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原文传递一种测量多孔材料内异质含量及其分布的方法

专利名称：	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。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	天津;12
申请人：	天津大学
发明人：	张腾飞;李品
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-25T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-27T00:00:00+0800
申请号：	CN201910442695.1
公开号：	CN110174434A
代理机构：	天津市北洋有限责任专利代理事务所
代理人：	琪琛
分类号：	G01N25/20(2006.01);G;G01;G01N;G01N25
申请人地址：	300072 天津市南开区卫津路92号
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ΔT1E(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ΔT2E(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fi，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，Ti＝T0 (4) 参考H.S.Carlslaw,J.C.Jaeger.Conduction of Heat in Solids.2ndEdition.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＝li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；Ti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)；fi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；li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ΔT1E(t)、ΔT2E(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di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。 2.根据权利要求1所述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，通过步骤(4)可以判断片状平面热源两侧异质含量分布是否均匀：当时，片状平面热源左右两侧材料测点处异质含量分布均匀；当时，片状平面热源左右两侧材料测点处异质含量分布不均匀。 3.根据权利要求1所述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(9)中设计测点布置方案时，由传热学中温度扰动在材料中的穿透厚度定义可知，在一定时间内片状平面热源处的温度扰动只能在被测材料内传递有限厚度，而在此厚度以外的材料区域保持初始状态，因此在被测材料内部布置测点时应保证在穿透厚度内至少有一个测点，避免被测材料内存在测量盲区，测点的布置间距di应满足：其中；τ为单次测量热源发热的时长，s；α为实验所测温升与温升解析解的温升差异值最小或在接受阈值内所计算得到的热扩散率，m2/s。 4.根据权利要求1所述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(9)中设计测点布置方案时可根据异质分布测量的具体要求在被测材料内进行多维度测点布置并记录测点位置参数，对应获得被测材料内异质的一维、平面或立体分布。 5.根据权利要求1所述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(9)中的数据处理是对测量所得的多组异质含量及对应位置参数进行插值处理，通过在数据处理软件中输入数据并编写对应插值处理程序，可获得被测材料内异质含量的一维、平面或立体分布情况，根据插值结果可拟合得到被测材料内异质含量随测点位置变化的拟合函数Xw及其分布： Xw＝(x，y，z，xw) (7) 其中，x,y,z为测点在被测材料中以某一位置为原点所标记的坐标，m；xw为测点位置参数对应异质含量。根据拟合函数可通过代入位置参数获得材料内任意位置异质含量。
所属类别：	发明专利