[發明專利]高溫固體界面動態接觸換熱系數的測量方法和測量裝置

無效

• 申請號: 200810013023.0
• 申請日: 2008-08-29
• 公開（公告）號: CN101661009A
• 公開（公告）日: 2010-03-03
• 發明（設計）人: 程明;張士宏;王瑞雪
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01N25/18
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司
• 代理人: 張志偉

技術領域：

本發明涉及固體界面接觸換熱系數測量技術領域，具體地說是一種高溫固體界面動態接觸換熱系數的測量方法和測量裝置，特別適合于金屬、陶瓷及復合材料在高溫下的固體動態接觸換熱系數的測量。

背景技術：

熱接觸是存在于航空航天、機械制造、冶金化工、電子信息、熱能工程等眾多工程領域和科學研究中的一個重要現象。隨著傳熱技術的發展，接觸換熱系數的測量尤其是在材料成形領域，金屬、陶瓷及復合材料等在高溫下的界面間換熱系數的測量日益受到關注。

中國發明專利申請：“一種測量固體界面接觸換熱系數的方法和裝置”(申請號200610047121.7，公開號CN1877313A)介紹了一種測量固體界面接觸換熱系數的方法和裝置。該專利申請的技術要點為：采用加熱棒和冷卻棒連接并通過壓力裝置施壓的方式，使工控機通過溫控儀表采集溫度信號，進行顯示和分析。該專利申請的不足之處：由于測量方法和裝置的限制，僅適用于600℃以下中低溫度區間的穩態傳熱過程固體界面接觸換熱系數的測量。對于600℃以上的溫度區間以及動態傳熱過程，還缺乏相關的數據報道。

發明內容：

為了克服現有固體界面接觸換熱系數測量中，溫度區間偏低、傳熱過程難以實現動態化的不足，本發明的目的之一是提供一種高溫固體界面動態接觸換熱系數的測量方法，利用輻射聚光或激光加熱和液壓沖擊加載方式，實現高溫固體界面動態接觸換熱系數測試試樣的非接觸式快速加熱和動態加載，進而通過處理獲得接觸換熱系數。

本發明的另一目的是提供一種高溫固體界面動態接觸換熱系數的測量裝置，適用于較寬溫度區間(150～1300℃)動態(接觸速度0.01mm/s～2000mm/s、接觸壓力0～600MPa)傳熱過程的固體界面接觸換熱系數測量，應用該裝置可以實現高溫固體界面動態接觸換熱系數的測量。

本發明技術方案如下：

一種高溫固體界面動態接觸換熱系數的測量方法，包括如下步驟：

(1)根據試樣夾頭尺寸，將兩種待測材料加工成等截面的圓柱試樣，并用同樣型號的砂紙對其接觸表面進行打磨處理，以確保其具有相同的表面粗糙度。

(2)對所有實驗所用的熱電偶進行標定，并與工控機上的數據采集卡連接。由工控機來實時采集、顯示和處理熱電偶的溫度值，并通過加熱控制器控制加熱系統的加熱電源。

(3)將測量用熱電偶依次均布點焊于兩試樣的同側表面。

(4)根據測量要求，在真空室中將冷端試樣裝卡于移動夾頭，熱端試樣裝卡于固定夾頭，并調整兩試樣間的間隙，閉合真空室。

(5)啟動機械泵使真空室達到低真空狀態(真空度5×10^-1Pa—1×10^-1Pa)，再啟動擴散泵使真空室達到要求的高真空狀態(真空度5×10^-3Pa—1×10^-3Pa)。

(6)輻射聚光或激光加熱系統開始工作，將熱端試樣的受熱端快速加熱到設定溫度150～1300℃(加熱速度為50～200℃/秒)。通過熱電偶測量和加熱控制器反饋使加熱系統繼續加熱熱端試樣直至溫度穩定在預設測量溫度下。

(7)啟動液壓沖擊加載系統，以接觸速度控制模式或接觸壓力控制模式由液壓缸驅動移動夾頭，使冷端試樣以一定的速度或一定的接觸壓力完成與熱端試樣的接觸并保持接觸傳導狀態；其中，接觸速度0.01mm/s～2000mm/s，接觸壓力0～600MPa。接觸速度與接觸壓力的選擇是根據試驗目的的需要，所給范圍是裝置所能達到的測試范圍；在實際操作過程中，可以有接觸壓力為零的狀態，即力傳感器測量值為零的純接觸狀態；

(8)工控機將采集接觸過程中的相關數據并進行計算處理，從而獲得兩種材料的固體界面動態接觸換熱系數。

(9)測量結束后，關閉輻射聚光或激光加熱系統，卸載液壓沖擊加載系統，泄真空，待試樣自然冷卻后取出。

一種高溫固體界面動態接觸換熱系數的測量裝置，該測量裝置設有真空室、液壓缸、液壓控制繼電器、冷端試樣、速度傳感器、力傳感器、密封集線管、熱端電偶、工控機、加熱系統、固定夾頭、熱端試樣、潤滑劑、測溫熱電偶和移動夾頭；液壓缸與裝卡冷端試樣的移動夾頭連接，液壓缸通過液壓控制繼電器與工控機相連，移動夾頭上的速度傳感器和力傳感器與工控機的數據采集卡連接；冷端試樣和熱端試樣上用于測溫的熱電偶通過真空室上的密封集線管與工控機的數據采集卡連接；固定夾頭上用于熱端試樣測溫的熱端電偶通過密封集線管與工控機上的數據采集卡連接，用于給熱端試樣加熱的加熱系統與工控機相連。