[发明专利]一种基于热线法的各向异性材料热导率测量方法及装置

说明书

本发明涉及一种基于热线法的各向异性材料热导率测量方法，包括以下步骤：S1，取长方体形的各向异性材料试样；S2，以长方体的长、宽、高方向建立xyz坐标系，利用热线法测试N1、N2和N3三个平面的名义热导率k_N1、k_N2和k_N3，N1、N2和N3三个平面分别与x轴、y轴和z轴垂直；S3，根据下式计算x轴、y轴和z轴上的真实热导率k_x、k_y和k_z：与现有技术相比，本发明具有热线法的仪器设备简单、便携的优点，还能简化测量、缩短试验周期的目的。

技术领域

本发明涉及一种材料热导率测量方法，尤其是涉及一种基于热线法的各向异性材料热导率测量方法及装置。

背景技术

热导率是材料的基本特性参数，目前常用的测量方法主要是瞬态热线法(也称“热探针法”)和稳态热板法。热线法具有测试仪器便携及量测方法简单、快速等优点。其原理是通过测定热量沿着线形热探针向四周扩散而产生的温度变化量值和速度，来确定材料在与探针垂直平面内的热导率。因此，传统的热线法主要应用于各向同性材料的热导率量测，却不能直接用于各向异性材料；对于各向异性材料热导率的量测，过去只能采用仪器设备复杂、方法繁琐、试验周期较长的热板法。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于热线法的各向异性材料热导率测量方法及装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于热线法的各向异性材料热导率测量方法，包括以下步骤：

S1，取长方体形的各向异性材料试样；

S2，以长方体的长、宽、高方向建立xyz坐标系，利用热线法测试N1、N2和N3三个平面的名义热导率k_N1、k_N2和k_N3，N1、N2和N3三个平面分别与x轴、y轴和z轴垂直；

S3，根据下式计算x轴、y轴和z轴上的真实热导率k_x、k_y和k_z：

所述的步骤S1中，长方体的长、宽、高相等。

所述的步骤S2中，在材料表面中心位置钻孔，埋设热线。

一种基于热线法的各向异性材料热导率测量装置，设置在各向异性材料中，所述的各向异性材料为长方体形，所述的测量装置包括三个热线法测量单元，每个热线法测量单元测量一个平面的热导率，被测量的三个平面互相垂直。

所述的长方体的三个面法方向与各向异性材料的主轴重合，且在热导率测试时应确保热线距材料边界足够远，要求边长大于热线长度。

所述的热线法测量单元中，热线埋设于材料表面中心轴位置。

与现有技术相比，本发明以各向异性材料热传导特性理论解为基础，能间接而精确地获取各向异性试样在三个主方向上的热导率，因此不仅具有热线法的仪器设备简单、便携的优点，还能简化测量、缩短试验周期的目的。

附图说明

图1为本发明测量各向异性材料热导率原理示意图；

图2(a)为本发明测量各向异性材料热导率试样图(木材)，图2(b)为图2(a)的局部放大图；

图3为本发明测量各向异性材料热导率方法示意图(樱桃木)；

图4为热探针加热过程中实际与理论的温升曲线；

图5为本发明测量方法流程图。

具体实施方式