[发明专利]一种适用于大温差、变压力条件的块体多孔材料隔热性能测试实验系统及测试方法

权利要求书

1.一种适用于大温差、变压力条件的块体多孔材料隔热性能测试实验系统，其特征在于，包括实验主体结构(14)、变气氛压力/种类装置、加热装置(11)、冷却装置(12)及数据采集单元；

所述实验主体结构(14)包括电加热薄膜(14-4)，电加热薄膜(14-4)两侧结构对称，依次设置待测材料(14-3)、紫铜板(14-2)和冷却水槽(14-1)；

电加热薄膜(14-4)的厚度为0.02～0.05mm，尺寸由待测材料的面积而定，选用“S”型耐高温316s不锈钢制成；使用时，将其置于两块相同的几何尺寸和性能参数的待测的块体隔热材料中间，保证几何中心一维传热区域、热量沿轴向对称传递；所述变气氛压力/种类装置，包括真空泵(2)、第一密闭腔体(6-1)、第二密闭腔体(6-2)、空压机(8)和恒温恒湿箱(10)；真空泵(2)通过管路与第一密闭腔体(6-1)相连，且在该管路上设有电磁阀(3)，第一密闭腔体(6-1)与第二密闭腔体(6-2)通过管路相连，且在二者相连的管路上设有瞬变气动阀(7)，瞬变气动阀(7)与空压机(8)相连；第二密闭腔体(6-2)设置于恒温恒湿箱(10)内；

所述数据采集单元包括计算机(1)、数据采集装置(13)、若干真空计及若干热电偶；真空计布置在密闭腔体上，用于实时记录密闭腔体中的真空度；热电偶分布在待测材料(14-3)中心的一维传热区域，用于测量待测材料的温度变化；热电偶与数据采集装置(13)相连；真空计通过导线与计算机(1)相连；

其中，实验主体结构(14)置于第二密闭腔体(6-2)内，且分别通过导线、水管等与加热装置(11)、冷却装置(12)和数据采集装置(13)相连；加热装置(11)和数据采集装置(13)的端口分别连接至计算机(1)；

所述的加热装置(11)为电加热薄膜(14-4)提供恒定功率热源，保证待测材料(14-3)的热壁面热流均匀，满足第二类边界条件；

所述的冷却装置(12)为恒温循环冷却器，用于为冷却水槽(14-1)提供恒温水，保证待测材料(14-3)的冷壁面温度在整个实验过程中保持恒定，满足第一类边界条件；冷却水槽(14-1)内部流道设计为“S”型通道；

在第一密闭腔体(6-1)上设有可调微漏阀(9)，用于调节第一密闭腔体(6-1)的真空度；在第一密闭腔体(6-1)上设有第一真空计(5-1)，在第二密闭腔体(6-2)上、下两端分别设有第二真空计(5-2)和第三真空计(5-3)；

实验时，该实验系统处于恒温环境(15)中，为待测材料提供恒温的初始条件，整个实验过程中实验系统环境温度恒定不变。

2.根据权利要求1所述的适用于大温差、变压力条件的块体多孔材料隔热性能测试实验系统，其特征在于，所述电加热薄膜(14-4)的厚度为0.01～0.05mm。

3.根据权利要求1所述的适用于大温差、变压力条件的块体多孔材料隔热性能测试实验系统，其特征在于，热电偶对称布置在上、下待测材料(14-3)的冷热端面几何对称中心上。

4.采用权利要求1～3中任意一项所述的适用于大温差、变压力条件的块体多孔材料隔热性能测试实验系统进行隔热性能测试的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据待测材料的测试需求，确定加热条件、初始温度、冷壁面温度、以及需要调整的环境气氛压强/种类测试条件，调整仪器设备参数；

2)启动计算机(1)，启用数据采集软件开始记录实验数据，启动变气氛压力/种类装置，根据初始测试条件需求，打开冷却装置(12)并设定初始温度值，直至待测材料的温度与初始温度值一致，并达到稳定；

3)将加热装置(11)的功率调整至测试所需值，开始加热并记录数据，等待直至待测材料热面温度再次达到稳定；

4)调整变气氛压力/种类装置以满足不同实验测试条件需求，保持其他仪器参数条件不变，继续测试，直至待测材料热面温度再次达到稳定；

5)实验结束，保存实验全过程的数据，关闭实验系统，根据记录的实验数据，结合理论研究所测材料的隔热性能；

实验初始时，当待测材料和环境温度长时间保持一致时，即为初始状态；

为待测材料热面提供热扰动，但不改变环境温度、冷面温度和压强条件，待测材料热面温度随时间逐渐趋于稳定，热扰动至稳态这个阶段为非稳态过程；

使待测材料所处环境压强值瞬间变为另一设定值并保持不变，在压力变化时，待测材料热面温度会发生改变并趋于另一定值。