[發明專利]一種在低氣壓下測量材料熱適應系數的裝置和方法

有效

• 申請號: 202011119908.6
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112415045B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 岳亞楠;鄧書港;高建樹;方宇欣;顧家馨;李忠成;吳昊
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 李煒

本發明公開了一種在低氣壓測量材料熱適應性系數的裝置和方法。該裝置包括兩個結構相同、內徑不同的腔室，腔室包括導電細絲、頂蓋、腔室壁和底蓋；所述頂蓋上設置有管道；所述腔室壁徑向設置有第一至第四托桿，均延伸至腔室中心；托桿端頭設置有套環；導電細絲貫穿四個套環；所述第一托桿和第四托桿中設置有導線；導線外部穿出腔室壁連接到直流電源，內部一端連接到導電細絲；所述第二托桿和第三托桿中設置有導線；導線外部一端連接到電壓表，內部一端連接到導電細絲；腔室壁設置有壓強表；所述測溫元件、壓強表和電壓表均接入到計算機。利用該裝置在低氣壓收集相關數據，擬合數據曲線，計算得到熱適應性系數。該方法測量精度高，可靠性好。

技術領域

本發明屬于熱力學參數測量技術領域，具體涉及一種測量氣體與固體間熱適應系數的裝置和方法。

背景技術

熱適應系數是表示固體與氣體間能量交換程度的物理參數，即氣體分子同固體壁面碰撞時能量交換的完全程度，其在工程應用上也具有廣泛的應用前景。在航空航天領域中，若需精確計算航天器在空間運行的壽命，就要用到氣體分子的熱適應系數；在涉及氣體-固體之間熱傳遞的情況時，熱適應系數也十分重要。因此準確獲取熱適應系數對工程應用中的熱交換分析等具有重要的意義。

現階段，對于測量熱適應系數的技術還比較欠缺，一般通過實驗或者查閱文獻的方式來獲得。因此通過經驗得到熱適應系數往往缺乏真實準確性，因為熱適應系數同許多因素都有關，主要包括氣體種類、固體表面的狀態、固體表面是否吸附有其它氣體的分子，以及氣體同固體壁面的溫度差等。因此本文提出了一種可以實際測量熱適應系數的方法和裝置。

專利號CN108241303A利用一種真空羽流效應的計算方法，根據蒙特卡洛原理擬合出了壁面的熱適應系數。該方法可以通過數值模擬計算出壁面的熱適應系數，但是分子動力學理論存在計算量大和計算域小的問題，無法直接應用到分析域較大的情況下，比如其不能直接應用到航天器上，以得到航天器表面的熱適應系數；同時擬合出的結果可能會與軌試驗結果有較大出入，需要多次進行反饋修正。本文提到的實驗方法不會受限于模型的尺寸，可以直接根據實驗數據計算出氣體與壁面的熱適應系數。

專利CN102799074A公布了一種光刻設備和部件，并探討了光刻技術中熱適應系數的應用。該文中比較了不同熱適應系數時光刻技術的效率和質量，引入了有效熱適應系數的概念，并發現當有效熱適應系數較高時，光刻技術有著更好的處理效率和質量。由此可見，熱適應系數在光刻技術應用中也占有十分重要的地位，不過該文中并沒有提到計算材料的熱適應系數的具體方法，所以本文提出了一種可以計算出材料熱適應系數理論方法以及測量裝置。

發明內容

本發明針對現有技術所存在的問題，提供了一種可以測量材料熱適應系數的裝置和方法。本發明提供的裝置結構簡單，方便搭建；提供的方法原理簡單、操作方便、測量結果精準。

一種在低氣壓測量材料熱適應性系數的裝置，

包括兩個結構相同、內徑不同的腔室，

所述腔室包括導電細絲(5)、頂蓋(14)、腔室壁(12)和底蓋(15)，形成密封結構；

所述頂蓋(14)上設置有管道(16)；

所述腔室壁(12)徑向設置有第一至第四托桿，均延伸至腔室中心；托桿端頭設置有套環；導電細絲(5)貫穿四個套環；

所述第一托桿和第四托桿中設置有導線；導線外部穿出腔室壁(12)連接到直流電源(11)，內部一端連接到導電細絲(5)；

所述第二托桿和第三托桿中設置有導線；導線外部一端連接到電壓表(10)，內部一端連接到導電細絲(5)；

腔室內設置有測溫元件；

腔室壁(12)設置有壓強表(9)，用于測量腔室氣壓。

所述測溫元件、壓強表(9)和電壓表(10)均接入到計算機(18)。