瞬态热线法导热系数测量的数值模拟

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1、维普资讯http://www.cqvip.com中国计量学院学报Vo1．19No．2第19卷第2期2008年6月JournalofChinaJiliangUniversityJun．2008【文章编号11004—1540(2008)02—0108—06瞬态热线法导热系数测量的数值模拟潘江，王玉刚(中国计量学院计量测试工程学院，浙江杭州310018)【摘要】利用有限元方法对瞬态热线法导热系数测量进行了数值模拟，对各种因素如加热功率、热线半径以及实验温度等对测量过程的影响进行了分析，并将模拟得到的温升曲线与

2、实验测量得到的温升曲线进行了比较，结果表明：通过选择适当的参数值，模拟曲线可以与实测曲线吻合得很好，实验值与模拟值的偏差小于实验结果的不确定度．本结果的获得对进一步理解瞬态热线法导热系数测量过程，提高导热系数测量技术水平具有借鉴意义．【关键词】导热系数；瞬态热线法；数值模拟；有限元【中图分类号1TH81【文献标识码】ANumericalsimulationofmeasurementofthermalconductivitywithtransienthotwiremethodPANJiang，WANGYu

3、—gang(CollegeofMetrologyandMeasurementEngineering，ChinaJiliangUniversity，Hangzhou310018，China)Abstract：Measurementofthermalconductivitybytransienthotwiremethodwassimulatedusingfiniteelementmethod．Theeffectofvariousfactorssuchaspowersupply，radiusofhotwire

4、andtemperatureonmeasurementwasanalyzed．Thesimulatedtemperature-risecurvewascomparedwiththeexperimentalresult．Theresultshowsthatthesimulatedcurvecoincideswiththeexperimentalcurveverywellandthedeviationislessthanexperimentaluncertainties．Keywords：thermalco

5、nductivity；transienthotmethod；numericalsimulation；finiteelementmethod导热系数是基础的物理化学数据，在冶金、能法、瞬态热带法等Ⅲ；其中瞬态热线法由于能够成源、化工等领域的工业设计中起着重要的作用．导功避免在实验过程中自然对流对实验测量的影热系数的研究方法，有理论和试验研究之分．其中响，在导热系数，特别是流体的导热系数实验研究实验研究方法有稳态法和非稳态法．瞬态法是非中获得了广泛的应用．鉴于CFD技术在流体稳态法的一种，典型的有瞬态热线法

6、、瞬态热源流动以及传热方面的成功应用睁，现利用有限元【收稿日期】2008-04-25【基金项目】国家自然科学基金资助项目(No．50706048)【作者简介】潘江(1974一)，男，山西文水人，博士．主要研究方向为热物性计量测试技术维普资讯http://www.cqvip.com第2期潘江，等：瞬态热线法导热系数测量的数值模拟109的方法对瞬态热线法的测量过程中的热线温升进行模拟，并将模拟结果与实验测量结果进行比较．1瞬态热线法测量导热系数的原理t瞬态热线法是利用测量热丝的电阻来澳0量物质导热系数的，其

7、理想模型为：在无限大的均匀流体中置人长度无限长的线热源，当二者处于热平4衡时，用阶跃恒热流对线热源进行加热，线热源及图1几何模型及网格划分示意图Figure1Schematicdiagramofgeometrical其周围的流体就会产生温升，根据线热源的温升modelandgriddistribution就可以得到流体的导热系数．由传热控制方程结合边界条件，可以得到在采用的控制方程如下．加热过程中热线的温升为：动量方程为：AT)一In+In()一Alnt+B一3t+十，r+十警一一+十zr(3)(1)式

8、中．r0一热线半径；～加热时间；g～供给热线警+珥警+地OU_Sz：一p3z+醍+鲁单位长度的功率，称为线功率；C～常数；a～待测(4)介质的热扩散率．利用实验获得的数据绘制△T连续性方程为：～Int曲线，由曲线的斜率与截距可以分别得到++一0(5)待测流体的导热系数与定压比热容的值[1]．at。rar。az、虽然实验装置的设计和实验测量过程与上述能量方程为：理想模型存在偏差，使得实际测量得到的温升与l0C(aT)一Q—(忌丁)理想温升存在