專(zhuān)利名稱(chēng)：高溫固體界面動(dòng)態(tài)接觸換熱系數(shù)的測(cè)量方法和測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體界面接觸換熱系數(shù)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種高溫固體 界面動(dòng)態(tài)接觸換熱系數(shù)的測(cè)量方法和測(cè)量裝置，特別適合于金屬、陶瓷及復(fù)合材 料在高溫下的固體動(dòng)態(tài)接觸換熱系數(shù)的測(cè)量。
背景技術(shù)：
熱接觸是存在于航空航天、機(jī)械制造、冶金化工、電子信息、熱能工程等眾 多工程領(lǐng)±或和科學(xué)研究中的一個(gè)重要現(xiàn)象。隨著傳熱技術(shù)的發(fā)展，接觸換熱系數(shù) 的測(cè)量尤其是在材料成形領(lǐng)域，金屬、陶瓷及復(fù)合材料等在高纟顯下的界面間換熱 系數(shù)的測(cè)量日益受到關(guān)注。
中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)"一種觀糧固體界面接觸換熱系數(shù)的方法和裝置"(申請(qǐng)
號(hào)200610047121.7，公開(kāi)號(hào)CN1877313A)介紹了一種測(cè)量固體界面接觸換熱系 數(shù)的方法和裝置。該專(zhuān)利申請(qǐng)的技術(shù)要點(diǎn)為采用加熱棒和冷卻棒連接并通過(guò)壓 力裝置施壓的方式，使工控m31過(guò)溫控儀表采磐顯度信號(hào)，進(jìn)行顯示和分析。該 專(zhuān)利申請(qǐng)的不足之處由于觀糧方法和裝置柳蹄ij，僅適用于60(TC以下中低溫 度區(qū)間的穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程固體界面接觸換熱系數(shù)的測(cè)量。對(duì)于60(TC以上的溫度區(qū) 間以及動(dòng)態(tài)傳熱過(guò)程，還缺乏相關(guān)的數(shù)據(jù)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有固體界面接觸換熱系數(shù)測(cè)量中，溫度區(qū)間偏低、傳熱過(guò)程難以 實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化的不足，本發(fā)明的目的之一是提供一種高溫固體界面動(dòng)態(tài)接觸換熱系 數(shù)的測(cè)量方法，利用輻射聚光或激光加熱和液壓沖擊加載方式，實(shí)現(xiàn)高溫固體界 面動(dòng)態(tài)接觸換熱系數(shù)測(cè)試試樣的非接觸式快速加熱和動(dòng)態(tài)加載，進(jìn)而通過(guò)處理獲 得接觸換熱系數(shù)。
本發(fā)明的另一 目的是提供一種高纟顯固體界面動(dòng)態(tài)接觸換熱系數(shù)的測(cè)量裝置，
4適用于較寬溫度區(qū)間(150 1300°C)動(dòng)態(tài)(接觸速度0.01mm/s 2000mm/s、接 觸壓力0 600MPa)傳熱過(guò)程的固體界面接觸換熱系數(shù)測(cè)量，應(yīng)用該裝置可以實(shí) 現(xiàn)高纟顯固體界面動(dòng)態(tài)接觸換熱系數(shù)的測(cè)量。 本發(fā)明技術(shù)方案如下
一種高溫固體界面動(dòng)態(tài)接觸換熱系數(shù)的領(lǐng)糧方法，包括如下步驟
