[发明专利]大温差样品的半球向全发射率与导热系数的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及导体材料半球向全发射率测量领域，尤其涉及一种大温差样品的半球向全发射率与导热系数的测量方法。 

背景技术

半球向全发射率是材料的重要热物性参数之一，表征了材料的表面热辐射能力，是研究辐射测量、辐射热传递以及热效率分析的重要基础物性数据。随着新型材料在能源动力和航空航天等高新技术领域的广泛应用，对半球向全发射率的测量提出了更多迫切需求，相比于其他热物性参数而言，半球向全发射率测量方法与技术研究仍不够充分，不同材料的半球向全发射率数据依然缺乏，需要通过精确实验测量获得物体的半球向全发射率。 

目前，材料半球向全发射率的测量方法主要有辐射光谱法和量热法。量热法因其设备结构简单，操作方便，精确度较高被广泛应用，其又可分为瞬态量热法和稳态量热法。稳态量热法的实验原理是通过测量样品在热平衡状态下的换热量和表面温度，计算出材料表面的半球向全发射率，国内外研究者采用了不同的样品规格和加热方式，形成了多种稳态量热技术应用模式。例如： 

a．在真空室中利用加热片对材料底面进行加热，通过测量电流、电压以及材料上表面温度，计算材料的全波长发射率； 

b．将两片样品薄片紧贴在加热片的两面，利用加热片的导线将其悬挂在真空室中，通以电流加热，通过测量电功率以及材料表面温度，求解半球向全发射率； 

c．选取细长带状样品在真空环境下通电加热（称之为热丝法），将带状样品的中央温度较均匀的区域视为测试分析区域，进而保证了 样品测试分析区域的温度和能量测量的准确性。 

目前，现有的基于稳态量热法的半球向全发射率测量方法与系统，大都是适用于具有近似均匀温度分布测试区的样品测试，且需要知道样品的导热系数，尽管热丝法通过选择更长尺寸的带状样品能够实现加热样品测试区温度近似均匀性的技术要求，但较长的热丝样品制备对于实验来说难度极大，甚至于对于特定的测试样品，根本无法满足该技术要求，而且，当样品的导热系数为未知时，如何实现样品的导热热损失校准，将又会成为一个需要考虑的问题。因此，针对于实际导体材料的高温辐射热物性测量应用需求，发展一种适用于具有大温度梯度分布导体材料样品的半球向全发射率和导热系数的同时测量方法，是很有必要的。 

发明内容

（一）要解决的技术问题 

本发明的目的是提供一种大温差样品的半球向全发射率与导热系数的测量方法，以克服现有技术无法对导热系数未知的大温差导体材料样品进行半球向全发射率测量的问题。 

（二）技术方案 

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种大温差样品的半球向全发射率与导热系数的测量方法，所述方法的步骤包括： 

S1.选取带状导体样品，在真空环境下通电加热，在所述样品上沿其轴向布置多个热电偶测点，以获取所述样品在加热稳定状态下表面多个位置点的温度信息； 

S2.以所述样品两边的热电偶测点之间的区域作为分析区，并测量获得分析区的通电电流值和电压值； 

S3.将所述样品沿轴向分为多个微元控制体，建立微元控制体的稳态能量平衡方程，将微元控制体的半球向全发射率和导热系数分别表示为关于温度的数学函数，通过样品两端的的电流值和电压值将微元 控制体的加热电功率表示为关于温度的公式，将所述半球向全发射率函数、导热系数函数和加热电功率公式代入微元控制体的稳态能量平衡方程中； 

S4.在不同稳态温度条件下进行多组稳态测量实验，构造出多个不同稳态温度条件下微元控制体的稳态能量平衡方程，形成一个稳态能量平衡方程组，所述样品的半球向全发射率函数和导热系数函数中的待定参数以及除热电偶测点外的微元控制体的温度为所述方程组中的未知数； 

S5.利用数值求解算法求出所述稳态能量平衡方程组中的未知数，得到所述样品关于温度的半球向全发射率函数和导热系数函数以及各微元控制体在不同稳态下的温度分布，从而确定所述样品在不同稳态温度条件下的半球向全发射率和导热系数。 

其中，所述S1中的热电偶测点布置为三个，其中一个布置在样品中心位置，另外两个位于布置在距离样品中心等距的两边。 

其中，所述步骤S3中将样品沿其轴向分为N个微元控制体，每个微元控制体内的温度一致，微元控制体的稳态能量平衡方程为：