CN103115939A - 一种硬质材料与流体之间传热过程的简易测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硬质材料与流体之间传热过程的简易测试装置。本发明环形密封盖中间设置有传热材料样本，且环形密封盖上设置有对称的进气管道接口、出气管道接口；进气管道接口、出气管道接口分别与进气管道、出气管道的一端相连接；隔热箱体与环形密封盖通过粘性胶体物质相连接，使得隔热箱体、环形密封盖与传热材料样本共同形成一个密闭的空间，温度传感器设置于该密闭空间内，且温度传感器通过信号线与模数转换器的一端相连接，模数转换器的另一端通过数据传输线与数据记录仪相连接。本发明能够快速地、准确地、实时地、连续地采集到传热数据，同时也具有重复性强、可比性强、实验周期小的优点。

Description

一种硬质材料与流体之间传热过程的简易测试装置

技术领域

本发明属于传热材料性能研究技术领域，具体涉及一种硬质材料与流体之间传热过程的简易测试装置。

背景技术

考虑到导热系数是材料的主要热物理性质，多数仪器主要应用于如何测试某种材料的导热系数。近几十年来，测量材料导热系数的方法有很多种，例如：热线法、热流法、保护热流法、保护热板法等，分测量稳态系数和动态系数两种方式。这里，仅讨论动态测试方法，热线法最为普遍，热线法是在块状样品中***一根热线。测试时，在热线上施加一个恒定的加热功率，使其温度上升。测量热线本身或与热线相隔一定距离的平板的温度随时间上升的关系。然而，没有任何一种方法能够适合于所有的应用领域，反之对于特定的应用场合，并非所有方法都能适用，需要选择正确的测试方法。

本专利重点讨论一类特殊的传热过程，即，当某硬质材料两侧的流体存在温度梯度，如何测量硬质材料两侧流体之间的传热过程。此类传热过程非常普遍。例如，汽车驾驶室作为一个封闭的空间，由于门侧板的双层结构具有较好的隔热性质，车窗起到主要的传热介质，车窗两侧的流体为气体。通常，车窗两侧的气体具有一定的梯度，在夏日，室外的高温气体的热量会传递到车内，导致驾驶室内气温的提升，在冬天，驾驶室内高温气体会的热量会逃逸，导致驾驶室内气温的降低，为了稳定车内气温，人们使用了空调，消耗了大量化石能源或电能。这时，就需要研究某种玻璃窗置于具有温度差的气体中的传热效果。

因为，硬质材料与两侧流体间两类物质的耦合热交换效果，涉及到热传导和对流两类传热方式，多数测量材料导热系数的仪器无法直接使用，所以，需要设计一种硬质材料与流体之间传热过程的简易测试装置。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种硬质材料与流体之间传热过程的简易测试装置，该装置能够快速地、准确地、实时地、连续地采集到传热数据，同时也具有重复性强、可比性强、实验周期小的优点。

本发明包括数据记录仪、数据传输线、模数转换器、信号线、环形密封盖、出气管道、出气管道接口、传热材料样本、进气管道、进气管道接口、隔热箱体、温度传感器。

环形密封盖中间设置有传热材料样本，且环形密封盖上设置有对称的进气管道接口、出气管道接口；进气管道接口、出气管道接口分别与进气管道、出气管道的一端相连接；隔热箱体与环形密封盖通过粘性胶体物质相连接，使得隔热箱体、环形密封盖与传热材料样本共同形成一个密闭的空间，温度传感器设置于该密闭空间内，且温度传感器通过信号线与模数转换器的一端相连接，模数转换器的另一端通过数据传输线与数据记录仪相连接。

所述的出气管道和进气管道取下后，出气管道接口和进气管道接口可闭合。

本发明的工作过程如下：

首先，将温度传感器密封在隔热箱体、环形密封盖与传热材料样本形成的密闭空间内，使得温度传感器可测试到密闭空间内的气温。信号线将温度传感器测量到的电信号传输到模数转换器，模数转换器起到变送器的效果，将数字信号通过数据传输线传送到数据记录仪，从而记录密闭空间内温度的实时信号。若隔热箱体、环形密封盖与传热材料样本形成的密闭空间与外界产生热交换，由于隔热箱体和环形密封盖的绝热功能，所以密闭空间内的热量仅能通过传热材料样本完成。

在检测完毕后，打开出气管道接口和进气管道接口，将出气管道、进气管道分别与出气管道接口、进气管道接口连接；进气管道通入常温的气体，并将密闭空间内的气体从出气管道排出。这样，本发明装置的气温设置到常态下。 

