[发明专利]辐射换热法测量相变构件相对导热系数的装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量材料导热系数的装置与方法，特别是涉及一种测量相变构件相对导热系数的装置与方法。

背景技术

目前，已有国内外研究者的实验测试数据表明，相变材料的导热系数在相变区间内随着温度的变化会发生较大变化，且相比于固相及液相的导热系数相差较大。这为掺入相变材料的相变构件的导热性能的评价带来了极大困难。相变材料在相变区间内的导热性能不止受到材料本身特性的影响，还受到由于相变所引起的潜热的蓄、放以及液相自然对流的影响。除此之外，物质本身微观结构的变化同样有可能引起其导热特性发生巨大变化。这样，单纯从导热系数出发就很难从理论上去解释与评价相变材料在相变区间内的导热性能。变物性构件的导热特性可以用相对导热系数去评价。但相比于其他变物性构件，相变构件在建筑应用中的蓄热方式主要辐射蓄热而不是温差蓄热及对流蓄热。所以，开发出一种以辐射蓄热为主要蓄热方式的相变构件相对导热系数测试的方法与装置将更加具有实际意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种辐射换热法测量相变构件相对导热系数的装置与一种相应测量方法，用于实现相变构件的相对系数的测量，并且做出对相变构件在导热系数变化很大的相变区间内的导热性能的综合评价。

一种辐射换热法测量相变构件相对导热系数的装置，包括试验箱、多路温度巡检仪、温控仪，其中试验箱包括光源室、隔热室、第一温控制室、第一测温室、第二温控室、第二测温室；光源室的内部安装有光源，第一温控室内安装有第一电热丝和第一热电偶，第一测温室内安装有第二热电偶，第二温控室内安装有第二电热丝和第三热电偶，第二测温室内安装有第四热电偶，标准构件右侧为第一试验箱端壁，相变构件右侧为第二试验箱端壁，第一试验箱端壁和第二试验箱端壁可拆卸；第一电热丝、第二电热丝分别与温控仪相连接，第一热电偶、第二热电偶、第三热电偶、第四热电偶分别与多路温度巡检仪相连接。

所述隔热室由左右两侧的透镜和隔热透光板以及试验箱壁围成。

第一温控室和第二温控室空间体积相等，第一测温室和第二测温室空间体积相等。

试验箱的壳体为保温壳，保温壳的内部填充有聚氨酯泡沫。

光源室内的实验箱壁上开有通风口，通风口处安装有风扇。

隔离室主要用于进一步将光源室与温控室进行隔离，以减少透镜的导热温控室内空气温度的影响；隔离室的右侧壁为隔热透光板，以使光源发出的光平行通过。

温控室内设有电热丝，目的是当温控室内的空气温度与测试构件向光面的表面温度产生差值时，通过电热丝的加热可以防止测温室内的空气与测试构件由于温差而产生自然对流，以保证测试构件的向光面只有辐射热量的流入而无由于对流换热而导致的热量的流入或流出。

测温室在进行非稳态热量测试时是密封的，内有少量的空气，通过对测温室内空气温度的测定可以得到从测试构件背光面流出的热量；当进行稳态导热系数测试时，测温室右侧的试验箱端壁是敞开的，这样测试构件通过向光面的辐射和背光面的散热可以达到稳态。

多路温度巡检仪内接入测试构件向光面、背光面及测温室热电偶，用于检测测试构件两侧的温度，并绘制温度随时间的变化曲线，温控仪用于对电热丝进行加热控制。

利用上述辐射换热法测量相变构件相对导热系数的装置测量相变构件相对导热系数的方法包括如下步骤：

(1)、将相变构件、标准构件、实验箱冷却至各自温度均匀；

(2)、使相变构件与标准构件温度相等，且使该温度低于相变构件的固化温度；

(3)、将相变构件及标准构件装入实验箱；

(4)、打开光源及风扇对相变构件及标准构件进行持续加热，直至相变构的向光面及背光面温度均高于相变构件的固化温度，开始计时；

(5)、当相变构件向光面及背光面温度均高于相变构件的液化温度时，停止计时，并记录整个过程的时间τ，计算得出变相构件所接受的辐射热量为：

Q_in＝q Sτ

(6)、测定第一测温室内空气的温升Δt₁及第二测温室内空气的温升Δt₂，进而得出相变构件在相变区间内的非稳态蓄热量Q₁及相同时间段内标准构件的非稳态蓄热量Q₂；

(7)通过标准构件的导热系数的已知数据并利用相对导热系数的定义式便可求得相变构件的相对导热系数；

具体地，该待求的相对导热系数λ₁的计算方法根据下式计算：