(1) 根據(jù)試樣夾頭尺寸，將兩種待測(cè)材料加工成等截面的圓柱試樣，并用同 樣型號(hào)的砂紙對(duì)其接觸表面進(jìn)行打磨處理，以確保其具有相同的表面粗糙度。
(2) 對(duì)所有實(shí)驗(yàn)所用的熱電偶進(jìn)行標(biāo)定，并與工控機(jī)上的數(shù)據(jù)采集卡連接。 由工控機(jī)來(lái)實(shí)時(shí)采集、顯示和處理熱電偶的溫度值，并ffia加熱控制器控制加熱 系統(tǒng)的加熱電源。
(3) 將測(cè)量用熱電偶依次均布點(diǎn)焊于兩試樣的同側(cè)表面。
(4) 根據(jù)測(cè)量要求，在真空室中將冷端試樣裝卡于移動(dòng)夾頭，熱端試樣裝卡 于固定夾頭，并調(diào)整兩試樣間的間隙，閉合真空室。
(5) 啟動(dòng)機(jī)械泵使真空室達(dá)到低真空狀態(tài)(真空度5xlO"Pa—1x10—'Pa),再 啟動(dòng)擴(kuò)散泵使真空室達(dá)到要求的高真空狀態(tài)(真空度5xl0—spa—lx10—3Pa)。
(6) 輻射聚光或^敫光加熱系統(tǒng)開(kāi)始工作，將熱端試樣的受熱端快速加熱到設(shè) 定^it 150 1300°C (加熱速度為50 20(TC/秒)。通過(guò)熱電偶測(cè)量和加熱控制器 反饋使加熱系統(tǒng)繼續(xù)加熱熱端試樣直至溫度穩(wěn)定在預(yù)設(shè)測(cè)量溫度下。
(7) 啟動(dòng)液壓沖擊加載系統(tǒng)，以接觸速度控制模式或接觸壓力控制模式由液 壓缸驅(qū)動(dòng)移動(dòng)夾頭，使冷端試樣以一定的速度或一定的接觸壓力完成與熱端試樣 的接觸并保持接觸傳導(dǎo)狀態(tài)；其中，接角腿度0.01mm/s 2000mm/s，接觸壓力0 600MPa。接觸速度與接觸壓力的選擇是根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康牡男枰o范圍是裝置所 能達(dá)到的領(lǐng)賦范圍；在實(shí)際操作過(guò)程中，可以有接觸壓力為零的狀態(tài)，即力傳感 器測(cè)量值為零的純接觸狀態(tài)；
(8) 工控機(jī)將采集接觸過(guò)程中的相關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行計(jì)算處理，從而獲得兩種材 料的固體界面動(dòng)態(tài)接觸換熱系數(shù)。
(9) 測(cè)量結(jié)束后，關(guān)閉輻射聚光或激光加熱系統(tǒng)，卸載液壓沖擊加載系統(tǒng)， 泄真空，待試樣自然冷卻后取出。
一種高溫固體界面動(dòng)態(tài)接觸換熱系數(shù)的測(cè)量裝置，該測(cè)量裝置設(shè)有真空室、 液壓缸、液壓控制繼電器、冷端試樣、速度傳感器、力傳感器、密封集線管、熱端電偶、工控機(jī)、加熱系統(tǒng)、固定夾頭、熱端試樣、潤(rùn)滑劑、測(cè)溫?zé)犭娕己鸵苿?dòng) 夾頭；液壓缸與裝卡冷端試樣的移動(dòng)夾頭連接，液壓ftlM過(guò)液壓控制繼電器與工
控機(jī)相連，移動(dòng)夾頭上的速度傳感器和力傳感器與工控機(jī)的數(shù)據(jù)采集卡連接；冷 立m式樣和熱端試樣上用于測(cè)溫的熱電偶通過(guò)真空室上的密封集線管與工控機(jī)的數(shù) 據(jù)采集卡連接；固定夾頭上用于熱端試樣測(cè)溫的熱端電偶通過(guò)密封集線管與工控 機(jī)上的數(shù)據(jù)采集卡連接，用于給熱端i式樣加熱的加熱系統(tǒng)與工控機(jī)相連。
