[發明專利]一種圓管材料導熱系數測量系統及其測量方法

有效

• 申請號: 201610847217.5
• 申請日: 2016-09-23
• 公開（公告）號: CN106645284B
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發明（設計）人: 何茂剛;辛楠;張詩;張穎;劉向陽
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01N25/48
• 分類號: G01N25/48
• 代理公司: 61200 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 陸萬壽

本發明公開了一種圓管材料導熱系數測量系統及其測量方法。加熱單元包括Hot Spring傳感器、絕熱夾具；保溫單元包括空氣浴恒溫箱以及相應的溫度計和熱量控制器；測量單元包括數采設備、測量電路以及與Hot Spring傳感器相連的熱量控制器件和電勢測量器件；計算單元根據加熱量和Hot Spring傳感器的熱電勢時間響應數據，計算得出待測圓管材料的導熱系數。測量方法基于瞬態熱源法測量原理，將Hot Spring傳感器置于圓管外表面，既作為加熱元件又作為測溫元件。電流通過Hot Spring傳感器內金屬絲產生熱量加熱待測圓管，通過分析傳感器的溫度時間響應數據，即可計算得出圓管材料的導熱系數。

技術領域

本發明屬于固體熱物理性質測量領域，涉及一種圓管材料導熱系數測量系統及其測量方法。

背景技術

近年來，隨著世界經濟的飛速發展，能源緊缺問題日益嚴重，各個工業領域的節能問題逐漸成為研究熱點。我國幅員遼闊，許多發達城市都位于溫帶及亞寒帶，如何解決這些城市中的建筑節能問題對緩解地區能源緊缺問題有著深遠意義。鋼結構圓管不僅是建筑領域暖通設計和其他工業領域中重要的基礎結構材料，而且是能量傳遞過程最常用的結構材料。導熱系數是描述熱量傳遞過程的重要基礎熱物性參數，直接決定著鋼結構圓管柱換熱能力的強弱，是建筑暖通設計中重要的基礎數據。如何快速準確的測量圓管材料的導熱系數是工業領域亟待解決的基礎問題。

現有的固體材料導熱系數測量方法可分為穩態法和瞬態法兩大類。穩態法是控制熱流從待測樣品一端流向另一端，使兩端形成穩定的溫差，根據傅里葉導熱定律計算得出導熱系數。穩態法主要包括：棒體法、熱板法、保護熱板法等。瞬態法是向待測樣品提供穩定已知的熱量，在待測樣品內建立隨時間變化的非穩態溫度場，根據待測樣品的溫度變化，結合提供給待測樣品的熱量計算得出導熱系數。瞬態法主要包括：熱線法、閃光法、TPS法等。但這些方法都要求對待測樣品進行平整加工，在工程實際中，測量管狀樣品極不方便，且對管狀樣品的重加工通常會帶來導熱系數的變化。鑒于此，本發明提出了一種測量系統及其測量方法，適用于測量圓管材料的導熱系數。

發明內容

本發明的目的在于提供一種圓管材料導熱系數測量系統及其測量方法，可有效測量圓管材料的導熱系數。

為達到上述目的，本發明采用了以下技術方案：

提供了一種圓管材料導熱系數測量系統包括：加熱單元、保溫單元、測量單元和計算單元四個部分。其中加熱單元直接包裹待測圓管材料，對其進行加熱；保溫單元用于放置加熱單元及待測圓管材料，為實驗提供穩定的環境溫度；測量單元連接加熱單元，測量待測圓管材料表面的溫度時間響應；計算單元連接測量單元對測得的溫度時間響應進行分析計算，得出待測圓管材料的導熱系數。

下面對系統的各個單元進行詳細的介紹：

加熱單元，由Hot Spring傳感器、絕熱夾具、填充于待測圓管內的耐高溫絕熱棉組成。Hot Spring傳感器緊貼于待測圓管外表面，各加熱絲與待測圓管橫截面平行。絕熱夾具加緊Hot Spring傳感器及待測圓管，由緊固螺栓固定。高溫絕熱棉緊密填充于待測圓管內。保溫單元，由用于放置絕熱夾具及待測圓管的空氣浴恒溫箱以及相應的溫度傳感器和熱量控制器件組成。測量單元，由數采設備、測量電路以及位于測量電路中的熱量控制器件和電勢測量器件組成。熱量控制器件與Hot Spring傳感器相連，用于設定對待測圓管的加熱量。電勢測量器件與Hot Spring傳感器相連，用于測量加熱過程中接入Hot Spring傳感器的熱電勢。計算單元，根據加熱量和Hot Spring傳感器的熱電勢時間響應數據，基于預先設計好的計算模型和計算方法，計算得出待測圓管材料的導熱系數。