一种同时辨识材料的热导率和热容的方法及测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种同时辨识材料的热导率和热容的方法及测试装置，所述方法包括：测量测试材料表面的发射率；测量测试材料表面的热流密度；测量测试材料内部的温度历程；获取测试材料热物性参数；当测试材料热物性参数已知时，利用材料的边界条件和初始条件计算材料内部的温度分布,得到测试材料随温度变化的热导率和热容。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及材料分析
，特别是指一种同时辨识材料的热导率和热容的方 法及测试装置。
技术介绍
近年来，随着我国对节能的重视以及对防热的要求提高，材料热物性参数的辨识 越来越受到重视。通常材料热物性参数有两种方法可以确定，即直接测试和计算，直接测量 方法过程比较复杂，测量费用较高，尤其是对于变热物性参数的材料，需要对各个温度点的 热物性参数进行重复测试，效率较低；而计算方法对于多参数同时辨识结果误差较大。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种同时辨识材料的热导率和热容的方法及测 试装置，能够降低辨识材料的热导率和热容的复杂程度误差。 为解决上述技术问题，本专利技术的实施例提供一种同时辨识材料的热导率和热容的 方法，所述方法包括： 测量测试材料表面的发射率； 测量测试材料表面的热流密度； 测量测试材料内部的温度历程； 获取测试材料热物性参数； 假设测试材料热物性参数已知，利用材料的边界条件和初始条件计算材料内部的 温度分布，以计算温度分布和实测温度历程的偏差构造目标函数，通过L-M方法对材料热 物性参数进行优化，得到测试材料随温度变化的热导率和热容。 优选的，所述当测试材料热物性参数已知时，利用材料的边界条件和初始条件计 算材料内部的温度分布包括： 将测试材料内部温度满足的边界条件和初始条件带入材料内部的温度分布控制 方程，计算材料内部的温度分布； 材料内部的温度分布控制方程如下： 其中，T为材料内部温度分布，X为热传导方向，k(T)和Cp⑴为材料随温度变化 的热导率和热容，t为时间； 测试材料内部温度满足的边界条件和初始条件如下：CN 105181740 A 说明书 2/5 页 T (x, 0) = T0 其中，q"为材料表面的热流密度，ε为材料表面的发射率，T。为材料初始时刻的 温度，T1Sx= 1处的温度。 优选的，所述将测试材料内部温度满足的边界条件和初始条件带入材料内部的温 度分布控制方程，计算材料内部的温度分布，包括： 利用基尔霍夫变换将材料内部的温度分布控制方程由非线性变换为线性，变换后 的形式如下： 通过有限差分方法求解U(x，t)，进而通过U(x，t)和T的对应关系求出材料内部的 温度分布。 优选的，所述方法还包括： 当测试材料热物性参数未知时，设置测试材料热物性参数初始值； 利用所述测试材料热物性参数初始值计算材料内部的温度历程； 将计算的材料内部的温度历程与测量的测试材料内部的温度历程比较，以其残差 的平方作为目标函数，通过L-M方法对材料的热物性参数进行优化； 得到使目标函数满足终止准则的热物性参数值，即为测试材料随温度变化的热导 率和热容。 优选的，所述测量测试材料表面的发射率，包括： 利用单比色测温方法结合热电偶测温，测量测试材料表面的发射率。 优选的，测量测试材料表面的热流密度，包括： 利用戈登计标定在距离石英辐照灯灯口处的辐射热流密度。 优选的，测量测试材料内部的温度历程，包括： 开启辐照灯，加热试样，记录试样内部的温度历程，待试样内部测点温度升高到欲 辨识温度上限时停止加热。 本专利技术实施例还提供一种同时辨识材料的热导率和热容的测试装置，所述测试装 置包括辐照灯、热电偶、单比色测温仪、戈登计、数据记录仪和数据处理器； 所述辐照灯，用于照射测试材料表面进行加热； 所述热电偶和单比色测温仪，用于测量测试材料内部温度分布和表面温度； 所述戈登计，用于标定石英辐照灯灯口处的辐射热流密度； 所述数据记录仪，用于采集测试数据； 所述数据处理器，用于对实验数据进行处理。 优选的，所述数据处理器利用材料的边界条件和初始条件计算材料内部的温度分 布，并通过L-M方法进行优化得到测试材料随温度变化的热导率和热容。 优选的，所述数据处理器将测试材料内部温度满足的边界条件和初始条件带入材 料内部的温度分布方程，计算材料内部的温度分布，得到测试材料随温度变化的热导率和 热容。 本专利技术的上述技术方案的有益效果如下： 上述方案中，利用L-M方法可以实现随温度变化的热导率和比热的同时辨识，相 比于传统的测试方法，避免了重复试验，节约测试成本，提高效率，并同时提高材料热物性 辨识的精度，具有重要的应用价值。【附图说明】 图1为本专利技术实施例的同时辨识材料的热导率和热容的方法流程图； 图2为本专利技术实施例的同时辨识材料的热导率和热容的测试装置结构图。 1、辐照灯； 2、热电偶； 3、测温探头； 4、戈登计； 5、数据采集仪； 6、数据处理器。【具体实施方式】 为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具 体实施例进行详细描述。 如图1所示，本专利技术实施例的一种同时辨识材料的热导率和热容的方法，所述方 法包括： 步骤101 :测量测试材料表面的发射率。 步骤102 :测量测试材料表面的热流密度。 步骤103 :测量测试材料内部的温度历程。 步骤104 :获取测试材料热物性参数。 步骤105 :当测试材料热物性参数已知时，利用材料的边界条件和初始条件计算 材料内部的温度分布。 优选的，所述当测试材料热物性参数已知时，利用材料的边界条件和初始条件计 算材料内部的温度分布包括： 将测试材料内部温度满足的边界条件和初始条件带入材料内部的温度分布方程， 计算材料内部的温度分布； 材料内部的温度分布控制方程如下： 其中，T为材料内部温度分布，X为热传导方向，k(T)和Cp⑴为材料随温度变化 的热导率和热容； 测试材料内部温度满足的边界条件和初始条件如下： T (X，0) = T0 其中，q"为材料表面的热流密度，ε为材料表面的发射率，T。为材料初始时刻的 温度，T1Sx= 1处的温度。 优选的，所述将测试材料内部温度满足的边界条件和初始条件带入材料内部的温 度分布方程，计算材料内部的温度分布。包括： 利用基尔霍夫变换将材料内部的温度分布控制方程由非线性变换为线性，变换后 形式如下： 通过有限差分方法求解U(x，t)，进而通过U(x，t)和T的对应关系求出材料内部的 温度分布。 优选的，所述方法还包括： 当测试材料热物性参数当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同时辨识材料的热导率和热容的方法，其特征在于，所述方法包括：测量测试材料表面的发射率；测量测试材料表面的热流密度；测量测试材料内部的温度历程；获取测试材料热物性参数；当测试材料热物性参数已知时，利用材料的边界条件和初始条件计算材料内部的温度分布,得到测试材料随温度变化的热导率和热容。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：易法军，潘威振，孟松鹤，金华，朱燕伟，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23