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原文传递一种测量自由分子流气固界面热适应系数的装置及方法

专利名称：	一种测量自由分子流气固界面热适应系数的装置及方法
摘要：	本发明涉及真空羽流领域，具体而言，涉及一种测量自由分子流气固界面热适应系数的装置及方法。测量装置包括信息采集系统、真空舱、支架和两个容器组件；所述支架和所述容器组件均设置在所述真空舱内；两个所述容器组件设置在所述支架上，且两个所述容器组件相对设置；所述容器组件之间具有可调节的间隙；所述信息采集系统用于采集所述容器组件的热适应系数。本发明实施例的有益效果是：通过调节两个容器组件之间的间隙，根据不同间隙的不同参数可以准确测量自由分子流气体与固体表面间的热适应系数，且整个装置简单易组装，便于使用。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	北京航空航天大学
发明人：	袁军娅;李论;贺碧蛟;刘立辉
专利状态：	有效
申请日期：	2023-08-21T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-21T00:00:00+0800
申请号：	CN202311055710.X
公开号：	CN117092159A
代理机构：	北京超凡宏宇知识产权代理有限公司
代理人：	徐炀
分类号：	G01N25/20;G01N25/18;G;G01;G01N;G01N25;G01N25/20;G01N25/18
申请人地址：	100089 北京市海淀区学院路37号
主权项：	1.一种测量自由分子流气固界面热适应系数的装置，其特征在于，包括信息采集系统、真空舱、支架和两个容器组件；所述支架和所述容器组件均设置在所述真空舱内；两个所述容器组件设置在所述支架上，且两个所述容器组件相对设置；所述容器组件之间具有可调节的间隙；所述信息采集系统用于采集所述容器组件的热适应系数。 2.根据权利要求1所述的测量自由分子流气固界面热适应系数的装置，其特征在于，所述容器组件包括容器本体和容器盖；所述容器本体的开口方向朝向另一个所述容器组件的方向；所述容器盖覆盖所述容器本体的开口处；所述容器本体内设置有导热介质；所述信息采集系统包括信息处理模块、第一测温元件、第二测温元件和电加热器；所述第一测温元件、所述第二测温元件和所述电加热器穿过所述容器本体的底部插入所述容器本体的内部；所述第一测温元件用于检测所述容器盖远离所述容器本体的一侧的表面温度，所述第二测温元件用于检测所述导热介质的温度，所述电加热器用于对所述导热介质进行加热；所述第一测温元件、所述第二测温元件和所述电加热器均连接所述信息处理模块。 3.根据权利要求2所述的测量自由分子流气固界面热适应系数的装置，其特征在于，所述容器本体外设置有隔热层。 4.根据权利要求2所述的测量自由分子流气固界面热适应系数的装置，其特征在于，所述容器组件还包括介质注入管和空气排出管；所述容器本体的底部设置有多个通孔，所述容器盖上设置有测温孔和空气排出孔，所述测温孔和所述空气排出孔均为沉孔；所述第一测温元件穿过所述通孔的一端插入在所述测温孔内，并于所述测温孔的底部抵接；所述空气排出管穿过所述通孔的一端插入在所述空气排出孔内，且所述空气排出管的直径小于所述空气排出孔的直径，所述空气排出管的端部与所述空气排出孔的底部不接触；所述介质注入管穿过所述通孔后插入所述容器本体的内部，用于向所述容器本体内注入所述导热介质。 5.根据权利要求2所述的测量自由分子流气固界面热适应系数的装置，其特征在于，所述信息采集系统还包括温度变送器、直流电源和真空规；所述温度变送器分别连接所述第一测温元件和所述第二测温元件；所述直流电源连接所述电加热器；所述真空规设置在所述真空舱上。 6.根据权利要求2所述的测量自由分子流气固界面热适应系数的装置，其特征在于，所述容器盖与所述容器本体之间设置有密封圈。 7.根据权利要求1所述的测量自由分子流气固界面热适应系数的装置，其特征在于，还包括连接装置，用于将所述容器组件安装在所述支架上。 8.根据权利要求7所述的测量自由分子流气固界面热适应系数的装置，其特征在于，所述连接装置包括调平板、升降机构、安装板、短立柱和连接板；两个所述容器组件上下设置，上方的所述容器组件固定设置在支架上，下方的所述容器组件设置在所述调平板上；所述连接板通过所述短立柱设置在所述支架上，所述升降机构连接所述调平板和所述连接板。 9.一种利用权利要求1-8任一项所述的装置测量自由分子流气体与固体表面间的热适应系数的方法，其特征在于，包括以下步骤： (1)根据克努森数的定义和气体平均自由程的计算公式得出以下公式：式中，Kn为克努森数，σ为气体分子的半径，n为分子数密度，lm为气体分子的平均自由程，L为流场的特征尺度，p为气体环境的真空度，k为玻尔兹曼常数，T为环境气体的温度； (2)使用分子泵对真空舱抽真空至真空度远高于临界真空度，然后向舱内充入所测气体至舱内真空度低于临界真空度； (3)多次重复步骤2之后再次抽真空至真空度远高于临界真空度； (4)使用直流电源不同时为两个加热管供电，至容器盖表面温度稳定且两个容器盖的表面有温差，记录容器盖温度为T1和T2(T1＞T2)，同时记录两个加热管功率为P1和P2； (5)向舱内充入所测气体至舱内的真空度低于临界真空度，再次抽真空至舱内的真空度高于临界真空度，调节加热管功率至容器盖表面温度分别稳定在T1和T2，记录加热管功率为P3和P4； (6)使用步骤4和步骤5测得的功率P1和P3取差值得到所测气体在两个容器盖表面之间的传导功率ΔP，记录舱内的真空度为p0； (7)两个容器盖表面相对而形成的间隙区域内气体分子的传导热流qFM的大小可由如下公式计算：式中，qFM可通过步骤6得出的ΔP除以容器盖表面的面积得到，α1和α2分别是气体和两个容器盖表面的热适应系数，两个容器盖表面完全相同时则有α1＝α2，p为舱内真空度，R为所测气体的气体常数，T1和T2为步骤5记录的T1、T2，T取T1和T2的平均值； (8)根据步骤7中的公式解出热适应系数α：式中，p取步骤6记录的真空度p0；通过上式计算即可得到气体与容器盖表面之间的热适应系数α。 10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，给定间距L，令Kn＝10即可得出气体达到自由分子流流域的临界真空度；通过调整间距L，可得到不同的临界真空度要求。
所属类别：	发明专利