[发明专利]熔盐材料热物性的修正闪光法测量装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及熔盐材料热物性的修正闪光法测量装置及测量方法，属于熔盐材料热物性参数测量技术领域。

背景技术

熔盐材料是盐类在高温下熔融后转换为液体形成的熔融体，其热物性参数包括导热速率、热导率以及比热容，这些参数反映了熔盐材料在热量传输过程中的性质。对熔盐材料换热过程的理论研究和熔盐换热蓄热装置的设计研究都需要已知其热物性参数，然而依靠现有的经验公式不能广泛适用于实际工程需求。目前，可以用于熔盐材料热物性测量的方法主要包括瞬态方法和稳态方法。稳态方法通过测量系统稳定状态下熔盐的换热量及热梯度来确定其导热系数，然而该种方法的实现较为耗时。瞬态方法测量温度随时间的变化关系，因为其测量时间较短，因此在实际测量中被广泛应用。

当前常用的闪光法测量熔盐材料热物性过程如下：先将熔盐材料加入样品皿中，将样品皿放置在恒温加热炉装置内的测试台上，对样品一侧给予激光脉冲照射，测量另一侧的中心温度随时间变化曲线。基于Parker公式反推得到熔盐材料热物性参数。该方法由于其测量速度快，测温范围广泛等优势，被广泛应用于材料热物性测量问题中。

然而，传统闪光法在测量熔盐材料热物性的过程中只考虑了熔盐材料的导热过程，该方法反推材料热导率所采用的Parker公式也是基于纯导热方程解析求解得到的。由于熔盐材料属于辐射参与性介质，其自身将发生辐射换热效应，在闪光法测量的过程中将出现导热与辐射耦合传热过程，同时辐射将会对传热过程产生较大的影响，若只考虑导热过程将会导致较大的测量误差。

发明内容

本发明目的是为了解决传统闪光法在测量熔盐材料热物性的过程中只考虑了导热过程，而忽略了其自身的辐射效应，导致较大的测量误差的问题，提供了一种熔盐材料热物性的修正闪光法测量装置及测量方法。

本发明所述一种熔盐材料热物性的修正闪光法测量装置，它包括恒温加热炉、样品皿、铂铑热电偶、数据采集处理器和激光发射器，

将熔盐试样放置在样品皿内，并将样品皿放置于恒温加热炉内的样品支架上，激光发射器设置于恒温加热炉内；

使激光发射器发射脉冲激光照射到熔盐试样的对光侧表面，铂铑热电偶用于测量熔盐试样的背光侧表面中心温度，铂铑热电偶采集的温度信号传递给数据采集处理器进行处理得到熔盐试样背光侧表面温升曲线S1，数据采集处理器再根据修正参数PA及已知的Parker公式对温升曲线S1进行计算获得熔盐试样的热扩散率、比热容和导热系数；

所述修正参数PA的获得过程为：数据采集处理器采用与熔盐试样实际测量相同的测量温度及初始条件，根据熔盐试样的设定热物性参数取值进行熔盐试样的闪光法测量过程的数值模拟，得到熔盐试样背光侧表面中心温度随时间变化的数值模拟曲线S2；根据数值模拟曲线S2的瞬态变化规律，计算获得考虑了熔盐试样辐射传热效应的Parker公式修正参数PA。

一种熔盐材料热物性的修正闪光法测量方法，该测量方法基于所述的熔盐材料热物性的修正闪光法测量装置实现，它包括以下步骤：

步骤一：数据采集处理器采用所述熔盐试样实际测量的设定初始温度T₀作为环境温度及熔盐试样的初始温度，由熔盐试样的设定热物性参数对熔盐试样闪光法测量过程进行数值模拟，得到熔盐试样背光侧表面中心温度随时间变化的数值模拟曲线S2，对该数值模拟曲线S2通过Parker公式进行反推，计算获得考虑了熔盐试样辐射传热效应的修正参数PA；

步骤二：在设定初始温度T₀下对熔盐试样进行闪光法测量，数据采集处理器对采集到的铂铑热电偶的温度信号进行处理，获得熔盐试样背光侧表面中心温度随时间变化的温升曲线S1；

步骤三：由修正参数PA及已知的Parker公式，通过测量获得的温升曲线S1计算获得熔盐材料的热扩散率、比热容和导热系数。

本发明的优点：本发明装置及方法能够得到熔盐材料热物性参数的准确测量结果。装置结构简单，占用空间小，能有效提高熔盐材料闪光法测量精度。

装置中恒温加热炉是主体部分，激光发射器产生激光脉冲照射。为消除红外测量温度的不均匀性及其他误差影响，熔盐材料背面温度采用铂铑热电偶进行测量。

本发明方法通过对熔盐材料内部辐射-导热耦合过程进行分析及数值模拟，得到修正的Parker公式，将熔盐材料传统热物性测量时忽略的辐射换热过程纳入研究范围，大大降低了测量误差。通过本发明的预处理过程后，其测量过程基本保持不变，只需在后处理过程中先得到相应的修正Parker参数PA，并采用修正的Parker公式进行反推即可得到熔盐材料热物性参数。