一种基于分层内埋热电偶的隔热材料热导率测试方法技术

本发明专利技术提供了一种基于分层内埋热电偶的隔热材料热导率测试方法，该热导率测试方法包括在试验件内被测隔热材料与设置在被测隔热材料上表面的上面板之间、被测隔热材料与设置在被测隔热材料下表面的下面板之间以及被测隔热材料不同深度设置N个测温点，构造被测隔热材料的绝热边界条件，利用风洞为试验件加载热流，获取加载热流后被测隔热材料的上表面温度T

【技术实现步骤摘要】
一种基于分层内埋热电偶的隔热材料热导率测试方法
本专利技术涉及隔热材料性能测试
，尤其涉及一种基于分层内埋热电偶的隔热材料热导率测试方法。
技术介绍
当前，隔热材料大量应用于高速飞行器，隔热材料热导率的准确测试至关重要。然而，在飞行器的试验飞行状态下，隔热材料的加热机理往往为对流加热，而常用的地面热导率性能测试手段例如保护热板法、热流计法、HotDisk法、单面加热法等往往只能采用接触加热、辐射加热等加热形式，试验飞行和地面测试这两种状态下的隔热材料加热机理存在显著差异。进一步地，由于当前所应用的隔热材料一般具有多孔、半透明的特性，其热导率测试结果受加热机理的影响非常显著，因此当前地面测试手段测得的热导率测试结果与飞行状态下的热导率真实值误差较大，难以应用于飞行条件下隔热材料的隔热性能预测。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于分层内埋热电偶的隔热材料热导率测试方法，能够解决现有技术中测试方法不适用于对流加热方式导致热导率测试结果与飞行状态下热导率真实值误差较大的技术问题。根据本专利技术的一方面，提供了一种基于分层内埋热电偶的隔热材料热导率测试方法，测试方法包括：在试验件内被测隔热材料与设置在被测隔热材料上表面的上面板之间、被测隔热材料与设置在被测隔热材料下表面的下面板之间以及被测隔热材料不同深度设置N个测温点，并在每个测温点预埋一个热电偶，N个测温点距被测隔热材料上表面的距离为XN；获取被测隔热材料的初始温度T0，作为被测隔热材料的初始条件；在试验件的四周和底面填充绝热外层，构造被测隔热材料的绝热边界条件；利用风洞为试验件加载热流；获取加载热流后被测隔热材料的上表面温度T1(t)，作为被测隔热材料的上表面温度边界条件；利用N个热电偶测量加载热流后N个测温点的实际温度Tf(XN,t)；根据绝热边界条件、初始条件和上表面温度边界条件，利用共轭梯度法对被测隔热材料在初始温度T0时的热导率初始假定值K0进行优化迭代以得到热导率优化值，根据热导率优化值计算N个测温点的理论温度Tg(XN,t)，进而计算理论温度Tg(XN,t)与实际温度Tf(XN,t)的差值J(XN,t)直到差值J(XN,t)小于预定阈值，将对应的热导率优化值确定为被测隔热材料的热导率测试值，其中N≥1。进一步地，每两个相邻的测温点的高度差为5mm。进一步地，被测隔热材料的上表面的边长不大于200mm。进一步地，按照下式的一维非稳态非线性导热微分方程迭代计算热导率优化值：其中，x表示被测隔热材料上任意一点距被测隔热材料上表面的距离，T(x,t)表示t时刻被测隔热材料上x点处的温度，ρ(x,T)表示被测隔热材料上x点处温度为T时的密度，cp(x,T)表示被测隔热材料上x点处温度为T时的比热，K(x,T)表示被测隔热材料上x点处温度为T时的热导率，表示被测隔热材料的温度T(x,t)在x方向上的变化率，表示被测隔热材料的温度T(x,t)随时间t的变化率。进一步地，初始条件为：T(x,0)＝T0。进一步地，绝热边界条件为：进一步地，上表面温度边界条件为：T(t)＝T1(t)，x＝0。进一步地，热电偶的预埋方式为热电偶从测温点引出后在所处等温面内延伸预定距离。进一步地，绝热外层的材料与被测隔热材料相同。应用本专利技术的技术方案，提供了一种基于分层内埋热电偶的隔热材料热导率测试方法，该测试方法通过在隔热材料与上面板之间、隔热材料与下面板之间以及隔热材料内部不同深度的测温点预埋热电偶，利用共轭梯度法优化迭代，反辨识获得被测隔热材料的热导率，测量精度较高，且该方法的加热机理与飞行器飞行状态下的加热机理相同，能够实现与实际应用中加热机理相同的加热方式下对热导率的准确测量，适用于高空高温低气压条件下的热导率测试。与现有技术相比，本专利技术的技术方案能够解决现有技术中测试方法不适用于对流加热方式导致热导率测试结果与飞行状态下热导率真实值误差较大的技术问题。附图说明所包括的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本专利技术的实施例，并与文字描述一起来阐释本专利技术的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1示出了根据本专利技术的具体实施例提供的基于分层内埋热电偶的隔热材料热导率测试方法的流程示意图；图2示出了根据本专利技术的具体实施例提供的试验件与绝热外层的结构示意图；其中，上述附图包括以下附图标记：101、上面板；102、下面板；103、被测隔热材料；104、金属背板；105、测温点；106、绝热外层。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本专利技术的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。如图1所示，根据本专利技术的具体实施例提供了一种基于分层内埋热电偶的隔热材料热导率测试方法，测试方法包括：S1，在试验件内被测隔热材料与设置在被测隔热材料上表面的上面板之间、被测隔热材料与设置在被测隔热材料下表面的下面板之间以及被测隔热材料不同深度设置N个测温点，并在每个测温点预埋一个热电偶，N个测温点距被测隔热材料上表面的距离为XN；S2，获取被测隔热材料的初始温度T0，作为被测隔热材料的初始条件；S3，在试验件的四周和底面填充绝热外层，构造被测隔热材料的绝热边界条件；S4，利用风本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于分层内埋热电偶的隔热材料热导率测试方法，其特征在于，所述测试方法包括：/n在试验件内被测隔热材料与设置在所述被测隔热材料上表面的上面板之间、所述被测隔热材料与设置在所述被测隔热材料下表面的下面板之间以及所述被测隔热材料不同深度设置N个测温点，并在每个所述测温点预埋一个热电偶，N个所述测温点距所述被测隔热材料上表面的距离为X

