[發明專利]一種可同時測固體材料導熱系數及熱擴散率的方法及系統

有效

• 申請號: 201410415796.7
• 申請日: 2014-08-21
• 公開（公告）號: CN104215660A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發明（設計）人: 陳清華;董長帥;龐立;黎賢東;吳亮;袁力;徐曼曼;呂云逸
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 合肥順超知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 34120
• 代理人: 周發軍

1.一種可同時測固體材料導熱系數及熱擴散率的方法，其特征在于：具體實現步驟為：

步驟1：通過超級恒溫水浴產生具有一定溫度的恒溫水介質；

步驟2：將試樣放入底部為黃銅板、上表面和側面用絕熱材料密封的試樣盒，試樣盒底部與恒溫水介質接觸，形成恒溫邊界下的一維非穩態傳熱過程，試樣內溫度響應解析解為：

θ(x,τ)θ0=4πΣn=1∞1nsin(nπ2)cos(nπ2δx)exp[-(nπ2δ)2aτ]---(1)]]>

式中θ(x,τ)為過余溫度，θ＝t-t_w，t為試樣溫度，t_w為黃銅板恒溫溫度；熱擴散率a＝λ/(ρC_p)，λ為導熱系數，ρ為試樣密度、C_p為比熱。

式(1)為無窮級數，無法直接求解；而由于恒溫邊界條件等價于畢渥數Bi→∞時的熱對流邊界條件，從而式(1)可改寫為：

θ(x,τ)θ0=Σn=1∞2sinβnβn+sinβncosβncos(βnxδ)e-βn2λτ/(ρCpδ2)---(2)]]>

式中β_n為超越方程ctgβ＝β/B_i的系列解，對應不同的B_i數，β_n值具體可查表，而在B_i→∞時β₁＝1.5708，β_n＝β₁+(n-1)×π(n＝1,2,…)，顯然在試樣密度ρ、導熱系數λ、比熱容C_p及厚度δ物理參數已知的情況下，可計算得到試樣內任意位置x任意時刻τ的溫度分布情況，此即恒溫邊界條件下的非穩態傳熱數學模型；

步驟3：在該數學模型的基礎上，利用參數估計法得到被測材料的熱擴散率、比熱容和導熱系數。