一种基于瞬态法的固体界面接触换热系数测量方法和装置。本发明专利技术将杠杆加载装置２与压力变向节４、定心圆球１１、低温试样连接杆６，低温试样１４自上而下依次连接，由定位块预先承受压力，螺纹传动轴２０经高温试样支撑杆１７将高温试样１５推出加热炉，接触并顶起低温试样１４，使压力转移到接触面。加热炉控温热电偶１３与程控表相连，程控表输出端并联后经ＲＳ２３２转换器与工控机２６相连，测温热电偶１６与前置多路选通放大器２３、Ａ／Ｄ转换板２５依次连接，对测点温度信号进行实时采集处理，应用反传热算法编写ＦＯＲＴＲＡＮ计算模块。本发明专利技术的效果是测量温度高，采集速度快，测量原理切合实际，适用于固态热加工研究领域。
【技术实现步骤摘要】
.本专利技术属于固态热加工研究领域。主要用于测量金属固体瞬间接触过程中界面的接触 换热系数。
技术介绍
在金属材料热加工过程中，模具与工件间的热量交换直接影响了温度场的分布，进而 影响模具寿命和工件成形精度，因此，人们很早就丌始了对金属固体界面间的接触换热系 数进行研究，随着现代工业的发展，这项研究越来越受到科研人员和精密成形企业的关注， 同时，固态热加工过程数值模拟技术对接触换热系数方面的数据需求较大。目前，国内外 学者从理论模型、实验测量等方面对固体界面接触换热系数开展了一系列研究，获得了一 定数据，普遍的实验方法是，等通过两直接接触试样的热流基本稳定时，再对试样轴线上 不同位置点的温度进行釆集，计算时采用外推法获得接触面处温度，即稳态法，山于实际 加工过程是先将模具和工件加热，然后接触加压，热量交换在短时间内完成，现有的实验 方法与实际情况偏离较大，从相关文献了解到，基于瞬态法的测量技术难度大，实验成本 高，大多数测量的温度较低，数据采集处理的方法不完善。参考文献M. Rosochowska， K. Chodnikiewicz ， R. Balendra, A new method of measuring thermal contact conductance, Journal of Materials Processing Technology 145(2004)207-214.. C.Fieberg， R.Kneer, Determination of thermal contact resistance from transient temperature measurements, International Journal of Heat and Mass Transfer 51(2008)1017-1023. 现有的实验装置多用稳态法测量，实验数据不能充分满足实际生产和科学研究的需求， 试样接触面处温度低，针对固态热加工过程的研究较少，温度采集和数据处理方法不够完 善。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种测量固体界面间接触换热系数的方法和装置，该方法和装置 不仅测量温度范围宽，而且能够实现两不同温度试样的动态接触，并对接触后热流交换引 起的温度变化进行实时采集、直观显示，最终利用计算程序实现对接触换热系数的计算。本专利技术的技术解决方案是基于瞬态法的固体界面接触换热系数测量装置，山上支撑板l、杠杆加载装置2、直线轴承3、压力变向节4、定滑轮机构5、低温试样连接杆6、低温加热炉7、高温加热炉8、滑轮带定位销9、传动轴套筒IO、定心圆球ll、卡环12、控 温热电偶13、测温热电偶16、高温试样支撑杆17、下支撑板18、螺纹轴套19、螺纹传动 轴20、低温程控表21、高温程控表22、前置多路选通放大器23、 DB-37电缆线24、 A/D 转换板25、工控机26、滑杆27、加热炉托28和定位块29组成，压力变向节4的支点和杠. 杆加载装置2中砝码重力方向的力臂比为1: 5,低温试样14和高温试样15直径为 010 wn -25ww，高度为40ww 100wm，低温试样14和高温试样15为可选择的金属固 体材料，将八根测温热电偶16分别置于低温试样14的四个孔和高温试样15的四个孔中， 孔深度为试样直径的一半，测温热电偶16的直径为^1.0土0.003w附，每个试样上的孔间距为9.5w附~ 10.5ww ，靠近接触面的孔与接触面的距离为2.9ww 3.1mm ，孔直径为-1.0mw 1.2mw，高温试样15置于高温支撑杆17端面的凹槽内，带凸块的高温试样支撑杆17置于螺纹传动轴20端面的凹槽内，侧面凸块与传动轴套筒10内侧的凹槽对齐，杠杆 加载装置2与压力变向节4、定心圆球ll、低温试样连接杆6、低温试样14依次连接，低 温试样14置于低温试样连接杆6端面的凹槽内，定心圆球11位于其另一端面与压力变向 节4端面的球面凹槽处，外侧由直线轴承3约束，低温加热炉7和高温加热炉8上电阻丝 的接线柱分别与低温程控表21和高温程控表22负载输出端相连，试样加热时置于炉j燈中 心处，低温加热炉7可以在一定距离内沿直线运动，将八根测温热电偶16补偿导线的正负 极分别与前置多路选通放大器23的相应输入通道连接，通过DB-37电缆线24把前置多路 选通放大器23与工控机26内插的A/D转换板25各自的37针脚接口相连，控温热电偶13 插入加热炉内部，其补偿导线正负极分别与程控表输入端正负极相连，再将每个程控表的 输出端并联后通过RS232转换器接到工控机26的串口上，测温热电偶16、带温度补偿电路 的前置多路选通放大器23与A/D转换板25依次连接；该装置的核心部分是使螺纹传动轴 20、高温试样支撑杆17、高温加热炉8、高温试样15、低温加热炉7、低温试样14、低温 试样连接杆6、定心圆球ll、压力变向节4各部分的轴线位于同一条中心线上，以保持试 样接触时的准确性和稳定性。