[发明专利]一种陶瓷球床有效热导率测试平台

说明书

技术领域

本发明属于颗粒材料导热性能测试技术领域，更具体地，涉及一种陶瓷球床有效热导率测试平台。

背景技术

颗粒材料的导热行为在热能动力，化工，建筑，生物工程和航空航天领域中被广泛的关注，尤其是其在球床中的导热行为。如核聚变反应中固态增殖剂的导热与冷却，化工和生物工程中的颗粒球床反应等都需要颗粒材料的导热性能，需要测试材料的有效热导率。特别地,在核能领域中，颗粒组成的球床具有传热或者在线产氚等功能，球床颗粒在不同气氛，温度，气体压力，气体流量下的有效热导率是非常重要的参数，需要测量。

球床有效热导率的测量方法是在固体材料热导率测试方法的基础上发展来的。固体材料热导率的测试方法一般可以分为稳态法和非稳态法两大类，两种方法测的数据具有一致性，但个别数值存在差异。稳态法是在满足稳态条件的情况下，在已知厚度的样品中建立起温度梯度并达到稳定后进行测量，通过控制热流来计算热导率。稳态法是测量材料导热系数的经典方法，具有原理清晰，适用的测量温度宽等优点，但其测量时间长。非稳态法也称瞬态法或动态法，指的是实验中对处于热平衡状态的试样施加某种热干扰，同时测量试样对热干扰的响应(温度随时间的变化)，然后根据响应曲线确定试样材料热导率。非稳态法多用于研究高导热材料，或在高温下进行测量，其特点是测量时间段，精确性高，但受测量方法限制，多用于高导热，高温区导热系数测量。

现有技术中测量陶瓷颗粒球床有效热导率也主要采用了两种方法，主要涉及核能领域。日本原子能研究院的相关测量装置使用瞬态热线法，位于IKET及荷兰的研究者采用稳态圆柱法；国内来自中国科学技术大学的专利201510106712.6结合了稳态法和瞬态法，一套装置中同时采用两种方法测量陶瓷球床有效热导率。已采用的相关装置中采用了铠装或者有保护层的热电偶，有的还用了破坏球床堆积特性的热电偶支撑架，上述因素均会导致热电偶测温准确度低，而且由于导热较好的热电偶支撑架和铠装体或者保护套的存在会导致热电偶测量的并非是测温点的温度而是热电偶支撑架的温度或者会受热电偶支撑架温度的干扰。除此之外，测量装置的数据采集与处理系统多是单独的数据显示和存储以及输出，然后再次处理才获得最终测量结果，并没有直接实时显示测量结果或者显示数据处理过程，更无法估计测量结果的可信度。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种陶瓷球床有效热导率测试平台，其能够在基本不破坏球床堆积特性的基础上更加真实测量不同气氛，不同气体流量，不同系统压力，不同温度下陶瓷球床内部温度分布，同时利用测试程序实现测量结果的动态显示和输出并给出结果评估，具有结构简单、测试便捷可靠等优点。

为实现上述目的，本发明提出了一种陶瓷球床有效热导率测试平台，包括球床容器组件、加热组件、供气组件、抽气组件和数据采集分析组件，其中：

所述球床容器组件包括球床外容器，该球床外容器内通过支撑套筒安装有样品室，该样品室包括球床壁、热电偶上定位板和热电偶下定位板，三者构成用于放置陶瓷颗粒的球床，该样品室内设置有用于测量球床径向和轴向温度分布的热电偶；

所述加热组件包括加热炉、加热丝和直流稳压供电电源，所述加热炉的上下端分别设置有上法兰和下法兰，所述样品室处于该加热炉的均温区内，所述加热丝沿轴向插入样品室内，其两端分别通过锁紧连接帽与电极连接杆相连，该电极连接杆与所述直流稳压供电电源相连；

所述供气组件包括通过气体管道相连的气瓶和压力传感器，所述气体管道上设置有流量计、阀门开关和进气管道，该进气管道与堵在所述热电偶上定位板的陶瓷填充孔上的堵孔塞相连；

所述抽气组件包括通过气体管道相连的抽气泵和背压阀，该气体管道上设置有阀门开关和出气管道，该出气管道与所述下法兰相连；

所述数据采集分析组件包括彼此相连的数据采集单元和计算机，所述数据采集单元与所述热电偶的正负极相连，并与所述压力传感器相连，所述计算机与所述流量计相连。

作为进一步优选的，所述上法兰包括上盲板法兰和上开孔法兰，所述下法兰包括下开孔法兰和下盲板法兰，所述上盲板法兰、上开孔法兰、下开孔法兰和下盲板法兰均为可伐合金，并且上开孔法兰、下开孔法兰与所述球床外容器密封连接，此外，上开孔法兰、下开孔法兰分别通过无氧铜垫圈以及螺栓和上盲板法兰、下盲板法兰连接。

作为进一步优选的，所述热电偶采用对焊的裸热电偶丝，其测温点可沿球床轴向移动，其正负极分别通过所述热电偶下定位板和热电偶上定位板上按规律分布的小孔穿出并张紧固定。