[发明专利]一种等效导热系数的测定系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种等效导热系数的测定系统和方法，尤其适用于高温分解会产生气体的物料的等效导热系数测定。

背景技术

导热系数是指在单位梯度作用下物料单位时间内通过单位面积的热量，该物理量是表征物料导热性能的重要参数。堆积的块状物料可以视为是由多相物质共存的一种组合体，例如堆积的块煤就是由煤、煤中水分和空隙间的气体所组成的组合体。该组合体内的传热机理极为复杂，包括导热、对流及辐射三种方式，所以块状物料的导热系数实质上是三种传热形式的表观参数，是传热的总效果，故称为等效传热系数。相比于物料的导热系数，等效导热系数使得研究堆积的块状物料内部的传热过程更加简单方便。

一般情况下，物料的等效导热系数只能采用实验的方法来测量。非稳态法是最近几十年内开发出的导热系数测量方法，通过测量样品的温度分布随时间变化，从而来推算导热系数。该方法的特点是测量时间短、精确性高、对环境要求低，多用于研究高导热系数物料，或在高温条件下进行测量。其中热线法的应用范围比较广泛，已在液体、粉末状、颗粒状或块状材料导热系数的测定中得到应用。热线法在测量过程中，试样的温升和温度梯度都很小，从而测得的结果可视为确定温度下的导热系数值。利用热线法测量时，试样可在特定温度下均匀加热，避免了测定较高温度下材料导热系数而出现试样表面过烧以及测量数据不能确切代表试样导热系数的问题。

目前热线法大多用于测量常温或较低温度下的物料等效导热系数，没有测量高温条件下物料的等效导热系数的装置，尤其是适合高温可产气物料的等效导热系数的测定装置。而物料的等效导热系数通常是温度的函数，在不同温度下物料的等效导热系数有较大差别。工业上的生产工况大多是在较高温度下进行，例如干馏、煅烧等，因此测量高温条件下物料的等效导热系数更为重要。

申请号为200910144808.6的发明提供了一种测量松散煤体热物性的方法及系统，可以一次性同时测松散煤体热物性，包括导热系数、热扩散率和比热容。但是，该技术只能测定常温下松散煤体的热物性，不能获得高温下松散煤体的热物理性质，因此不能获得松散煤体热物性随温度的变化关系。

发明内容

(一)解决的技术问题

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种块状物料等效导热系数的测量装置和方法，可以实现测量高温(<1000℃)下块状分解可产气物料(例如，块煤、废弃轮胎、固体垃圾、矿石等)的等效导热系数。

(二)技术方案

本发明公开了一种等效导热系数的测定系统，包括试样筒、加热系统、集气系统和数据采集处理系统，所述试样筒包括试样筒体和试样筒盖，所述加热系统包括加热装置、直流稳压电源以及交流电源，所述集气系统包括集气管和集气装置，所述数据采集处理系统包括探测装置、数据采集装置和数据处理装置，最高测定温度1000℃，其中，所述试样筒体包括发热元件，所述发热元件与所述交流电源相连，所述试样筒盖包括上筒盖、下筒盖和密封管，所述上筒盖和所述下筒盖之间通过所述集气管和密封管相连，并且所述集气管和所述密封管贯穿所述上筒盖和所述下筒盖，所述密封管和所述试样筒盖之间设有密封装置，所述加热装置和所述探测装置分别通过所述密封管从所述密封装置中穿出，所述加热装置与试样筒外的所述直流稳压电源相连，所述探测装置与试样筒外的所述数据采集装置相连，所述集气装置通过所述集气管从所述试样筒内部收集气体，所述数据处理装置对所述数据采集装置采集的数据进行分析。

所述试样筒体的筒壁由内到外包括发热元件、保温层和外壳，所述加热装置设置于试样筒的轴线位置，所述探测装置设置在所述试样筒内部偏离试样筒轴线的位置。

进一步地，所述测定系统包括循环水冷装置，所述循环水冷装置与所述上筒盖相连。

进一步地，所述集气系统进一步包括气体冷却装置，其设置于所述集气管和所述集气装置之间。

进一步地，所述发热元件为高温电炉丝或者硅碳棒。

进一步地，所述试样筒盖和所述试样筒体之间设有石墨垫圈。

进一步地，所述加热装置为热线。

进一步地，所述探测装置为两根K型热电偶，所述两个K型热电偶位于以试样筒轴线为中心的同一径向平面上。

进一步地，所述数据处理装置通过热线法计算等效导热系数。

本发明还公开了一种等效导热系数的测定方法，所述数据处理装置通过以下步骤利用热线法计算等效导热系数：

1)在试样筒的轴线位置上插入加热装置，同时在偏离加热装置中心一定距离处设置探测装置，并记录探测装置与加热装置中心之间的距离；