【技术特征摘要】
1.一种基于分层内埋热电偶的隔热材料热导率测试方法，其特征在于，所述测试方法包括：
在试验件内被测隔热材料与设置在所述被测隔热材料上表面的上面板之间、所述被测隔热材料与设置在所述被测隔热材料下表面的下面板之间以及所述被测隔热材料不同深度设置N个测温点，并在每个所述测温点预埋一个热电偶，N个所述测温点距所述被测隔热材料上表面的距离为XN；
获取所述被测隔热材料的初始温度T0，作为所述被测隔热材料的初始条件；
在所述试验件的四周和底面填充绝热外层，构造所述被测隔热材料的绝热边界条件；
利用风洞为所述试验件加载热流；
获取加载热流后所述被测隔热材料的上表面温度T1(t)，作为所述被测隔热材料的上表面温度边界条件；
利用N个所述热电偶测量加载热流后N个所述测温点的实际温度Tf(XN,t)；
根据所述绝热边界条件、所述初始条件和所述上表面温度边界条件，利用共轭梯度法对所述被测隔热材料在所述初始温度T0时的热导率初始假定值K0进行优化迭代以得到热导率优化值，根据所述热导率优化值计算N个所述测温点的理论温度Tg(XN,t)，进而计算所述理论温度Tg(XN,t)与所述实际温度Tf(XN,t)的差值J(XN,t)直到所述差值J(XN,t)小于预定阈值，将对应的所述热导率优化值确定为所述被测隔热材料的热导率测试值，其中N≥1。


2.根据权利要求1所述的热导率测试方法，其特征在于，每两个相邻的所述测温点的高度差为5mm。


3.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涵泽，陈晓娜，马寅魏，董广奇，罗俊航，吴伟，
申请(专利权)人：北京空天技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11