[发明专利]一种高温下混凝土导热率的准稳态测试装置及方法

权利要求书

1.一种高温下混凝土导热率的准稳态测试装置，其特征在于,该装置包括芯板(1)、绝热层(3)、测温板(12)、导热板(4)、电炉(7)、热电偶A(6)、热电偶B(6-1)、数据采集仪(8)以及电脑(10)，所述芯板(1)夹在两块试样(2)中间，所述测温板(12)置于两块试样(2)外侧，芯板(1)、试样(2)和测温板(12)的四周均采用绝热层(3)包裹，四角开有螺孔的两块导热板(4)置于两块测温板(12)的外侧，将螺栓(5)穿过导热板(4)的四个螺孔，紧固螺丝使导热板(4)夹紧芯板(1)、试样(2)、绝热层(3)和测温板(12)形成一个整体；所述整体置于具有恒温功能的高温电炉(7)中，芯板(1)的厚度面插有两个热电偶A(6),测温板(12)的厚度面插有热电偶B(6-1)，所述热电偶A(6)、热电偶B(6-1)的另一端与数据采集仪(8)连接，数据采集仪(8)再与电脑(10)连接；所述数据采集仪(8)置于冷箱(9)中的冰水混合物上。

2.根据权利要求1所述的高温下混凝土导热率的准稳态测试装置，其特征在于，分别在试样(2)与测温板(12)之间、导热板(4)与测温板(12)之间放置铝箔纸(11)。

3.根据权利要求1所述的高温下混凝土导热率的准稳态测试装置，其特征在于，所述热电偶A(6)、热电偶B(6-1)的直径为1mm；所述芯板(1)和测温板(12)为铜板，其长度和宽度分别与试样(2)的长度和宽度相同，所述芯板(1)的厚度面中间位置沿水平方向开有两个直径为1.2mm的圆孔，所述测温板(12)的厚度面中间位置沿水平方向开有一个直径为1.2mm的圆孔。

4.根据权利要求1或2所述的高温下混凝土导热率的准稳态测试装置，其特征在于，所述绝热层(3)为多层岩棉毯组成，岩棉毯的导热率小于0.05W/m·K。

5.一种高温下混凝土导热率的准稳态测试方法，包括以下步骤：

A、首先安装如权利要求1-4中任一所述的高温下混凝土导热率的准稳态测试装置；确定防火材料的测量温度，设定电炉(7)的恒定温度；

B、接通电源，电炉(7)开始加热，当电炉(7)持续加热至设定温度，恒温30分钟，在此期间每秒测定一次所有热电偶的温度数据，记录测定数据，实验完毕后，切断电源；

C、在电炉恒温过程中，选取相对稳定传热阶段的温度数据，认为是处于准稳态传热阶段，根据傅里叶一维平板稳定传热的原理，△t时间内从试样(2)里传出的热量全部传入芯板(1)内；芯板(1)的比热容用C表示，质量用M表示，传入的热量用Q1表示，芯板(1)在单位时间内的升温值用ΔT2表示，传入芯板(1)的热量Q1＝C×M×ΔT2；试样(2)的导热率用K表示，试样(2)的导热面积用A表示，流经试样(2)传向芯板(1)的热量用Q2表示，试样(2)的厚度用Δx表示，温度梯度用ΔT1/Δx表示，试样(2)两侧的温度差用ΔT1表示，经试样(2)传向芯板(1)的热量Q2＝K×A×(ΔT1/Δx)；根据傅里叶规律，由传出和传入的热量相等可得公式：Q1＝2Q2，由于本装置试样(2)关于芯板(1)对称分布设置，芯板(1)接收到的热量是两块试样(2)的热量之和，因此推导出公式：C×M×ΔT2＝2K×A×(ΔT1/Δx)，将公式进行变形得到试样(2)导热率：K＝2C×M×ΔT2×A-1×(ΔT1/Δx)-1；

D、将测得的试样(2)两侧的温度差ΔT1和芯板(1)在单位时间内的升温值ΔT2代入上述傅里叶一维平板稳定传热原理的公式中，计算出在测量温度下试样(2)的导热率K。

6.根据权利要求5所述的高温下混凝土导热率的准稳态测试方法，其特征在于，在工作过程中电炉(7)的升温速率为2℃/分钟，最高加热到800℃。