所述加熱系統(tǒng)設(shè)有加熱電源、加熱控制繼電器、聚光反射鏡、氤燈，加熱電 源輸入端ilil加熱控制繼電器與工控m^接，加熱電源輸出端連接氙燈，氙燈的 一側(cè)設(shè)置聚光反射鏡；工控機(jī)的輸出信號(hào)經(jīng)加熱控制繼電器放大后，控制加熱電 源的工作電流，進(jìn)而控制氤燈的工作MS，通過(guò)聚光反射鏡的作用，加熱固定夾 頭所夾持的熱端試樣。
所述加熱系統(tǒng)設(shè)有加熱電源、加熱控制繼電器、f敫光加熱器，加熱電源輸入 端通過(guò)加熱控制繼電器與工控機(jī)連接，加熱電源輸出端連接激光加熱器；工控機(jī) 的輸出信號(hào)經(jīng)加熱控帝腿電器放大后，控制加熱電源的工作電流，進(jìn)而控制激光 加熱器加熱固定夾頭所夾持的熱端試樣。
在需要的情況下，熱端試樣與冷端試樣的接觸界面預(yù)先涂抹潤(rùn)滑劑來(lái)考察界 面接觸換熱系數(shù)的變化規(guī)律。
所述真空室內(nèi)可設(shè)有抗輻射材料鋁箔或熱反射膜包覆箱體內(nèi)壁，以降低試樣 的熱輻射影響。
與現(xiàn)有技斜目比，本發(fā)明更具有如下優(yōu)點(diǎn)
(1) 可以實(shí)現(xiàn)高溫固體界面動(dòng)態(tài)接觸換熱系數(shù)的測(cè)量。與已有領(lǐng)糧方法和裝 置相比，本發(fā)明方法和裝置能夠?qū)崿F(xiàn)短時(shí)間熱交換過(guò)程的測(cè)量，與現(xiàn)實(shí)熱加工成 形工藝過(guò)程更為接近。
(2) 可以實(shí)現(xiàn)較高溫度范圍內(nèi)的固體界面動(dòng)態(tài)接觸換熱系數(shù)的測(cè)量。與已有 測(cè)量方法和裝置相比，本發(fā)明方法和裝置能夠?qū)崿F(xiàn)試樣的快速高效加熱，？鵬范 圍擴(kuò)展到130(TC，滿足金屬、陶瓷及復(fù)合材料等的熱加工測(cè)試要求。
(3) 具備液壓沖擊加載系統(tǒng)，可以接觸速度控制模式和接觸壓力控制模式兩 種方式實(shí)現(xiàn)界面動(dòng)態(tài)接觸換熱系數(shù)的測(cè)量。與已有測(cè)量方法和裝置相比，本發(fā)明 方法和裝置可以根據(jù)測(cè)試要求，靈活選取接觸模式的控制方式。
(4) 具備真空測(cè)試環(huán)境。與己有測(cè)量方法和裝置相比，本發(fā)明方法和裝置可以在一定的真空環(huán)境下實(shí)現(xiàn)固體界面動(dòng)態(tài)接觸換熱系數(shù)的測(cè)量，避免試樣高溫氧 ^X寸實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。
(5)具備鋁箔或熱反射膜等抗輻射材料包覆真空箱體內(nèi)壁。與已有測(cè)量方法 和裝置相比，本發(fā)明方法和裝置可以降低試樣熱輻射對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。


圖1是本發(fā)明采用輻射聚光加熱方式測(cè)量方纟去的原理圖。
圖2是本發(fā)明采用激光加熱方式測(cè)量方法的原理圖。
圖3是本發(fā)明采用輻射聚光加熱方式的測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明采用激光加熱方式的測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，l真空室；2纟軀缸；3液壓控制繼電器；4冷端試樣；5速度傳感器； 6力傳感器；7密封集線管；8熱端電偶；9工控機(jī)；10加熱電源；11加熱控制繼 電器；12聚光反射鏡；13氤燈；14固定夾頭；15熱端試樣；16潤(rùn)滑劑；17測(cè)溫 熱電偶；18移動(dòng)夾頭；19激光加熱器。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1
