[发明专利]高温热物理性能测量装置及其测量方法

权利要求书

1.一种高温热物理性能测量装置，包括：相互连接的检测模块与计算模块；其特征在于：

所述的检测模块包括：2个K型热电偶、数据采集卡、温度采集单元和测试容器，其中：两个K型热电偶的测量端分别点焊固定于测试容器内壁或者待测样本外表面，第一K型热电偶与第二K型热电偶的另一端连接于数据采集卡的采样通道上，数据采集卡通过USB接口与温度采集单元相连并传输待测样本处于不同时刻的温度数据，温度采集单元生成降温曲线数据并输出至计算模块；

所述的计算模块包括：温度数据待测样本、有限元计算单元和模式搜索法单元，其中：检测模块根据温度采集单元输出的降温曲线数据经筛选后制作成温度数据待测样本并输出至计算模块，计算模块通过有限元计算单元与模式搜索法单元联合计算，获得测试待测样本降温曲线所对应的不同温度热导率及热容数据。

2.根据权利要求1所述的高温热物理性能测量装置，其特征是，所述的K型热电偶采用0.5mm直径的K型热电偶，短期使用温度上限为900℃。

3.根据权利要求1所述的高温热物理性能测量装置，其特征是，所述的测试容器采用不锈钢圆柱形容器，容器的高度及直径范围应在80mm-200mm，壁厚不得超过1mm。

4.一种根据上述任一权利要求所述装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、对待测样本进行预处理后加热待测样本并测量温度，当待测样本温度达到稳定状态后，将待测样本通过钢丝悬空设置，并通过K型热电偶和数据采集卡记录下待测样本从电炉中取出直到降温至室温的降温温度曲线；

第二步、读取待测样本从开始降温时间分别经过50秒、100秒、500秒、1000秒时刻的温度数据作为温度数据待测样本，当超过1000秒仍未降温至室温稳定状态，则进一步读入3000秒、5000秒时刻的温度数据，然后将待测样本取出瞬间的温度数据作为计算模块中有限元计算单元的初始温度条件，并将室温稳定状态的温度作为环境温度；

第三步、建立有限元计算模型，并通过有限元计算单元及模式搜索法单元进行参数调整，获得当前假设的待定参数求得的特定时刻降温曲线的温度点；

第四步、当调整待定参数获得的模拟降温曲线与检测获得的降温曲线之间的误差小于容错范围，则可以认为数值计算所假设的待定参数与实际情况相同，此假设的热导率、热容可以认为是待测样本的实测热导率及热容。

5.根据权利要求4所述的测量方法，其特征是，所述的待测样本预处理是指：对于颗粒状待测样本则置于测试容器内，所加入的待测样本量必须充满测试容器；对于致密体待测样本则加工成直径大于等于80mm且高度大于等于15mm的圆柱体，并在圆柱体待测样本的横截面0°、90°、180°、270°位置沿圆柱体高度方向开槽，槽的尺寸为3mm×3mm。

6.根据权利要求4所述的测量方法，其特征是，所述的加热待测样本并测量温度是指：首先固定待测样本，然后开启温度采集单元并对待测样本加热，同时通过温度采集单元中读取到的温度读数判定待测样本是否达到温度稳定状态。

7.根据权利要求4所述的测量方法，其特征是，所述的记录的频率高于0.5次/秒。

8.根据权利要求4所述的测量方法，其特征是，所述的固定待测样本是指：对于颗粒状待测样本，将第一K型热电偶的测量端通过待测样本嵌入于充满被测待测样本的测试容器中心位置，第二K型热电偶的测量端通过K型热电偶点焊机焊在测试容器内壁一半高度处；对于致密体待测样本，将第一K型热电偶的测量端通过K型热电偶点焊机焊在上表面中心，第二K型热电偶的测量端通过K型热电偶点焊机焊在上表面边缘处。

9.根据权利要求4所述的测量方法，其特征是，所述的建立有限元计算模型，具体步骤为：

a)根据待测样本的实际形状，创建二维结构模型，并加以网格划分，网格的尺寸不超过5mm/格；

b)将对流边界条件与辐射边界条件同时加载于二维结构模型外表面，模拟待测样本降温过程的对流与辐射同时发生的散热条件；

c)有限元计算单元中所需的热导率、热容、环境对流系数、辐射黑度采用待定参数代入计算。

10.根据权利要求4所述的测量方法，其特征是，所述的参数调整，具体步骤为：

i)将当前参数记录为R₁，根据设定的步长，对每一个待定参数进行增加以及减少的调整，计算降温曲线误差后与当前参数降温曲线误差进行对比，选择误差较小的参数保留，记录为R₂，若所有参数调整完毕后，R₂＝R₁，则将步长减半，重新执行步骤i，否则执行步骤ii；

ii)根据步骤i中的参数R₁与R₂，进行一次步长为R₂/R₁的参数调整，获得新的参数点，记为M₁，并重新执行步骤i；

iii)当步骤i中的降温曲线误差小于容错范围，则停止计算。