[實用新型]一種測試非恒態導熱系數中用于采集試樣溫度數據的測試裝置

有效

• 申請號: 201620017640.8
• 申請日: 2016-01-08
• 公開（公告）號: CN205280627U
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發明（設計）人: 郝霜;童富果;霍少君;薛松
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G01N25/18
• 分類號: G01N25/18;G01N25/20
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 成鋼

技術領域

本實用新型涉及工程熱力學領域中多相孔隙介質的非恒態導熱系數的測定，尤其 是一種測試非恒態導熱系數中用于采集試樣溫度數據的測試裝置。

背景技術

熱量從溫度較高處傳向較低處是普遍熱力學導熱現象，而物質導熱性的大小通常可用導熱系數來表征。導熱系數是指在穩定傳熱條件下，1m厚的材料，兩側表面的溫差為1度，在1秒鐘內，通過1平方米面積傳遞的熱量，單位為瓦/米·度(W/(m·K))，用以表示單位梯度下導熱性的強弱。其在大體積混凝土溫控，溫度應力計算，地熱開采，高溫冷卻等諸多領域有著廣泛的應用。傳統通用的導熱系數測定方法多為測定恒態導熱系數，其基于傅里葉熱傳導定律的測試原理，，測得的導熱系數是一定范圍內的平均值。

而在水工大體積混凝土溫控或是地熱開采中的材料介質多數是包含孔隙、水分和 其它雜質的混合多孔介質，這些材料的成分隨時間實時變化，導致導熱系數也非恒態變化， 采用傳統恒態的測試方法無法準確測定出材料的非恒態導熱系數。

發明內容

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種測試非恒態導熱系數中用于采集試 樣溫度數據的測試裝置，可以解決傳統恒態的測試方法無法準確測定出材料的非恒態導熱 系數的問題，在不破壞樣本的前提下，獲得在非恒態熱傳導過程中材料內部特定點的溫度 數據，進而通過這些點的溫度數據采用最小二乘有限元反算方法得到材料的導熱系數，測 試結果準確。

為解決上述技術問題，本實用新型所采用的技術方案是：一種采用上述方法測試 非恒態導熱系數中用于采集試樣溫度數據的測試裝置，

它包括試模裝置、溫度控制系統以及數據采集系統；

試模裝置中，試模底部布置圓形泡沫板，試模中心插有鋼管；

溫度控制系統中，與繼電器連接的單端加熱棒布置在鋼管中心，繼電器與電源連 接；

數據采集系統包括多個溫度傳感器組，多個溫度傳感器組中，第一溫度傳感器布 置于鋼管內部，第二溫度傳感器和第三溫度傳感器對稱布置組成的溫度傳感器組、第四溫 度傳感器和第五溫度傳感器對稱布置組成的溫度傳感器組、第六溫度傳感器和第七溫度傳 感器對稱布置組成的溫度傳感器組分別布置于試樣內部由內至外沿不同半徑處，多個溫度 傳感器組的各溫度傳感器分別與溫度采集模塊連接，溫度采集模塊分別與電源和電腦連 接；

多個溫度傳感器組的各溫度傳感器和第一溫度傳感器通過各引線穿過開設在圓 形泡沫板的孔的方式固定于圓形泡沫板上；

鋼管的底部封口，鋼管內注入冷水，第一溫度傳感器用于監測管內水溫。

第二溫度傳感器和第三溫度傳感器對稱布置于試樣的半徑30厘米處；

第四溫度傳感器和第五溫度傳感器布置于試樣的半徑43.5厘米處；

第六溫度傳感器和第七溫度傳感器對稱布置于試樣的半徑72.5厘米處。

一種非恒態導熱系數測試的方法，該方法包括以下步驟：

1)對試樣施加溫度擾動，獲取材料內部非恒態熱傳導溫度數據；

2)通過溫度數據，采用最小二乘法對非恒態導熱系數進行多元函數擬合；

3)基于最小二乘有限元方法根據各節點的溫度值反演計算材料的導熱系數非恒 態過程，得到非恒態導熱系數。

試樣及多個傳感器對稱布置，為試樣施加溫度擾動，在一定溫度范圍內循環加熱， 讓溫度均勻擴散到試樣，再采集不同時刻不同半徑下的溫度數據，獲得材料內部非恒態熱 傳導溫度數據。

步驟2)采用的最小二乘法的非恒態多元函數擬合。