下面結(jié)合圖1和圖3具體說(shuō)明本實(shí)施例。
本發(fā)明測(cè)量裝置由真空室l、液壓缸2、液壓控制繼電器3、冷端試樣4、速 度傳感器5、力傳感器6、密封集線管7、熱端電偶8、工控機(jī)9、加熱電源IO、 加熱控制繼電器ll、聚光反射鏡12、氙燈13、固定夾頭14、熱端試樣15、潤(rùn)滑 劑16、測(cè)纟顯熱電偶(八組)17和移動(dòng)夾頭18組成。其中真空室l可通過(guò)外接 抽真空裝置實(shí)現(xiàn)一定的真空度，以減少試樣在高溫下發(fā)生氧4W實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響； 真空室1內(nèi)有鋁箔或熱反射膜等抗輻射材料包覆箱體內(nèi)壁，以斷氐試樣的熱輻射 影響；液壓缸2與裝卡冷端試樣4的移動(dòng)夾頭18連接，通過(guò)控制力或速度的方式 實(shí)現(xiàn)固體界面的動(dòng)態(tài)接觸過(guò)程;液壓缸2通過(guò)液壓控制繼電器3與工控機(jī)9相連， 工控機(jī)9的輸出信號(hào)經(jīng)液壓控制繼電器3放大后，控制液壓缸2動(dòng)作；移動(dòng)夾頭 18上的速度傳感器5和力傳感器6與工控機(jī)9的板載數(shù)據(jù)采集卡連接，實(shí)時(shí)采集 移動(dòng)夾頭18的動(dòng)作信息，包括力和速度值；冷端試樣4和熱端試樣15上用于測(cè) 溫的八組熱電偶17通過(guò)真空室1上的密封集線管7與工控機(jī)9的板載數(shù)據(jù)采集卡
7連接，保證測(cè)試過(guò)程中真空室1的密閉狀態(tài)；固定夾頭14上用于熱端試樣15測(cè) 溫的熱端電偶8也通過(guò)密封集線管7與工控機(jī)9上的板載數(shù)據(jù)采集卡連接；帶有 板載類(lèi) 采集卡的工控機(jī)9用于完成整個(gè)測(cè)試過(guò)程中的數(shù)據(jù)采集、處理和控制信 號(hào)輸出工作；加熱電源10輸入端通過(guò)加熱控希腿電器11與工控機(jī)9連接，加熱 電源10輸出端連接氤燈13，氙燈13的一側(cè)設(shè)置聚光反射鏡12;工控機(jī)9的輸出 信號(hào)經(jīng)加熱控制繼電器ll放大后，控制加熱電源10的工作電流，進(jìn)而控制氙燈 13的工作溫度；通過(guò)聚光反射鏡12的作用，加熱固定夾頭14所夾持的熱端試樣 15;在需要的情況下，熱端試樣15與冷端試樣4的接觸界面可以預(yù)先涂抹潤(rùn)滑劑 16來(lái)考察界面接觸換熱系數(shù)的變化規(guī)律，潤(rùn)滑劑16可以采用氮化硼、石墨或玻 璃潤(rùn)滑劑等。
測(cè)量過(guò)程包括如下步驟
(1) 分另咖工直徑10毫米，長(zhǎng)20毫米的TC4鈦合金和H13模具鋼圓柱試 樣，用200、 400和800號(hào)砂紙X寸其接觸表面進(jìn)行打磨處理，以確保其具有相同的 表面粗糙度。
(2) 對(duì)所有實(shí)驗(yàn)所用的熱電偶進(jìn)行標(biāo)定，并與工控機(jī)上的數(shù)據(jù)采集卡連接。
(3) 將測(cè)量用熱電偶依次均布點(diǎn)焊于兩試樣的同側(cè)表面。
(4) 在真空室中將H13模具鋼試樣裝卡于移動(dòng)夾頭，TC4鈦合^i式樣裝卡 于固定夾頭，并調(diào)整兩試樣間的間隙為10毫米，閉合真空室。
