[發明專利]一種微量液體導熱系數的測量方法及系統

有效

• 申請號: 202210105836.2
• 申請日: 2022-01-28
• 公開（公告）號: CN114264695B
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發明（設計）人: 鄭飛虎;陳師杰
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01N25/18
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 蔡彭君

本發明涉及一種微量液體導熱系數的測量方法及系統，在金屬化處理的介質薄膜上施加均勻分布的電場，介質薄膜一面通過激光脈沖進行熱激勵，另一面與厚度半無限大的液體緊密接觸，采集介質薄膜?半無限厚液體在激光脈沖作用下產生的實驗位移電流；結合介質薄膜的參數與實際模型結構建立傳熱仿真模型，根據介質薄膜內的溫度分布變化，計算理論位移電流；提取理論位移電流和實驗位移電流的特征來進行對比擬合，將液體的導熱系數作為唯一未知變量，使用迭代算法對仿真模型中液體的導熱系數進行調節使得實驗曲線與仿真曲線擬合度最佳，將此時仿真模型中的導熱系數作為測量結果。與現有技術相比，本發明適用范圍廣、準確度高、測量速度快、操作難度低。

技術領域

本發明涉及導熱系數測量技術領域，尤其是涉及一種微量液體導熱系數的測量方法及系統。

背景技術

液體的導熱系數是液體最重要的熱物理性質之一，是量化傳熱過程和評價材料熱性能的基本參數。在流體科學中，液體的導熱性是一種重要的熱量輸運特性。準確和可靠的液體熱導率數據有利于準確計算和提高熱交換機中流體的傳熱效率，對設計和開發具有非常高效的熱傳輸特性的工作流體是非常重要的。液體材料導熱系數測量值的準確性在工業應用中至關重要，不準確的液體導熱系數可能導致對主導換熱方式的判斷出現失誤，引發嚴重的錯誤。

目前已開發了很多方法用于測量液體的導熱系數，根據測量原理的不同大致分為穩態方法和瞬態方法。穩態方法測量方法主要有平板法、圓筒法和圓球法三類。該類方法熱平衡時間較長，一般需要使待測液體穩定在一個溫度點幾個小時，測量精度高，但操作麻煩，對設備加工要求高。近年來，多用瞬態法來對液體導熱系數進行有效測量，常見的幾種瞬態方法主要有瞬態熱線(THW)法，激光閃光法(LF)，和光子光譜法(PCS)，在測量過程中，對應的優缺點如下所示：

瞬態熱線法(THW)的精度高，誤差小，適用于各種流體，但是需要大量液體樣品，周期相對長，導電液體的導熱系數難以測定。激光閃光法(LF)可測定小體積液體樣品，可測定導電液體，但是對低熱導率的樣品的測量較困難。光子光譜法(PCS)可測定高溫高壓液體，可測定導電液體，但是測量模型復雜，測量裝置昂貴。

因此，有必要設計一種新型的測量微量液體導熱系數的方法，能夠簡單、快速、精準地測量導電液體、小體積液體的導熱系數。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種微量液體導熱系數的測量方法及系統。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種微量液體導熱系數的測量方法，包括以下步驟：

對參數已知的介質薄膜進行雙面金屬化處理，將介質薄膜的一個自由面與待測量的半無限厚的液體緊密貼緊；

在介質薄膜兩側外接直流電壓使介質薄膜內部存在均勻分布的電場，對介質薄膜的另一個自由面施加激光脈沖，采集介質薄膜-半無限厚液體在激光脈沖作用下產生的位移電流，記為實驗位移電流；

結合介質薄膜的參數與實際模型結構建立傳熱仿真模型，所述仿真模型用于計算介質薄膜內的溫度分布變化；

將液體的導熱系數作為唯一未知變量，調整仿真模型中液體的導熱系數，計算得到對應的溫度分布變化，根據溫度分布變化計算得到理論位移電流，提取理論位移電流和實驗位移電流的特征來進行對比擬合；若二者的擬合度滿足預設置的收斂條件，則將此時仿真模型中液體的導熱系數作為最終的測量結果，得到液體的導熱系數，否則，重復執行此步驟。

優選的，所述介質薄膜的自由面與待測量的液體之間不存在空隙，且待測量的液體的厚度高于介質薄膜的厚度兩到三個數量級以上，施加到介質薄膜上的激光光斑直徑比介質薄膜厚度高出兩個數量級。

優選的，理論位移電流的計算公式為：