[发明专利]树脂基防热材料碳化层高温动态热导率测量装置和方法

权利要求书

1.测量树脂基防热材料碳化层高温动态热导率的方法，其特征在于：、

所用测量装置包括石英灯(1)、隔热装置(2)、多层温度测量装置、加热电源(7)、计算机系统(8)和温度采集装置(9)；

多层温度测量装置包括温度测量塞(4)、测温传感器(5)和热电偶线(6)，温度测量塞(4)由两个半圆柱体拼接而成，内壁上开有n个凹槽，所述n个凹槽中任意两个均不在同一圆周上，每个凹槽中布置有测温传感器(5)，使温度测量塞(4)具有n个测温层；热电偶线(6)连接在测温传感器(5)的两端，并从温度测量塞(4)伸出；

石英灯(1)位于隔热装置(2)上方；待测样品(3)和多层温度测量装置均位于隔热装置(2)内部，温度测量塞(4)固定在待测样品(3)内部，且温度测量塞(4)外表面与待测样品(3)通过密封胶固定连接，热电偶线(6)穿过待测样品(3)并经隔热装置(2)底部的通孔伸出；加热电源(7)的一端与计算机系统(8)的一端连接，加热电源(7)的另一端与石英灯(1)连接；计算机系统(8)的另一端与温度采集装置(9)的一端连接；温度采集装置(9)的另一端与热电偶线(7)连接；

利用上述测量装置的测量方法如下：

1)打开加热电源，温度采集装置(9)通过热电偶线(6)实时采集每个测温传感器(5)的温度，并输出给计算机系统(8)；

2)计算机系统(8)根据温度采集装置(9)的输出数据，获得0-t_f秒内，待测样品每一层的温度历程，其中待测样品的第m层温度是指温度测量塞(4)第m层凹槽中测温传感器测得的温度值，m值为从1到n的自然数，n为温度测量塞(4)的层数；

3)建立如下目标函数：

其中J为最小时计算得到的待测样品碳化层热导率即为实际待测样品碳化层热导率；

式中，为待测样品第t秒时第m层的温度，T(x_m,t)为待测样品第t秒时第m层的温度计算值，x_m为温度测量塞(4)第m层与第1层之间的距离；

利用如下方程组计算第t秒第一层与第n层之间任意一层的温度T：

其中，x为第一层与第n层之间任意一层与第1层之间的距离，x＝x_n时，x＝x₁时，0s时任意层的温度T(x,0)＝T₀；ρ_s和C_s分别为第t秒时防热材料的密度和比热；ρ_g和C_g分别为第t秒时热解气体的密度和比热，分别为第t秒时热解气体的单位面积质量流量和生成率；ΔH_P为第t秒时树脂基防热材料中树脂的分解热，k_s为第t秒时树脂基防热材料的热导率。

2.如权利要求1所述测量树脂基防热材料碳化层高温动态热导率的方法，其特征在于：所述温度测量塞(4)采用与待测样品(3)相同的材料制成。

3.根据权利要求1所述测量树脂基防热材料碳化层高温动态热导率的方法，其特征在于：第t秒时树脂基防热材料热导率的确定方法如下：

ρ_s大于树脂基防热材料原始密度0.9倍的区域，为原始区，该区域k_s＝k_v，k_v为树脂基防热材料的原始热导率；

ρ_s小于树脂基防热材料原始密度0.7倍的区域，为碳化层，碳化层k_s＝k_c，k_c为树脂基防热材料碳化层的热导率；

ρ_s小于树脂基防热材料原始密度0.9倍、且大于树脂基防热材料原始密度0.7倍的区域，为热解区，该区域k_s＝k_c+(k_v-k_c)Q，ρ_v为第t秒时原始防热材料的密度，ρ_c为第t秒时碳化层的密度。

4.根据权利要求3所述测量树脂基防热材料碳化层高温动态热导率的方法，其特征在于：第t秒时热解气体的单位面积质量流量满足如下公式：

ρ_v为第t秒时原始区的密度，ρ_c为第t秒时碳化层的密度，B_p、E、R为Arrennious热解方程中的常数，s₂为原始区和热解区的分界面，s₃为热解区和碳化层的分界面。