[发明专利]一种材料高温热物性参数的快速测量方法

摘要

本发明公开了一种材料高温热物性参数的快速测量方法，根据材料热物性参数‑介质温度‑超声传播特性，采用超声回波法，获得瞬态传热条件下超声传播时间，通过超声回波特性反演热传导方程中的材料参数，可快速、无损、非接触地测量材料随温度变化的热物性参数；本发明的方法仅测量一次，例如被测试件加热面进行升温到预定温度值如400℃，即可获得室温至400℃不同温度下的导热系数、比热容或热扩散系数等多种材料热物性参数，具有测量速度快、成本低、通用性好、测量范围大等突出优点。

主权项

1.一种材料高温热物性参数的快速测量方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：基于标定实验，获取被测试件内超声波传播速度V与温度T的关系式V-T；步骤二：对被测试件进行加热，由常用的超声波脉冲回波法，获得被测物体ti时刻的超声波传播时间ti,exp；步骤三：将高温热物性参数的测量转换为求解热传导问题中未知参数的优化问题，其中优化目标为测量得到的超声传播时间ti,exp与数值求解的超声传播时间ti,cal差值最小，约束边界为热传导控制方程及其相关的初始条件；优化问题的目标函数为： J ( k ( T ) , C p ( T ) , α ( T ) ) = Σ i = 1 n { t i , c a l - t i , exp } 2 = Σ i = 1 n { 2 ∫ 0 L 1 V [ T ( t i ) ] d x - t i , exp } 2 ]]>式中，k(T)，Cp(T)和α(T)分别为待辨识的被测材料等效导热系数、比热容和热扩散系数；ti,cal为数值计算得到的ti时刻的超声波传播时间，下标i表示的测量时间序数，n表示总的测量时间点数；L为试件被测方向的长度；优化问题的约束条件为: S . t . ∂ ∂ x [ k ( T ) ∂ T ∂ x ] = ρC p ∂ T ∂ t ]]>T(x,t)|t＝0＝T0式中，T0为初始温度场；步骤四：求解热传导反问题。相关求解的步骤为：(1)给定参数初值；(2)数值求解状态方程，求出温度场T(x,t)和目标函数J的值；(3)数值求解灵敏度方程，得出灵敏度矢量；(4)用伴随方程算法对参数值进行优化，得k(T)或Cp(T)或α(T)；(5)判断是否收敛(取ε≤1e-6)，若收敛，则停止计算；否则返回(2)重复迭代，直到到达收敛准则；(6)获得被测材料等效导热系数k(T)、比热容Cp(T)或热扩散系数α(T)。