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《采用激光脉冲法测量绝热材料的热扩散率》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、中国工程热物理学会传热传质学学术会议论文编号:043206采用激光脉冲法测量绝热材料的热扩散率‘魏高升张欣欣于帆陈奎北京科技大学热能工程系.北京，100083Tel:010-62334425.E-mail:xxzhang(4me.ustb.edu.cn摘要:本文采用非线性参数估计方法来确定硬硅钙石型徽孔硅酸钙绝热材料的热扩散率(热导率).将绝热材料夹在两个金属片之间制成夹层结构试样，采用激光脉冲法测t试样背面温升.通过理论温升曲线与实验测得的温升曲线的拟合，来估计绝热材料的热扩散率，而取代采用t，。时间来测f材料热扩散率。通过非
2、线性参数估计可同时估计出热扩散率，换热系数以及试样吸收的能量.通过实验确定出进行热扩散率测t的绝热材料最佳厚度为1.6-1.9mm.由试样厚度辅度和接触热阻所引起的测盆误差在58%以内.关健词:热扩散率，激光脉冲法，绝热材料，硬硅钙石1引言绝热材料的热导率、热扩散率等参数通常采用平板法、径向热流法等稳态测量方法来测量，有时也采用热线法、平面热源法等非稳态测量方法来测量11.21。这些方法的共同缺点是所需的样品都相对较大，在一些特殊场合下，尤其是新产品的研制中，如果所能得到的样品较小，就很难采用这些方法来测量。激光脉冲法热扩散率测
3、试技术，自1961年由Parker<31等首先提出并研制成功后，经过多年的发展和完善，目前已成为非稳态法中应用最为广泛和最受欢迎的方法之一，具有测试周期短、所需样品小、测温范围广、适用材料广泛等诸多优点，常用来测量金属材料、导体半导体材料以及建筑材料的热扩散率。但目前还很少用其测量绝热材料的热扩散率，主要是由于绝热材料导热能力很差，热过程时间较长，因此热损失不能忽略:另外绝热材料多为多孔材料，采用激光脉冲法存在辐射击穿问题.不能满足能量表面瞬间吸收的条件。本文致力于激光脉冲法测量绝热材料热扩散率的研究。将绝热材料夹在两个金属片之
4、间，以解决辐射击穿和试样背面温度测量困难问题。通过对实验得到的温度一时间曲线进行非线性拟合，采用非线性参数估计得到绝热材料的热扩散率。由于该方法可同时估计出激光能量和试样表面散热系数，考虑了热损失的影响，因此获得的结果是可靠的，解决了激光脉冲法难于测量低导热系数热物性的难题。同时，通过热四端网络建立起来的沮度响应模型，大大方便了分析过程。2理论模型测量绝热材料热扩散率的物理模型如图1所示，当试样前表面受到均匀激光脉冲的瞬时加热时，忽略侧壁面的热损失，柱体内的传热可视为一维的，通过拉普拉斯变换，国家自然科学基金资助项目(No.50
5、276003)1337此一维传热过程可由下面的热四端网络来描述141.0A,」二ICADB][101:](]a)这里ABR,CD」=IhISOIllAC,DB,1;I{1cA:最]!;RI‘'」1「1cA,盘I「IhIS{」(lb)式中B,和B:分别为试样前表面和后表面的拉普拉斯温度:护:和02分别为前表面和后表面的受激热流，R,为接触热阻，h为前后表面的对流换热系数。矩阵系数为矛﹃a、‘t‘J，，一。，=cosh(e,扣夕可)J尹勺b、‘I.:，=七一1-sinh(e..lnl、山JA,SVpla,J，JrC，C,一“iS办不
6、丁sinh(e,了p/可)、一了兄0(r)这里，a,=一，j=1或2;p为产,{{1{{{拉普拉斯变量;口热扩散率，之热金属片导率;p材料密度:c比热:e为断勺试样厚度.el绝热材料由于叭=QS(试样前表面接金属片收到的激光能量);人=0(试样背面不受激发)将上述条件代入方图1滋先脉冲法侧t绝热材料热扩散率的物理模型程(1)可得试样背面温升为:Cr、j、户其中C=2A,A,C,+A;C,+B,心+2hS(A;A2+A,B,C,+A2B,C,+A,B2C,)+2hSR,(A,2q+2A,A2C,+B,C,C,)+2R,(A'C12
7、+A,C,C2)ca)+2(hS)'R,(A,B,C2+A,2A2)+(hS)'(2A,A,B,+A;B2+B,2C2)+R,2(C2C2+2hSA,C,C2+(hS)'A1C2)忽略接触热阻有1338C=2A,A,C,+A,2CZ+82C,2+2hS(A;A2+A,B,C2+A2B,C,+A,B,C,)(5)+(hS)2(2A,A2B,+A了B2+BI'C2)令Fl乡)为试样背面温升的拉普拉斯变换，采用Stehfest拉普拉斯数值反变换方法，可得到试样背面的理论温升为::=In(t2)r.一F(iln(2)/t)(6)3参数估
8、计本文采用非线性参数估计技术来确定绝热材料的热扩散率。为实现参数估计，应预先确定如下参数:金属片的密度、比热、热扩散率和厚度，以及绝热材料的密度、比热和厚度。采用示差扫描量热计(DSC)分别测量了金属片和绝热材料的比热;金属片的热扩散率通过激光脉冲法单独测量，这