(5) 啟動(dòng)機(jī)械泵使真空室達(dá)到低真空狀態(tài)，真空度為5xlO"Pa;再啟動(dòng)擴(kuò)散 泵使真空室達(dá)到高真空狀態(tài)，真空度為5W0,a。
(6) 輻射聚光加熱系統(tǒng)(聚光反射鏡12、氙燈13)開(kāi)始工作，將TC4鈦合 ^i式樣的受熱端快速加熱到設(shè)定溫度96(TC (加熱速度為150"/秒)。通過(guò)熱電偶 測(cè)量和加熱控制器反饋使加熱系統(tǒng)繼續(xù)加熱TC4鈦合金試樣直至溫度穩(wěn)定在 960°C 。
(7) 啟動(dòng)液壓沖擊加載系統(tǒng)，以接觸速度控制模式由液壓缸驅(qū)動(dòng)移動(dòng)夾頭， 使H13模具鋼試樣以35毫Xt/秒的速度完成與TC4鈦合^i式樣的接觸并保持接觸 傳導(dǎo)狀態(tài)。
(8) 工控機(jī)將采集接觸過(guò)程中的相關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行計(jì)算處理，從而獲得TC4 鈦合金和H13模具鋼在接觸速度為35毫浙秒情況下的界面動(dòng)態(tài)接觸換熱系數(shù)。 本發(fā)明中，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行換熱系數(shù)的計(jì)算，可采用常規(guī)技術(shù)，也可采用中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)"一種測(cè)量固體界面接觸換熱系數(shù)的方法和裝置"(申請(qǐng)?zhí)?br> 200610047121.7，公開(kāi)號(hào)CN1877313A)。
(9)測(cè)量結(jié)束后，關(guān)閉輻射聚光加熱系統(tǒng)，卸載液壓沖擊加載系統(tǒng)，泄真空， 待TC4鈦合金和H13模具鋼試樣自然冷卻后取出。 實(shí)施例2
下面結(jié)合圖2和圖4具體說(shuō)明本實(shí)施例。
本發(fā)明測(cè)量裝置由真空室l、液壓缸2、液壓控制繼電器3、冷端試樣4、速 度傳感器5、力傳感器6、密封集線管7、熱端電偶8、工控機(jī)9、加熱電源IO、 加熱控制繼電器ll、激光加熱器19、固定夾頭14、熱端試樣15、潤(rùn)滑劑16、測(cè) 溫?zé)犭娕?八組)17和移動(dòng)夾頭18組成。其中真空室1可通過(guò)外，封由真空裝 置實(shí)現(xiàn)一定的真空度，以減少試樣在高溫發(fā)生氧ft^實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響；真空室1 內(nèi)有鋁箔或熱反射膜等抗輻射材料包覆箱體內(nèi)壁，以降低試樣的熱輻射影響；液 壓缸2與裝卡冷端試樣4的移動(dòng)夾頭18連接，ffiil控制力或速度的方式實(shí)現(xiàn)固體 界面的動(dòng)態(tài)接觸過(guò)程；液壓缸2通過(guò)液壓控制繼電器3與工控機(jī)9相連，工控機(jī) 9的輸出信號(hào)經(jīng)液壓控制繼電器3放大后，控制液壓缸2動(dòng)作；移動(dòng)夾頭18上的 速度傳感器5和力傳感器6與工控機(jī)9的板載數(shù)據(jù)采集卡連接，實(shí)時(shí)采集移動(dòng)夾 頭18的動(dòng)作信息，包括力和速度值；冷端試樣4和熱端試樣15上用于觀醞的八 組熱電偶17通過(guò)真空室1上的密封集線管7與工控機(jī)9的板載數(shù)據(jù)采集卡連接， 保證測(cè)試過(guò)程中真空室1的密閉狀態(tài)；固定夾頭14上用于熱端試樣15測(cè)溫的熱 