【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及导热系数测量，尤其是涉及一种基于压电薄膜的液体导热系数测量方法及系统。
技术介绍
1、随着电子产业高性能、微型化、集成化的三大发展趋势，电子设备核心的芯片功耗迅速提升，热积累问题日益加剧，传统的强迫风冷热交换的方法已无法提供有效的散热来维持器件稳定的工作温度。以工作流体为冷却介质的微型高强度制冷系统成为了高新科技研究热点之一。工作流体作为一种的高效、高传热性能的能量输运工质，可有效提高热系统的传热性能，满足热系统高负荷的传热冷却要求。准确可靠的流体导热性的数据对于研究流体的传热机理，开发高导热系数、高传热效率的纳米流体等工质具有重要意义。
2、目前提出了几种测量流体导热系数的技术，其中最具代表性的是瞬态热线法(thw)、瞬态平面源法(tps)和3ω法。在瞬态热线法中，将一根金属丝浸入被测液体中，同时充当加热单元和电阻温度计。根据电阻的数据可以计算出液体的导热系数。瞬时热线法的优点主要是测试时间短、测量范围宽、操作简单，但对导电流体的测量存在一些问题。瞬态平面源(tps)技术是用热膜盘传感器代替金属丝的一种改进的thw技术。tps可以同时获得导热系数、比热、热扩散系数等多个热参数，但会伴随着较长的测量周期和对流干扰。3ω法是测量纳米尺寸固体(如纳米管、纳米线和纳米膜)热导率的常用技术。扩展的3ω方法可以测量单液滴体积大小的流体的热导率，但当流体的热导率较低时，测量精度较低。
3、cn116297657a公开了一种高导热微量液体的导热系数的测量方法及系统，包括以下步骤：将被测液体置于金属化处理的
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了提供一种基于压电薄膜的液体导热系数测量方法及系统，实现对基本流体、纳米流体、高导热液体或低导热液体、绝缘或非绝缘等各类液体导热系数的精确测量。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、一种基于压电薄膜的液体导热系数测量方法，包括以下步骤：
4、将被测液体置于光靶复合层和薄膜探测器层中间，其中，所述光靶复合层包括石英玻璃和不透明金属靶层，所述薄膜探测器层包括压电薄膜和两层分别与压电薄膜上下表面相接触的金属电极层；
5、对光靶复合层施加脉冲激光，采集脉冲激光通过光靶复合层作用于被测液体后传递至薄膜探测器层所产生的实际热释电信号；
6、建立多层结构的传热仿真模型，所述传热仿真模型用于计算极化薄膜内温度在热脉冲作用下的瞬时响应；
7、以被测液体的导热系数和液体的等效厚度设定值为未知参数，调整传热仿真模型中的未知参数，计算极化薄膜内温度在热脉冲作用下的瞬时响应，基于极化薄膜的极化分布和计算得到的瞬时温升，利用热释电计算公式计算出仿真热释电信号，并对比拟合实际热释电信号和仿真热释电信号，若二者的拟合度满足预设置的收敛条件，则将此时传热仿真模型中液体的导热系数作为最终的测量结果，得到液体的导热系数，否则，重复执行此步骤。
8、所述热释电计算公式为：
9、
10、其中，i为热释电流，x为压电薄膜沿激光脉冲方向的空间位置，x5、x6分别为压电薄膜沿激光脉冲方向的上表面和下表面所在空间位置，t为热传导的时间，δt5为极化薄膜内部温度变化，p(x)为极化薄膜的极化分布，a、d分别为加热面积与极化薄膜的厚度，x6-x5＝d。
11、所述传热仿真模型为：
12、热传导方程：
13、
14、边界条件：
15、
16、
17、
18、ti(x，t)＝ti+1(x，t)(x＝xi+1)(i＝2，3，4，5) (6)
19、
20、初始条件：
21、ti(x，t＝0)＝troom(0≤x≤li)(i＝1，2，3，4，5，6，7) (8)
