[发明专利]一种在低气压下测量材料热适应系数的装置和方法

说明书

本发明公开了一种在低气压测量材料热适应性系数的装置和方法。该装置包括两个结构相同、内径不同的腔室，腔室包括导电细丝、顶盖、腔室壁和底盖；所述顶盖上设置有管道；所述腔室壁径向设置有第一至第四托杆，均延伸至腔室中心；托杆端头设置有套环；导电细丝贯穿四个套环；所述第一托杆和第四托杆中设置有导线；导线外部穿出腔室壁连接到直流电源，内部一端连接到导电细丝；所述第二托杆和第三托杆中设置有导线；导线外部一端连接到电压表，内部一端连接到导电细丝；腔室壁设置有压强表；所述测温元件、压强表和电压表均接入到计算机。利用该装置在低气压收集相关数据，拟合数据曲线，计算得到热适应性系数。该方法测量精度高，可靠性好。

技术领域

本发明属于热力学参数测量技术领域，具体涉及一种测量气体与固体间热适应系数的装置和方法。

背景技术

热适应系数是表示固体与气体间能量交换程度的物理参数，即气体分子同固体壁面碰撞时能量交换的完全程度，其在工程应用上也具有广泛的应用前景。在航空航天领域中，若需精确计算航天器在空间运行的寿命，就要用到气体分子的热适应系数；在涉及气体-固体之间热传递的情况时，热适应系数也十分重要。因此准确获取热适应系数对工程应用中的热交换分析等具有重要的意义。

现阶段，对于测量热适应系数的技术还比较欠缺，一般通过实验或者查阅文献的方式来获得。因此通过经验得到热适应系数往往缺乏真实准确性，因为热适应系数同许多因素都有关，主要包括气体种类、固体表面的状态、固体表面是否吸附有其它气体的分子，以及气体同固体壁面的温度差等。因此本文提出了一种可以实际测量热适应系数的方法和装置。

专利号CN108241303A利用一种真空羽流效应的计算方法，根据蒙特卡洛原理拟合出了壁面的热适应系数。该方法可以通过数值模拟计算出壁面的热适应系数，但是分子动力学理论存在计算量大和计算域小的问题，无法直接应用到分析域较大的情况下，比如其不能直接应用到航天器上，以得到航天器表面的热适应系数；同时拟合出的结果可能会与轨试验结果有较大出入，需要多次进行反馈修正。本文提到的实验方法不会受限于模型的尺寸，可以直接根据实验数据计算出气体与壁面的热适应系数。

专利CN102799074A公布了一种光刻设备和部件，并探讨了光刻技术中热适应系数的应用。该文中比较了不同热适应系数时光刻技术的效率和质量，引入了有效热适应系数的概念，并发现当有效热适应系数较高时，光刻技术有着更好的处理效率和质量。由此可见，热适应系数在光刻技术应用中也占有十分重要的地位，不过该文中并没有提到计算材料的热适应系数的具体方法，所以本文提出了一种可以计算出材料热适应系数理论方法以及测量装置。

发明内容

本发明针对现有技术所存在的问题，提供了一种可以测量材料热适应系数的装置和方法。本发明提供的装置结构简单，方便搭建；提供的方法原理简单、操作方便、测量结果精准。

一种在低气压测量材料热适应性系数的装置，

包括两个结构相同、内径不同的腔室，

所述腔室包括导电细丝(5)、顶盖(14)、腔室壁(12)和底盖(15)，形成密封结构；

所述顶盖(14)上设置有管道(16)；

所述腔室壁(12)径向设置有第一至第四托杆，均延伸至腔室中心；托杆端头设置有套环；导电细丝(5)贯穿四个套环；

所述第一托杆和第四托杆中设置有导线；导线外部穿出腔室壁(12)连接到直流电源(11)，内部一端连接到导电细丝(5)；

所述第二托杆和第三托杆中设置有导线；导线外部一端连接到电压表(10)，内部一端连接到导电细丝(5)；

腔室内设置有测温元件；

腔室壁(12)设置有压强表(9)，用于测量腔室气压。

所述测温元件、压强表(9)和电压表(10)均接入到计算机(18)。