本发明有益效果如下：

（1）本发明实时地记录传热材料在流体中的动态传热过程，具有信号不间断、时效性强等优点；

（2）本发明采用固定密闭空间进行实验，使得实验结果更容易量化，实验的可重复性和可比性强；

（3）本发明的温度传感器内置于密闭空间内使得测量数据更准确；

（4）本发明采用流体通入、通出管道将密闭空间内的流体与外界进行交换，可以迅速将密闭空间内的流体温度重置在预定的范围内，快速地恢复了实验的准备状态；

（5）本发明具有简单实用的特点。

附图说明

图 1为本发明示意图；

图 2为本发明工作状态示意图；

图 3为本发明重置状态示意图；

图中，数据记录仪1、数据传输线2、模数转换器3、信号线4、环形密封盖5、出气管道6、出气管道接口7、传热材料样本8、进气管道9、进气管道接口10、隔热箱体11、温度传感器12。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，为方便陈述，选择气体作为流体的一个例子。一种硬质材料与流体之间传热过程的简易测试装置，包括数据记录仪1、数据传输线2、模数转换器3、信号线4、环形密封盖5、出气管道6、出气管道接口7、传热材料样本8、进气管道9、进气管道接口10、隔热箱体11、温度传感器12。

环形密封盖5中间设置有传热材料样本8，且环形密封盖5上设置有对称的进气管道接口10、出气管道接口7；进气管道接口10、出气管道接口7分别与进气管道9、出气管道6的一端相连接；隔热箱体11与环形密封盖5通过粘性胶体物质相连接，使得隔热箱体11、环形密封盖5与传热材料样本8共同形成一个密闭的空间，温度传感器12设置于该密闭空间内，且温度传感器12通过信号线4与模数转换器3的一端相连接，模数转换器3的另一端通过数据传输线2与数据记录仪1相连接。

所述的出气管道6和进气管道9取下后，出气管道接口7和进气管道接口10可闭合。

本发明的工作过程如下：

首先，将温度传感器12密封在隔热箱体11、环形密封盖5与传热材料样本8形成的密闭空间内，使得温度传感器12可测试到密闭空间内的气温。信号线4将温度传感器12测量到的电信号传输到模数转换器3，模数转换器3起到变送器的效果，将数字信号通过数据传输线2传送到数据记录仪1，从而记录密闭空间内温度的实时信号。若隔热箱体11、环形密封盖5与传热材料样本8形成的密闭空间与外界产生热交换，由于隔热箱体11和环形密封盖5的绝热功能，所以密闭空间内的热量仅能通过传热材料样本8完成。

在检测完毕后，打开出气管道接口7和进气管道接口10，将出气管道6、进气管道9分别与出气管道接口7、进气管道接口10连接；进气管道9通入常温的气体，并将密闭空间内的气体从出气管道6排出。这样，本发明装置的气温设置到常态下。 

如图 2所示，当本发明处于工作状态的时候，隔热箱体11和环形密封盖5具有绝热功能，密闭空间内的热量仅能通过传热材料样本8完成，当密闭空间内温度发生变化时，温度传感器12测量到变化的温度后通过信号传递被数据记录仪1实时记录下来，这些数据可进一步被应用于传热过程的实时监控或数据分析。

如图 3所示，当本发明的工作状态结束后，需要对密闭空间的状体进行重置，打开出气管道接口7、进气管道接口10后，分别接上出气管道6、进气管道9，从进气管道9通入外界空气，使密闭空间内形成气流，进而将密闭空间内的气体从出气管道6排出，使密闭空间的气温重置。在较短时间内，本发明装置可反复使用，对传热材料样本8的传热性能进行各种各样的测试。

需要强调地是，气流可以由液体替换，因此，该装置还能够测量传热材料在液体中的传热过程。

Claims (1)

1. 一种硬质材料与流体之间传热过程的简易测试装置，包括数据记录仪、数据传输线、模数转换器、信号线、环形密封盖、出气管道、出气管道接口、传热材料样本、进气管道、进气管道接口、隔热箱体、温度传感器，其特征在于：

环形密封盖中间设置有传热材料样本，且环形密封盖上设置有对称的进气管道接口、出气管道接口；进气管道接口、出气管道接口分别与进气管道、出气管道的一端相连接；隔热箱体与环形密封盖通过粘性胶体物质相连接，使得隔热箱体、环形密封盖与传热材料样本共同形成一个密闭的空间，温度传感器设置于该密闭空间内，且温度传感器通过信号线与模数转换器的一端相连接，模数转换器的另一端通过数据传输线与数据记录仪相连接；

所述的出气管道和进气管道取下后，出气管道接口和进气管道接口可闭合。

Images