当该装置为立式结构时，螺纹传动轴20置于下支撑板18带有内螺纹的中心处，并通 过螺纹轴套19进行固定，带凸块的高温试样支撑杆17放置在螺纹传动轴20上端面的凹槽 内，侧面凸块与传动轴套筒10的轴向凹槽对齐，防止高温试样支撑杆17发生转动，高温 试样15的下端置于高温试样支撑杆17的凹槽内，整体位于高温加热炉8的中心。低温试 样14、低温试样连接杆6、定心圆球ll、压力变向节4自下而上顺序连接，低温试样14的上端面置于低温试样连接杆6下端面的凹槽内，整体位于低温加热炉7的中心，通过凹槽 外侧面沿杆径向均匀分布的三个螺杆保持低温试样14的悬挂状态，低温试样连接杆6 t:端 部直径相对杆体较大，位于上支撑板l的中心通孔内，由卡环12保持其悬挂状态，定心圆 球11置于低温试样连接杆6上端面与压力变向节4下端面的球形凹槽之间，外侧山直线轴 承3固定，压力变向节4与杠杆加载装置2连接，压力变向节4的支点和杠杆加载装置2 中砝码重力方向的力臂比为1: 5，实验前添加一定数量砝码，利用杠杆加载装覽2的定位 块承受压力，使杠杆保持平衡，测量时，通过旋转使螺纹传动轴20向上运动，借助高温试 样支撑杆17将高温试样15向上推出高温加热炉8，与低温试样14接触后进一歩推动，经 过低温试样连接杆6、定心圆球11和压力变向节4将杠杆顶起，压力迅速由杠杆加载装置 2的定位块上转移到试样接触表面，压力范围为0 100KN。定滑轮机构5固定在上支撑板1的底面上，包括滑轮轴、滑轮带和加热炉托盘三部分。 低温加热炉7置于加热炉托盘中心，滑轮带一端固定在加热炉托盘上，另一端通过与滑轮 带宽厚度相同的长方孔，端部设置卡头，使滑轮带不能自下而上通过长方孔，从而将低温 加热炉7吊起，向下拉动滑轮带卡头，挂在滑轮带定位销9上，低温加热炉7向上运动， 露出低温试样14，实现与高温试样15的接触，装置的侧立柱穿过加热炉托盘两侧的圆通孔， 保证炉体仅做垂直向上运动。当该装置为卧式结构时，螺纹传动轴20、高温试样支撑杆17、高温试样15、低温试 样14、低温试样连接杆6、定心圆球ll、压力变向节4各部分轴线位于通过高温加热炉8 和低温加热炉7中心的同一条水平线上,低温试样14置于低本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于瞬态法的固体界面接触换热系数测量装置，其特征在于，由上支撑板（１）、杠杆加载装置（２）、直线轴承（３）、压力变向节（４）、定滑轮机构（５）、低温试样连接杆（６）、低温加热炉（７）、高温加热炉（８）、滑轮带定位销（９）、传动轴套筒（１０）、定心圆球（１１）、卡环（１２）、控温热电偶（１３）、测温热电偶（１６）、高温试样支撑杆（１７）、下支撑板（１８）、螺纹轴套（１９）、螺纹传动轴（２０）、低温程控表（２１）、高温程控表（２２）、前置多路选通放大器（２３）、ＤＢ－３７电缆线（２４）、Ａ／Ｄ转换板（２５）、工控机（２６）、滑杆（２７）、加热炉托（２８）和定位块（２９）组成，压力变向节（４）的支点和杠杆加载装置（２）中砝码重力方向的力臂比为１∶５，低温试样（１４）和高温试样（１５）直径为φ１０ｍｍ～φ２５ｍｍ，高度为４０ｍｍ～１００ｍｍ，低温试样（１４）和高温试样（１５）为可选择的金属固体材料，将八根测温热电偶（１６）分别置于低温试样（１４）的四个孔和高温试样（１５）的四个孔中，孔深度为试样直径的一半，测温热电偶（１６）的直径为φ１．０±０．００３ｍｍ，每个试样上的孔间距为９．５ｍｍ～１０．５ｍｍ，靠近接触面的孔与接触面的距离为２．９ｍｍ～３．１ｍｍ，孔直径为φ１．０ｍｍ～１．２ｍｍ，高温试样（１５）置于高温支撑杆（１７）端面的凹槽内，带凸块的高温试样支撑杆（１７）置于螺纹传动轴（２０）端面的凹槽内，侧面凸块与传动轴套筒（１０）内侧的凹槽对齐，杠杆加载装置（２）与压力变向节（４）、定心圆球（１１）、低温试样连接杆（６）、低温试样（１４）依次连接，低温试样（１４）置于低温试样连接杆（６）端面的凹槽内，定心圆球（１１）位于其另一端面与压力变向节（４）端面的球面凹槽处，外侧由直线轴承（３）约束，低温加热炉（７）和高温加热炉（８）上电阻丝的接线柱分别与低温程控表（２１）和高温程控表（２２）负载输出端相连，试样加热时置于炉膛中心处，低温加热炉（７）可以在一定距离内沿直线运动，将八根测温热电偶（１６）补偿导线的正负极分别与前置多路选通放大器（２３）的相应输入通道连接，通过ＤＢ－３７电缆线（２４）把前置多路选通放大器（２３）与工控机（２６）内插的Ａ／Ｄ转换板（２５）各自的３７针脚接口相连，控温热电偶（１３）插入加热炉内部，其补偿导线正负极分别与程控表输入端正负极相连，再将每个程控表的输出端并联后通过ＲＳ２３２转换器接到工控机（２...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张立文，邢磊，张兴致，裴继斌，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]
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