[实用新型]一种测试非恒态导热系数中用于采集试样温度数据的测试装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及工程热力学领域中多相孔隙介质的非恒态导热系数的测定，尤其 是一种测试非恒态导热系数中用于采集试样温度数据的测试装置。

背景技术

热量从温度较高处传向较低处是普遍热力学导热现象，而物质导热性的大小通常可用导热系数来表征。导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度，在1秒钟内，通过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米·度(W/(m·K))，用以表示单位梯度下导热性的强弱。其在大体积混凝土温控，温度应力计算，地热开采，高温冷却等诸多领域有着广泛的应用。传统通用的导热系数测定方法多为测定恒态导热系数，其基于傅里叶热传导定律的测试原理，，测得的导热系数是一定范围内的平均值。

而在水工大体积混凝土温控或是地热开采中的材料介质多数是包含孔隙、水分和 其它杂质的混合多孔介质，这些材料的成分随时间实时变化，导致导热系数也非恒态变化， 采用传统恒态的测试方法无法准确测定出材料的非恒态导热系数。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种测试非恒态导热系数中用于采集试 样温度数据的测试装置，可以解决传统恒态的测试方法无法准确测定出材料的非恒态导热 系数的问题，在不破坏样本的前提下，获得在非恒态热传导过程中材料内部特定点的温度 数据，进而通过这些点的温度数据采用最小二乘有限元反算方法得到材料的导热系数，测 试结果准确。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种采用上述方法测试 非恒态导热系数中用于采集试样温度数据的测试装置，

它包括试模装置、温度控制系统以及数据采集系统；

试模装置中，试模底部布置圆形泡沫板，试模中心插有钢管；

温度控制系统中，与继电器连接的单端加热棒布置在钢管中心，继电器与电源连 接；

数据采集系统包括多个温度传感器组，多个温度传感器组中，第一温度传感器布 置于钢管内部，第二温度传感器和第三温度传感器对称布置组成的温度传感器组、第四温 度传感器和第五温度传感器对称布置组成的温度传感器组、第六温度传感器和第七温度传 感器对称布置组成的温度传感器组分别布置于试样内部由内至外沿不同半径处，多个温度 传感器组的各温度传感器分别与温度采集模块连接，温度采集模块分别与电源和电脑连 接；

多个温度传感器组的各温度传感器和第一温度传感器通过各引线穿过开设在圆 形泡沫板的孔的方式固定于圆形泡沫板上；

钢管的底部封口，钢管内注入冷水，第一温度传感器用于监测管内水温。

第二温度传感器和第三温度传感器对称布置于试样的半径30厘米处；

第四温度传感器和第五温度传感器布置于试样的半径43.5厘米处；

第六温度传感器和第七温度传感器对称布置于试样的半径72.5厘米处。

一种非恒态导热系数测试的方法，该方法包括以下步骤：

1)对试样施加温度扰动，获取材料内部非恒态热传导温度数据；

2)通过温度数据，采用最小二乘法对非恒态导热系数进行多元函数拟合；

3)基于最小二乘有限元方法根据各节点的温度值反演计算材料的导热系数非恒 态过程，得到非恒态导热系数。

试样及多个传感器对称布置，为试样施加温度扰动，在一定温度范围内循环加热， 让温度均匀扩散到试样，再采集不同时刻不同半径下的温度数据，获得材料内部非恒态热 传导温度数据。

步骤2)采用的最小二乘法的非恒态多元函数拟合。