端電偶8也通過(guò)密封集線管7與工控機(jī)9上的板載數(shù)據(jù)采集卡連接；帶有板載數(shù) 據(jù)采集卡的工控機(jī)9用于完成整個(gè)測(cè)試過(guò)程中的數(shù)據(jù)采集、處理和控制信號(hào)輸出 工作；加熱電源10輸入端通過(guò)加熱控帝腿電器11與工控機(jī)9連接，加熱電源10 輸出端連接激光加熱器19;工控機(jī)9的輸出信號(hào)經(jīng)加熱控制繼電器11放大后， 控制加熱電源10的工作電流，進(jìn)而控制激光加熱器19加熱固定夾頭14所夾持的 熱端試樣15;在需要的情況下，熱端試樣15與冷端試樣4的接觸界面可以預(yù)先 涂抹潤(rùn)滑劑16來(lái)考察界面接觸換熱系數(shù)的變化規(guī)律，潤(rùn)滑劑16可以采用氮化硼、 石墨、玻璃潤(rùn)滑劑等。
測(cè)量過(guò)程包括如下步驟 (1)分別加工直徑10毫米，長(zhǎng)20毫米的AmetlOO合金鋼(Amet100是美 國(guó)牌號(hào)，高強(qiáng)鋼)和H13模具鋼圓柱試樣，用200、 400和800號(hào)砂紙對(duì)其接觸
9表面進(jìn)行打磨處理，以確保其具有相同的表面粗糙度。
(2)對(duì)所有實(shí)驗(yàn)所用的熱電偶進(jìn)行標(biāo)定，并與工控機(jī)上的數(shù)據(jù)采集卡連接。 (3 )將測(cè)量用熱電偶依次均布點(diǎn)焊于兩試樣的同側(cè)表面。
(4) 在真空室中將H13模具鋼試樣裝卡于移動(dòng)夾頭，Amet100合金鋼試樣 裝卡于固定夾頭，并調(diào)整兩試樣間的間隙為10毫米，閉合真空室。
(5) 啟動(dòng)機(jī)械泵使真空室達(dá)到低真空狀態(tài)，真空度為1x10—'Pa;再啟動(dòng)擴(kuò)散 泵使真空室達(dá)到高真空狀態(tài)，真空度為lxlO—3Pa。
(6) 激光加熱系統(tǒng)(激光加熱器19)開(kāi)始工作，將AmetlOO合金鋼試樣的 受熱端快速加熱到設(shè)定溫度890°C (加熱速度為20(TC/秒)。通過(guò)熱電偶測(cè)量和加 熱控制器反饋使加熱系統(tǒng)繼續(xù)加熱AmetlOO合金鋼試樣直至溫度穩(wěn)定在890°C 。
(7) 啟動(dòng)液壓沖擊加載系統(tǒng)，以接觸壓力控制模式由液壓缸驅(qū)動(dòng)移動(dòng)夾頭， 使H13模具鋼試樣以200MPa的壓力完成與AmetlOO合金鋼試樣的接觸并保持接 觸傳導(dǎo)狀態(tài)。
(8) 工控機(jī)將采集接觸過(guò)程中的相關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行計(jì)算處理，從而獲得 AmetlOO合金鋼和H13模具鋼在接觸壓力為200MPa情況下的界面動(dòng)態(tài)接觸換熱 系數(shù)。本發(fā)明中，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行換熱系數(shù)的計(jì)算，可采用常規(guī)技術(shù)，也可采 用中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)"一種領(lǐng)糧固體界面接觸換熱系數(shù)的方法和裝置"(申請(qǐng)?zhí)?200610047121.7，公開(kāi)號(hào)CN1877313A)。
(9) 測(cè)量結(jié)束后，關(guān)閉輻射聚光加熱系統(tǒng)，卸載液壓沖擊加載系統(tǒng)，泄真空， 待AmetlOO合金鋼和H13模具鋼試樣自然冷卻后取出。
