微型薄膜瞬态热流计的研制.pdf

摘要视,测量热流用的传感器——热流测头及热流计的研究和使用也更加广泛了。在工农生产、科学研究、航空航天、动力工程以及日常生活中,存在着大量的热量传递问题有待解决。随着现代科学技术的飞速发展,仅把温度作为热量传递的唯一信息已远远不够。因此,热流检测的理论和技术越来越受到重瞬态热流的测量是热工测试的难点,也是~直没有得到很好解决的问题。研究瞬态热流的测量,特别是微小空间内瞬态热流的测量,对于我国节能领域以及航空航天等领域都有着积极的意义。本文通过建立二维非稳态导热的数学模型,模拟了瞬态热流计测量低温会属表面与高温流体换热时影响测量精度的五种主要因素。计算得出,由于热流计测头的出现,对流换热系数的变化会给热流测量带来误差。其次,热流计测头自身因素的变化也会给测量带来误差。测头越薄、测头边长越长、测头与被测物粘贴越紧密、被测物导热系数越小,则测量误差越小,对测量越有利。当被测物表面积较大时,测头边长存在一个最优值,这个值约为:模拟计算的结果能够为热流计的设计制作以及实际应用提供指导和参考。在分析总结国内外众多瞬态热流计测量原理的基础上,本文利用薄膜技术,制作出了热阻式微型薄膜瞬态热流计测头。同时,结合国外众多热流计测头标定装置,开发出了一套传导式热流计测头标定系统。通过检测,该套系统达到了。利用本文开发的标定系统对微型薄膜瞬态热流计测头进行了标定和响应测试。通过对比得出,本文开发的热流计测头在响应时间、应用范围和测头尺寸上与国内有关产品相比都存在着相当的优势,能够满足微小空间内瞬态热流的测量需求,有着广泛的应用前景。最后,本文利用该热流计测头进行了瞬态热流的测量试验,对热流计测头的性能做了进一步的检测和验证。关键词微型薄膜瞬态热流计测头标定
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符号表一热流计测头系数,·一空气比热,,一测头输出热电势,一热电偶节点热电势,一温度%下热电偶节点热电势,~热电偶节点平均熟电势,一材料的杨氏弹性模量,痬一热电偶数量;蹈涸匮沽Γ琹一热流通量,一热流计测头与墙面的接触热阻,一被测壁面热阻,一粘贴热流计后壁面总热阻,一为拉氏变换复参量一面积,一被测壁面温度,拉丁字母一被测壁面比热,‘一热流计测头的比热,/H攘骷撇馔泛穸龋琺一热流密度,痬疻民琖—温度,巳虿%
一热流计测头温度,一高温气体温度,一时间,一节点奈露龋琄一平均板温度,一输出热电势,瓦,Ⅳ
以一壁面与高温气体的对流换热系数,·%一热流计测头表面与高温气体的对流换热系数,·一空气密度,/一壁面材料密度,/一热流计测头物质密度,蝝成一被标定热流计表面反射率一标准热流计表面反射率一材料的导热系数,五一温度时材料的导热系数,·一壁面材料导热系数,。太一热流计测头导热系数,一二氧化硅导热系数,·一时间,一热流计测头厚度,坑一热流计与被测物间空气薄层厚度,一热流计的一维干扰系数希腊字母一空气导热系数,一过余渝唐,熊觑晓万∥曰
签名:∥移导师签名∥乏淞日期:进日期:~趔二参量。关于论文使用授权的说明独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我~同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了签名:
第滦髀课题背景及意义中。从建筑物、锅炉、工业窑炉到热力管道、设备甚至航空航天等各个方面,此,热流检测的理论和技术越来越受到重视,测量热流用的传感器——热流测热传递现象是一种普遍的自然现象,广泛的发生在各种生产和生活过程凡是有温差的地方都有热传递的问题。在工农生产、科学研究、航空航天、动力工程以及日常生活中,存在着大量的热量传递问题有待解决NA耸迪纸能的要求,需要掌握各种热设备热量的收支情况,例如要求直接测量热流密度的变化和热流密度的分布等等”S捎谀茉吹娜找娼粽藕腿嗣嵌钥沙中⒄沟重视,人们对房屋和热气管道散热控制的要求也越来越高。长期以来,人们往往通过对温度的测量与控制来达到对热量传递的控制。随着现代科学技术娇蘸教臁⑷斯せ肪澈湍茉垂芾淼的飞速发展,人们越来越深刻的认识到,仅仅把温度作为热量传递的唯一信息是远远不够的,因头及热流计的研究和使用也更加广泛了。.攘骷频牟头⒄应用于现场的直接测量热流的热流计,最早出现在年。德国的教授为了测量啤酒厂内通过地板的热流,用厚的软木板覆盖地板,测出软木板上下两面的温度差,利用温度梯度和软木板的导热系数计算出热流密度。这就是现在所用的热阻式热流计的雏形。日本的拔山四郎教授也用类似的方法测量了热流。年,杓浦圃炝擞扇圃谙鸾捍系娜鹊缍炎槌傻拇热流计