[发明专利]基于稳态分析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，尤其涉及一种基于稳态量热分析的导体材料半球向全发射率与导热系数的同时测量反演方法。

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。目前已有人测量出了了氧化和非氧化的铬镍铁合金718样品、304号不锈钢和钼等材料的发射率，但材料的种类数量有限，且必须知道材料的导热系数，这就局限了这种测量方法的测量范围和测量效果。

在基于稳态量热分析的导体材料半球向全发射率的测量计算模型中，带状样品测试区的导热热损失校正是需考虑的关键环节，然而，当所测试材料的导热系数为未知时，如何解决样品测试区的导热热损失校准将是材料半球向全发射率求解所面临的主要困难之一。因此，针对于导热系数未知情形下的导体材料测试而言，发展一种高温半球向全发射率和导热系数同时测量的方法，将是非常必要的。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种基于稳态分析的半球向全发射率与导热系数的测量方法，以克服现有的稳态量热法测量半球向全发射率时，在未知样品导热系数的情况下，无法进行样品测试区导热热损失校准的问题。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于稳态分析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.选取一个细长带状的导体材料样品，在真空环境下通电加热，选取所述样品中间的一段区域为测试区，根据稳态量热法建立所述样品的稳态能量平衡方程；

S2.将所述样品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，以函数中的待定参数来定量表征样品的半球向全发射率与导热系数的特征；

S3.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的稳态能量平衡方程，形成一个稳态能量平衡方程组，样品半球向全发射率函数和导热系数函数中的待定参数为所述方程组中的未知数；

S4.利用数值求解算法求出样品半球向全发射率函数和导热系数函数中的待定参数，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，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，所述步骤S1中的稳态能量平衡方程为：