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權(quán)利要求
1、一種高溫固體界面動(dòng)態(tài)接觸換熱系數(shù)的測(cè)量方法，其特征在于，包括如下步驟(1)根據(jù)試樣夾頭尺寸，將兩種待測(cè)材料加工成等截面的圓柱試樣，并用同樣型號(hào)的砂紙對(duì)其接觸表面進(jìn)行打磨處理，以確保其具有相同的表面粗糙度；(2)對(duì)所有實(shí)驗(yàn)所用的熱電偶進(jìn)行標(biāo)定，并與工控機(jī)上的數(shù)據(jù)采集卡連接，由工控機(jī)來(lái)實(shí)時(shí)采集、顯示和處理熱電偶的溫度值，并通過(guò)加熱控制器控制加熱系統(tǒng)的加熱電源；(3)將測(cè)量用熱電偶依次均布點(diǎn)焊于兩試樣的同側(cè)表面；(4)根據(jù)測(cè)量要求，在真空室中將冷端試樣裝卡于移動(dòng)夾頭，熱端試樣裝卡于固定夾頭，并調(diào)整兩試樣間的間隙，閉合真空室；(5)啟動(dòng)機(jī)械泵使真空室達(dá)到低真空狀態(tài)，真空度5×10-1Pa-1×10-1Pa；再啟動(dòng)擴(kuò)散泵使真空室達(dá)到要求的高真空狀態(tài)，真空度5×10-3Pa-1×10-3Pa；(6)加熱系統(tǒng)開(kāi)始工作，將熱端試樣的受熱端快速加熱到設(shè)定溫度150～1300℃，加熱速度為50～200℃/秒，通過(guò)熱電偶測(cè)量和加熱控制器反饋使加熱系統(tǒng)繼續(xù)加熱熱端試樣直至溫度穩(wěn)定在預(yù)設(shè)測(cè)量溫度下；(7)啟動(dòng)液壓沖擊加載系統(tǒng)，以接觸速度控制模式或接觸壓力控制模式由液壓缸驅(qū)動(dòng)移動(dòng)夾頭，使冷端試樣以一定的速度或一定的接觸壓力完成與熱端試樣的接觸并保持接觸傳導(dǎo)狀態(tài)；其中，接觸速度0.01mm/s～2000mm/s，接觸壓力0～600MPa；(8)工控機(jī)將采集接觸過(guò)程中的相關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行計(jì)算處理，從而獲得兩種材料的固體界面動(dòng)態(tài)接觸換熱系數(shù)；(9)測(cè)量結(jié)束后，關(guān)閉加熱系統(tǒng)，卸載液壓沖擊加載系統(tǒng)，泄真空，待試樣自然冷卻后取出。
2、 一種權(quán)利要求1所述的高溫固體界面動(dòng)態(tài)接觸換熱系數(shù)的測(cè)量方法的專(zhuān)用 測(cè)量裝置，其特征在于該測(cè)量裝置設(shè)有真空室(1)、液壓缸(2)、液壓控制繼 電器(3)、冷端試樣(4)、速度傳感器(5)、力傳感器(6)、密封集線管(7)、熱端電偶(8)、工控機(jī)(9)、加熱系統(tǒng)、固定夾頭(14)、熱端試樣(15)、潤(rùn)滑 劑(16)、測(cè)溫?zé)犭娕?17)和移動(dòng)夾頭(18);液壓缸(2)與裝卡冷端試樣(4) 的移動(dòng)夾頭(18)連接，液壓缸(2)通過(guò)液壓控制繼電器(3)與工控機(jī)(9)相 連，移動(dòng)夾頭(18)上的速度傳繊(5)和力傳感器(6)與工控機(jī)(9)的數(shù)據(jù) 采集卡連接；冷端試樣(4)和熱端試樣(15)上用于測(cè)溫的熱電偶(17)通過(guò)真 空室(1)上的密封集線管(7)與工控機(jī)(9)的數(shù)據(jù)采集卡連接；固定夾頭(14) 上用于熱端試樣(15)測(cè)溫的熱端電偶(8)通過(guò)密封集線管(7)與工控機(jī)(9) 上的數(shù)據(jù)采集卡連接，用于給熱端試樣(15)加熱的加熱系統(tǒng)與工控機(jī)(9)相連。
