[发明专利]一种测量多孔材料内异质含量及其分布的方法

摘要

本发明公开了一种测量多孔材料内异质含量及其分布的方法，通过第一热流计传感器、片状平面热源、第二热流计传感器紧密贴合的布置方法，测量片状平面热源两侧的温升和热流分配，可有效辨识被测材料内异质的不均匀分布，同时实现一次测量获得片状平面热源两侧的异质含量。在上述方法的基础上，根据温度扰动的有限传播厚度，合理布置传感器测试位置避免材料内存在测量盲区，通过数据插值和拟合得到材料内异质含量随位置变化的函数，最终获得材料内异质含量的一维、平面、或立体分布。

主权项

1.一种测量多孔材料内异质含量及其分布的方法，其特征在于，步骤为：(1)将第一热流计传感器、片状平面热源、第二热流计传感器按顺序排列并使其相互紧密贴合，与被测材料表面平行布置于材料内部；(2)记录被测材料内稳定且均匀分布的温度为初始温度T₀；(3)接通加热电路，面积为A、恒定发热功率为Q的片状平面热源在材料内产生总热流记为满足关系(4)由第一热流计传感器测得片状平面热源一侧的温度与热流，记为T₁和由第二热流计传感器测得片状平面热源另一侧的温度和热流，记为T₂和(5)由第一热流计传感器测温数据减去初始温度，得到片状平面热源一侧热流计传感器测点处对应温升ΔT_1E(t)；由第二热流计传感器测温数据减去初始温度，得到片状平面热源另一侧热流计传感器测点处对应温升值ΔT_2E(t)；(6)根据步骤(4)测定的片状平面热源两侧热流和确定总热流沿片状平面热源两侧的分配系数f_i，即结合瞬态平面热源的一维传热过程导热微分方程、边界条件以及初始条件，得到片状平面热源两侧材料在热流计传感器位置于t时间内的温升解析解ΔT₁(t)和ΔT₂(t)；片状平面热源两侧材料在热流计传感器位置的温升解析解ΔT₁(t)和ΔT₂(t)的导热微分方程、边界条件以及初始条件满足：t＝0，T_i＝T₀  (4)参考H.S.Carlslaw,J.C.Jaeger.Conduction of Heat in Solids.2nd Edition.Oxford Clarendon Press,1986:89‑112中的方法求解偏微分方程组，得到被测材料x＝l_i边界的温升解析解为:其中，脚标i区分片状平面热源两侧，i＝1时为片状平面热源一侧测点，i＝2时为片状平面热源另一侧测点；T_i为被测材料的温度，K；T₀为被测材料的初始温度，K；λ为被测材料的导热系数，Wm^‑1K^‑1；ρ为被测材料的密度，kgm^‑3；c为被测材料的比热容，Jkg^‑1K^‑1；ρc为被测材料的容积热容(Jm^‑3K^‑1)；f_i为由热流计传感器所确定的总热流沿片状平面热源两侧的分配系数，即为片状平面热源总热流，W/m²；l_i为片状平面热源测点至被测材料表面的平行距离，m；α为被测材料的热扩散率，m²/s；(7)对比步骤(5)中所测片状平面热源两侧的温升值ΔT_1E(t)、ΔT_2E(t)与步骤(6)中对应位置测点的温升解析解ΔT₁(t)、ΔT₂(t)，变换分析解中的热物性参数，使实验所测温升与温升解析解的温升差异值最小或在可接受阈值内，此时获得片状平面热源两侧的导热系数λ、容积热容ρc和热扩散率α的数值；(8)根据被测材料的体积热容ρc与被测材料异质含量的一一对应关系，计算片状平面热源两侧材料的异质含量；(9)由于每个测试数据只能代表瞬态传热有限传递厚度内的异质含量，以间隔距离d_i布置测点，重复步骤(1)～(8)对不同测点进行异质含量测量，根据所得测点位置和对应的异质含量，通过数据处理软件对所测数据进行数据处理，按照具体的测量要求获得材料内某一维度的非均一异质含量分布。