22、其中，x为压电薄膜沿激光脉冲方向的空间位置，x＝x1，x2，x3，x4，x5，x6，x7分别对应石英玻璃接收脉冲激光的表面、石英玻璃接触不透明金属靶层的表面、不透明金属靶层接触被测液体的表面、被测液体接触第一金属电极层的表面、第一金属电极层接触压电薄膜的表面、压电薄膜接触第二金属电极层的表面、第二金属电极层不接触压电薄膜的表面，t为热传导的时间，第i＝1，2，3，4，5，6层分别表示石英玻璃、不透明金属靶层、被测液体、和压电薄膜上表面接触的第一金属电极层、压电薄膜、和压电薄膜下表面接触的第二金属电极层，ti(x，t)表示第i层的温度分布，di表示第i层的热扩散系数，ki表示第i层的导热系数，f(t)为沿入射脉冲激光方向的吸收功率密度，troom为环境温度。
23、所述温度分布的解为：
24、
25、其中，格林函数gi，k(x，t|x′，τ)为τ时亥j区间x′处的单位脉冲对t时刻i区间x处的影响，
26、
27、其中模n(βm)为：
28、
29、xi(βm，x)和xj(βm，x′)为方程(2-8)在齐次问题下的本征函数，本征值β即为本征函数的根，它有无穷多个，即β＝βm(m＝1，2，…)。
30、所述对比拟合实际热释电信号和仿真热释电信号具体为：
31、分别将实际热释电时域信号和仿真热释电时域信号换转为频域信号，并各自提取信号的实部和虚部特征；
32、对每一频率点，分别计算实际热释电信号与仿真热释电信号实部和虚部的差并取绝对值，对所有差值的绝对值求和，当所述和的值小于预设阈值时表明实际热释电信号与仿真热释电信号的拟合度满足预设置的收敛条件。
33、一种基于压电薄膜的液体导热系数测量系统，包括：
34、测试台，所述测试台上放置有光靶复合层和薄膜探测器层，被测液体置于光靶复合层和薄膜探测器层中间，所述光靶复合层包括石英玻璃和不透明金属靶层，所述薄膜探测器层包括压电薄膜和两层分别与压电薄膜上下表面相接触的金属电极层；
35、测量装置，包括激光单元和采集单元，所述激光单元发射脉冲激光并施加至光靶复合层，所述采集单元采本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于压电薄膜的液体导热系数测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于压电薄膜的液体导热系数测量方法，其特征在于，所述热释电计算公式为：
3.根据权利要求1所述的一种基于压电薄膜的液体导热系数测量方法，其特征在于，所述传热仿真模型为：
4.根据权利要求3所述的一种基于压电薄膜的液体导热系数测量方法，其特征在于，所述温度分布的解为：
5.根据权利要求1所述的一种基于压电薄膜的液体导热系数测量方法，其特征在于，所述对比拟合实际热释电信号和仿真热释电信号具体为：
6.一种基于压电薄膜的液体导热系数测量系统，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的一种基于压电薄膜的液体导热系数测量系统，其特征在于，所述热释电计算公式为：
8.根据权利要求6所述的一种基于压电薄膜的液体导热系数测量系统，其特征在于，所述传热仿真模型为：
9.根据权利要求8所述的一种基于压电薄膜的液体导热系数测量系统，其特征在于，所述温度分布的解为：
10.根据权利要求6所述的一种
...【技术特征摘要】
1.一种基于压电薄膜的液体导热系数测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于压电薄膜的液体导热系数测量方法，其特征在于，所述热释电计算公式为：
3.根据权利要求1所述的一种基于压电薄膜的液体导热系数测量方法，其特征在于，所述传热仿真模型为：
4.根据权利要求3所述的一种基于压电薄膜的液体导热系数测量方法，其特征在于，所述温度分布的解为：
5.根据权利要求1所述的一种基于压电薄膜的液体导热系数测量方法，其特征在于，所述对比拟合实际热释电信号和仿真热释电信号具体为：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。