[发明专利]一种测量粉体导热系数的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及粉体材料不同松密度下导热系数测量的装置和方法，特别涉及与弹性体粉体导热系数相关的设备设计领域。

背景技术

粉体材料具有较大的可压缩性，不同压力下对应着不同的松密度（孔隙率）。由于静止空气的导热系数比固体的导热系数小，随着松密度的升高（孔隙率的降低），其导热系数会变大。所以松密度（孔隙率）的改变会对粉体材料的导热系数产生巨大的影响。导热系数的大小直接关系到材料传热性能的好坏，影响着加热设备的设计或选择。在加工粉体材料的挤出设备、搅拌设备的设计中，起着至关重要的作用。

热线法是一种物质导热系数非稳态测试方法，它具有简便、快速、易于操作、精确、实验设备简单等优点，从而在工程技术和科学研究中得到了广泛的应用。按国家标准(GB/T10297—1998)热线法适用于导热系数小于2W/(m·K)的各向同性均质固体材料的导热系数的测定。

在实际生产中，例如，双螺杆挤出胶粉的过程中，随着螺距的变化，胶粉松密度（孔隙率）会发生变化。不同螺纹元件内的胶粉会有不同的导热系数。精确测量胶粉导热系数-松密度关系曲线会对操作工艺、参数设定以及螺杆的设计组合提供有效的帮助。但是目前没有专门的测试不同松密度下粉体导热系数的装置。本文在热线法测试装置的基础上，发明设计了一种改变粉体松密度的装置，以此来测量不同松密度下粉体试样的导热系数。本发明将会对粉体工业的设计、生产提供基础数据。

发明内容

本发明的目的在于：通过提供一种测量粉体导热系数的装置，以实现在不同松密度，温度和压力下对粉体材料导热系数的测定。

一种测量粉体导热系数的装置，其特征在于：应用如下装置进行不同松密度下粉体导热系数的测量，其装置的构成如图1和图2所示。

一种粉体材料导热系数测量装置，其特征在于：

两个液压推进器上的推进板、两个侧板、盖板和底板构成密闭的料室；盖板上安装压力传感器；电热丝两端固定在料室的两个侧板的中心点处，通过导线引出，连接稳压直流电源；电热丝的中心点处连接热电偶丝，实时测量电热丝温度值；两个加热板分别固定在两个侧板的外侧，对料室内的待测物料加热控温，将温度稳定控制在待测量温度点；整个装置固定在工作台上。

进一步，电热丝的长径比为100～120。

进一步，热电偶丝测温端直径与电热丝直径的比值为0.6～1。

进一步，电热丝直径为0.4～0.5mm，有效长度为50～60mm，热电偶丝测温端直径为0.3～0.4mm。

电热丝长径比100～120，是为了满足无限长热源的假设要求；电热丝测温端直径与电热丝直径之比为0.6～1，是为了电热丝测温端能够有效准确的测量电热丝的温度。

将待测物料装满料室，液压推进器推动推进板沿长度方向上同步同速相向移动某一距离，挤压待测物料，改变粉体的松密度；稳压直流电源加热电热丝，记录电流值和电热丝两端电压值，计算出热线单位长度发热功率q；

热电偶丝测量电热丝的温度变化，得到温度-时间对数关系曲线；从该曲线中的直线段两个端点选取对应的时间和温度，即（τ_min,θ_min）和（τ_max,θ_max）代入公式

λ=q4πlnτmax-lnτminθmax-θmin]]>

计算得到导热系数；根据推板移动不同的距离，得到不同的松密度，重复上述方法测量计算得到不同松密度下粉体的导热系数。

本发明可用于各种粉体或细微颗粒，在不同松密度、不同温度、不同含湿率下导热系数测量。

附图说明