[发明专利]半透明固体材料高温定向反射比的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及半透明固体材料高温定向反射比的测量方法，属于固体材料高温热辐射特性的测量技术领域。

背景技术

随着空间科学技术的发展，多孔吸热芯、隔热材料等散射性半透明固体材料已经广泛应用在航空航天领域的高温热场合。如太阳能高温热转换利用中，太阳能吸热腔中需要安装有SiC陶瓷、Al₂O₃陶瓷或ZrO陶瓷等多孔吸热芯来吸收太阳能，用以加热流动工质，其加热温度可以达到上千度。多孔吸热芯的热辐射物性是进行吸热腔结构设计、高温热转换效率及吸热芯自身结构设计的关键参数。另一方面，空天飞行器表面通常覆盖微纳米多孔隔热材料，用来保护飞行器结构及舱内温度在允许范围内。在空天飞行器机动飞行时，严重的气动热量及隔热材料自身辐射均会对隔热材料的高温隔热性能产生影响，隔热材料热物性随温度的变化会导致隔热功能特性的失效。

因此，对隔热材料的高温定向反射比进行测量，了解其高温隔热性能，并进一步研究其热辐射物性，分析热辐射传输过程，对隔热材料结构设计具有重要意义。由此，专门针对多孔吸热芯及隔热材料等散射性半透明固体材料的热辐射物性开展高温实验测量方法的研究就显得尤为重要。目前，尚不能实现从单一半透明固体材料样片中通过测量获得多个高温定向反射比数据，这对半透明固体材料热辐射物性的研究及评价造成了阻碍。

发明内容

本发明目的是为了解决目前不能从单一半透明固体材料样片中通过测量获得多个高温定向反射比的问题，提供了一种半透明固体材料高温定向反射比的测量方法。

本发明所述半透明固体材料高温定向反射比的测量方法，它包括以下步骤：

步骤一：将光源、光阑、圆弧轨道和加热腔沿光源的光轴方向依次固定布置，加热腔为圆柱形，加热腔的轴线与所述光轴垂直，使光源的光轴通过加热腔的横截面的圆心；加热腔侧壁上具有光入射孔，该光入射孔的中心位于光源的光轴上；加热腔侧壁沿圆周周向上开有四个测量孔，四个测量孔的圆心与光入射孔的中心在加热腔的同一横截平面上；圆弧轨道圆心在加热腔的轴线上，在圆弧轨道上设置探测器，探测器在圆弧轨道上滑动时其光敏面的中心与测量孔中心在同一平面上；

步骤二：沿圆弧轨道移动探测器，并转动探测器使其光敏面中心对准光源的光轴，光源发射的光束经光阑的通光孔后，被探测器的光敏面吸收，记录探测器的初始响应信号V_S；

步骤三：将半透明固体材料样片放置到加热腔内，使半透明固体材料样片反射面的中心在加热腔的轴线上，并且与光入射孔圆心在同一平面内，并且半透明固体材料样片的法向与光源的光轴重合，监测半透明固体材料样片的温度，当半透明固体材料样片升温至目标温度后保持当前温度，该目标温度范围为300K-1200K；转动探测器使其光敏面的中心对准半透明固体材料样片的反射面中心，再沿圆弧轨道滑动探测器使其光敏面中心依次对准四个测量孔的圆心，并记录探测器由每个测量孔获得的第一探测信号V_i，i=1,2,3,4；

步骤四：继续保持半透明固体材料样片的当前温度，使光阑遮住光源发射的光束，再使探测器光敏面的中心依次对准四个测量孔的圆心，并记录探测器由每个测量孔获得的第二探测信号V_j，j=1,2,3,4；

步骤五：根据探测器的初始响应信号V_S、第一探测信号V_i和第二探测信号V_j，计算获得半透明固体材料样片在目标温度时的定向反射比。

所述半透明固体材料样片在目标温度时的定向反射比的计算方法为：

根据高温定向反射比的计算公式：(V_i-V_j)/V_S，

分别计算获得半透明固体材料样片反射面的中心与四个测量孔中心的连线方向的目标温度时的定向反射比。

本发明的优点：本发明所述测量方法适用于对半透明固体材料实施所需温度和方向的定向反射比测量，可以进行300K-1200K温度范围内的定向反射比测量。它可以按照测量需要升温样片至300K-1200K范围内任一温度，按照测量方向的需要，调整测量孔开孔位置，即β₁，β₂，β₃，β₄的确切值。测量时，在无样片的条件下先探测获得初始响应信号V_S，再放入样片升温至目标温度，分别测量光阑不遮住光源和遮住光源时探测方向上的响应值。