3、 按照權(quán)利要求2所述的測(cè)量裝置，其特征在于加熱系統(tǒng)設(shè)有加熱電源 (10)、加熱控制繼電器(11)、聚光反射鏡(12)、氤燈(13)，加熱電源(10)輸入端通過(guò)加熱控制繼電器(11)與工控機(jī)(9)連接，加熱電源(10)輸出端連 接氤燈(13)，氤燈(13)的一側(cè)設(shè)置聚光反射鏡(12);工控機(jī)(9)的輸出信號(hào) 經(jīng)加熱控制繼電器(11)放大后，控制加熱電源(10)的工作電流，進(jìn)而控制氙 燈(13)的工作溫度，通過(guò)聚光反射鏡(12)的作用，加熱固定夾頭(14)所夾 持的熱端試樣(15)。
4、 按照權(quán)利要求2所述的測(cè)量裝置，其特征在于加熱系統(tǒng)設(shè)有加熱電源 (10)、加熱控制繼電器(11)、激光加熱器(19)，加熱電源(10)輸入端通過(guò)加熱控制繼電器(11)與工控機(jī)(9)連接，加熱電源(10)輸出端連接激光加熱器 (19);工控機(jī)(9)的輸出信號(hào)經(jīng)加熱控制繼電器(11)放大后，控制加熱電源 (10)的工作電流，進(jìn)而控制激光加熱器(19)加熱固定夾頭(14)所夾持的熱端試樣(15)。
5、 按照權(quán)利要求2所述的測(cè)量裝置，其特征在于在需要的情況下，熱端試 樣(15)與冷端試樣(4)的接觸界面預(yù)先涂嫩閏滑劑(16)來(lái)考察界面接觸換熱 系數(shù)的變化規(guī)律。
6、 按照權(quán)利要求2所述的測(cè)量裝置，其特征在于真空室(1)內(nèi)有抗輻射 材料鋁箔或熱反射膜包覆箱體內(nèi)壁。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高溫固體界面動(dòng)態(tài)接觸換熱系數(shù)的測(cè)量方法和測(cè)量裝置，特別適合于金屬、陶瓷及復(fù)合材料在高溫下的固體界面動(dòng)態(tài)接觸換熱系數(shù)的測(cè)量。測(cè)量裝置主要設(shè)有真空室、液壓缸、冷端試樣、工控機(jī)、加熱系統(tǒng)、固定夾頭、熱端試樣、測(cè)溫?zé)犭娕己鸵苿?dòng)夾頭等；在真空室中將冷端試樣裝卡于移動(dòng)夾頭，熱端試樣裝卡于固定夾頭；將熱端試樣加熱后，啟動(dòng)液壓沖擊加載系統(tǒng)，使冷端試樣以一定的速度或一定的接觸壓力完成與熱端試樣的接觸并保持接觸傳導(dǎo)狀態(tài)；工控機(jī)將采集接觸過(guò)程中的相關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行計(jì)算處理，從而獲得兩種材料的固體界面動(dòng)態(tài)接觸換熱系數(shù)。本發(fā)明可以解決現(xiàn)有固體界面接觸換熱系數(shù)測(cè)量中，溫度區(qū)間偏低、傳熱過(guò)程難以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化等問(wèn)題。
文檔編號(hào)G01N25/20GK101661009SQ20081001302
公開(kāi)日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2008年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月29日
發(fā)明者張士宏, 王瑞雪, 明 程 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所