[发明专利]一种基于分层内埋热电偶的隔热材料热导率测试方法

说明书

本发明提供了一种基于分层内埋热电偶的隔热材料热导率测试方法，该热导率测试方法包括在试验件内被测隔热材料与设置在被测隔热材料上表面的上面板之间、被测隔热材料与设置在被测隔热材料下表面的下面板之间以及被测隔热材料不同深度设置N个测温点，构造被测隔热材料的绝热边界条件，利用风洞为试验件加载热流，获取加载热流后被测隔热材料的上表面温度T₁(t)，测量加载热流后N个测温点的实际温度T_f(X_N,t)，利用共轭梯度法对被测隔热材料在初始温度T₀时的热导率初始假定值K₀进行优化迭代，得到被测隔热材料的热导率测试值。应用本发明的技术方案，以解决现有技术中测试方法不适用于对流加热方式导致热导率测试结果与飞行状态下热导率真实值误差较大的技术问题。

技术领域

本发明涉及隔热材料性能测试技术领域，尤其涉及一种基于分层内埋热电偶的隔热材料热导率测试方法。

背景技术

当前，隔热材料大量应用于高速飞行器，隔热材料热导率的准确测试至关重要。然而，在飞行器的试验飞行状态下，隔热材料的加热机理往往为对流加热，而常用的地面热导率性能测试手段例如保护热板法、热流计法、HotDisk法、单面加热法等往往只能采用接触加热、辐射加热等加热形式，试验飞行和地面测试这两种状态下的隔热材料加热机理存在显著差异。进一步地，由于当前所应用的隔热材料一般具有多孔、半透明的特性，其热导率测试结果受加热机理的影响非常显著，因此当前地面测试手段测得的热导率测试结果与飞行状态下的热导率真实值误差较大，难以应用于飞行条件下隔热材料的隔热性能预测。

发明内容

本发明提供了一种基于分层内埋热电偶的隔热材料热导率测试方法，能够解决现有技术中测试方法不适用于对流加热方式导致热导率测试结果与飞行状态下热导率真实值误差较大的技术问题。

根据本发明的一方面，提供了一种基于分层内埋热电偶的隔热材料热导率测试方法，测试方法包括：

在试验件内被测隔热材料与设置在被测隔热材料上表面的上面板之间、被测隔热材料与设置在被测隔热材料下表面的下面板之间以及被测隔热材料不同深度设置N个测温点，并在每个测温点预埋一个热电偶，N个测温点距被测隔热材料上表面的距离为X_N；

获取被测隔热材料的初始温度T₀，作为被测隔热材料的初始条件；

在试验件的四周和底面填充绝热外层，构造被测隔热材料的绝热边界条件；

利用风洞为试验件加载热流；

获取加载热流后被测隔热材料的上表面温度T₁(t)，作为被测隔热材料的上表面温度边界条件；

利用N个热电偶测量加载热流后N个测温点的实际温度T_f(X_N,t)；

根据绝热边界条件、初始条件和上表面温度边界条件，利用共轭梯度法对被测隔热材料在初始温度T₀时的热导率初始假定值K₀进行优化迭代以得到热导率优化值，根据热导率优化值计算N个测温点的理论温度T_g(X_N,t)，进而计算理论温度T_g(X_N,t)与实际温度T_f(X_N,t)的差值J(X_N,t)直到差值J(X_N,t)小于预定阈值，将对应的热导率优化值确定为被测隔热材料的热导率测试值，其中N≥1。

进一步地，每两个相邻的测温点的高度差为5mm。

进一步地，被测隔热材料的上表面的边长不大于200mm。

进一步地，按照下式的一维非稳态非线性导热微分方程迭代计算热导率优化值：