[发明专利]一种多功能固体材料热物性测试装置及方法

权利要求书

1.一种多功能固体材料热物性测试装置的方法，当冷端和热端测温区侧壁面辐射及对流换热可以忽略时，其特征是，包括以下步骤：

(1)待整个测试装置温度为常温时，加热片恒定功率加热，冷板通入恒温流体，同时记录测温点温度的瞬时值，直至温度点基本不再发生变化为止，所有测温点采集随时间变化采集的温度点数据为动态数据视为动态温度，最后采集的一个时间点的温度数据视为稳态温度；

(2)考虑测温区辐射及对流损失可以忽略，考虑测温区径向温差极小，测温区导热系数为定值，通过热端测温区和冷端测温区的热流量仅沿着轴向方向传递，通过样品的热流量为通过热端测温区和冷端测温区的热流量之和的一半；

根据样品上、下表面的温度以及通过样品的热流量计算样品热阻，最终获得样品导热系数；

(3)最上端到最下端测温点之间部分建立一维动态导热数学模型；

(4)基于有限元、有限体积或有限差分方法对数学模型的轴向位置x和时间t离散，形成一组代数方程，已知测试点的动态温度、热物性测试样品的密度以及各部分导热系数，因此该代数方程为正定或超定代数方程组，通过最优化算法即可获得热物性测试样品比热容；

(5)热端和冷端基座的测温区布置的测温点大于两个时，使得导热系数和比热容的求解数学模型均变为超定代数方程组，通过最优化算法求解两者的最小二乘解；

所述多功能固体材料热物性测试装置，包括通过压紧装置相连的热端压紧板及冷端压紧板，所述热端压紧板的热端压紧板与热端密封板接触，所述热端密封板通过弹性模块与发热片相连，所述发热片固定在热端基座上；

所述冷端压紧板与冷端保温套接触，所述冷端保温套嵌入冷板，所述冷板与冷端基座接触，所述冷端基座与热端基座之间用于放置待测试的热物性测试样品；

所述热端密封板与冷端基座之间设置有密封管，所述压紧装置通过热端压紧板及冷端压紧板产生压紧力，挤压密封管对应的密封环，形成由热端密封板、密封管和冷端基座组成的承压密封腔体；

测温装置及测压装置分别用于测量承压密封腔体内待测试的热物性测试样品在充入或抽出气体后气体前后温度及压力，继而实现对固体材料热物性的测试。

2.一种多功能固体材料热物性测试装置的方法，当冷端和热端测温区侧壁面辐射及对流换热不可以忽略时，其特征是，包括以下步骤：

(1)热端和冷端基座的测温区轴向分别布置测温点，同时布置密封腔体内部气体温度测温点和环境温度测温点，若密封管不能透过红外线，则布置密封管内壁测温点取代环境温度测温点，待整个测试装置温度为常温时，加热片恒定功率加热，冷板通入恒温流体，同时记录温度点的瞬时值，直至温度点基本不在发现变化为止，所有测温点采集随时间变化采集的温度点数据为动态数据视为动态温度，最后采集的一个时间点的温度数据视为稳态温度；

(2)分别对热端和冷端基座的测温区的最上端到最下端测温点之间部分建立一维稳态导热数学模型；

(3)通过最优化算法即可获得系统辐射系数和对流换热系数；

(4)分别对热端基座最上测温点到下平面区域和冷端上平面到最下测温点区域的一维稳态导热方程求数值解，获得热端基座下平面和冷端基座上平面的温度以及热流密度，根据热物性测试样品的实际厚度，即可获得测试样品的导热系数；

(5)最上端到最下端测温点之间部分建立一维动态导热数学模型；

(6)通过最优化算法即可获得热物性测试样品比热容；

(7)热端和冷端基座的测温区布置的测温点多于三个时，使得导热系数和比热容的求解数学模型均变为超定代数方程组，通过最优化算法求解两者的最小二乘解。

3.如权利要求1或2任一项所述的方法，其特征是，

所述热端压紧板下平面与热端密封板上平面接触，密封管上端插入热端密封板下平面密封槽，密封槽顶部与密封管上端之间填充有密封环；

所述密封管下端插入冷端基座的冷端均温段上平面的密封槽内，密封槽底部与密封管下端之间填充有密封环。

4.如权利要求1或2任一项所述的方法，其特征是，所述热端密封板侧壁开孔，连通所述热端密封板侧壁与下壁面，所述热端密封板侧壁开孔，用于连接电源线引出模块、测温线引出模块、测压装置、真空阀和进气阀。