤东，吴亮，袁力，徐曼曼，吕云逸，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34
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