[发明专利]海冰导热系数测量仪

说明书

技术领域

本发明涉及测量仪，特别是一种海冰导热系数测量仪。

背景技术

海冰导热系数的研究是传热学领域里无论在国内外都是一个尚未开发的研究领域。目前，对海冰导热系数的求解主要有三种途径。

第一种通过建立海冰模型，借用已知的纯水、海水、纯冰的热物理性质（如：比热容，密度，导热系数等），通过物理分析和简化假设，推导出海冰导热系数求解的一些经验公式。一个具有代表性的海冰模型是“海冰水泡模型”，它将空气、海水等物质以气泡的形式引入海冰中加以分析。这种方式的不足之处在于模型普遍过于简化，且只能在特定海冰（如一年海冰，多年海冰）的特定地方（如20cm~45cm处）适用。因此，采用这种方法需要大量的经验公式或经验数据，十分繁琐。

第二种是利用热平衡方程，在建立平衡方程之后，通过在某些特定条件的简化下，求得未知系数K—导热系数。这种方法的代表是，Malmgren的一维热流分析法。Malmgren通过建立热平衡方程：

式中：K₁和K₂分别为冰柱顶部和底部的导热系数，分别为高度、平均密度和平均比热容。当随着时间t的增加而温度T不在发生变化时，即T1=T2时，热平衡方程可简化为：

从而求得导热系数K。这种方法的不足之处在于分析方法较粗糙，选取的样品冰柱长，由于温度计是独立安放在测量孔中的，所以要求一维热流必须水平的通过2m，而当冰柱表面不平整时，假设不成立，因此具有一定的局限性。

第三种则是运用一些温度测量器件，通过对定位点的温度的测量，在通过相应的数据处理，最后运用傅里叶导热定律最终求得导热系数K，也称为直接测量法，这属于一种新型的测量方法。例如：维多利亚大学采用一个直径为6.35mm的薄壁（0.3mm）的不锈钢管，外面放一个聚氯四氟乙烯罩，外罩上定位了YS155031热敏电阻测量固定点海冰温度，外罩与钢筒缝隙用绝热胶填充。这种方法的不足之处在于：往往引入了能导热的金属外筒来作为样品冰的容器，导致计算时需要去掉金属筒对导热的影响，从而给数据处理带来了麻烦。此外，有的设备没有自带微加热装置，而靠自然的热量（如日照）使冰柱温度发生变化，这样导致实验时间长、加热量Q难以计算等问题。有的设备加入真空系统，虽然一定程度上提高了精度，但实验设备成本往往高达十几万。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种海冰导热系数测量仪，以便通过直接测量的方式得到被测海冰的导热系数，从而为海冰复合结构、海冰导热机理的研究和新型海冰模型的提出提供数据和参考。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的海冰导热系数测量仪是由实验装置和外接设备两大部分组成。

所述实验装置主要由热敏电阻、钢制外筒和加热设备组成，其中：钢制外筒的顶部有以密封螺栓相连的钢制顶盖，钢制外筒的内腔放有塑料泡沫绝热筒，钢制外筒的底部由支架支撑。热敏电阻的探头测量端穿过钢制外筒后伸入塑料泡沫绝热筒的中心孔处，与该中心孔所装的样品海冰冰柱壁面接触。在钢制外筒底部外面中心处安装加热设备，该加热设备包括盘状康铜丝及加热电源。

所述外接设备包括恒温腔、制冷设备、泵循环系统，其中：恒温腔通过其外壳上的冷却液进/出管与外接的制冷设备和冷却液连通，该外壳的底部放在钢制外筒的顶盖中心孔处，且紧压在塑料泡沫绝热筒的顶部上。

在所述塑料泡沫绝热筒的外壁包有石棉层。

在所述钢制外筒底部外面中心处，向外依次有盘状康铜丝、绝热泡沫加热垫与紫铜片，紫铜片通过松紧螺母与钢制外筒底部相连。

在紫铜片和盘状康铜丝之间放置绝热泡沫加热垫。

所述恒温腔外壳的内部设有恒温腔温度传感器。

所述恒温腔外壳的顶部装有绝缘层。

所述绝缘层为石棉层。

所述冷却液为乙二醇/水/异丙醇混合的溶液，它们以40/40/20的体积比例混合。

本发明提供的上述海冰导热系数测量仪，其用于测量海冰的导热系数。