本發(fā)明涉及熱導(dǎo)率測(cè)定，尤其涉及一種用于熱疲勞循環(huán)中測(cè)量混凝土熱導(dǎo)率的設(shè)備及方法。

背景技術(shù)：

1、混凝土作為固體儲(chǔ)熱材料在熱能儲(chǔ)存（ctes）中具有較好的實(shí)用性。有研究進(jìn)一步探討了混凝土在聚光太陽(yáng)能發(fā)電廠（csp）中的應(yīng)用潛力?；炷辆哂卸喾矫娴膬?yōu)勢(shì)，如供應(yīng)充足、價(jià)格低廉、易于加工，并且可用于現(xiàn)場(chǎng)施工。ctes的數(shù)值模擬表明，混凝土作為儲(chǔ)熱材料在可行性和成本效益方面具有較大的潛力。然而，大多數(shù)數(shù)值模擬都假定混凝土的熱物性為恒定值，即不隨溫度變化。此外，由于高溫下評(píng)估這些特性存在較大挑戰(zhàn)，許多研究中采用了在室溫下測(cè)得的熱導(dǎo)率來(lái)進(jìn)行模擬。對(duì)于儲(chǔ)熱應(yīng)用中的高溫傳熱分析，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其在工作條件下的表現(xiàn)至關(guān)重要。尤其是對(duì)于ctes系統(tǒng)，當(dāng)混凝土在高溫下使用時(shí)，傳導(dǎo)是其內(nèi)部的主要傳熱機(jī)制。熱導(dǎo)率是控制傳導(dǎo)的關(guān)鍵參數(shù)，反映了熱通量與材料內(nèi)部核心和外表面之間熱梯度的關(guān)系。有研究指出，儲(chǔ)熱材料的熱物理特性在不同溫度下表現(xiàn)出的差異對(duì)儲(chǔ)熱應(yīng)用的整體性能影響顯著。因此，深入了解儲(chǔ)熱系統(tǒng)中熱導(dǎo)率隨溫度的變化規(guī)律，對(duì)于優(yōu)化混凝土在高溫?zé)崞谘h(huán)下的性能具有重要意義。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，在測(cè)量高溫?zé)崞谘h(huán)下混凝土的熱導(dǎo)率時(shí)，所采用的測(cè)量設(shè)備多為老式設(shè)備，且加熱爐也多為舊式裝置。這類(lèi)設(shè)備通常只適用于厚尺寸混凝土的測(cè)試，且在測(cè)量過(guò)程中所提供的溫場(chǎng)不夠穩(wěn)定。冷卻過(guò)程主要依賴于活板門(mén)，這極大地延長(zhǎng)了冷卻時(shí)間，增加了整個(gè)測(cè)試周期，導(dǎo)致能夠進(jìn)行的測(cè)量次數(shù)較少，測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差較大。因此，亟需開(kāi)發(fā)一種新的實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)設(shè)備，該設(shè)備能夠測(cè)量各種尺寸的混凝土樣品，提供穩(wěn)定均勻的溫場(chǎng)，并通過(guò)快速降溫系統(tǒng)大幅縮短冷卻時(shí)間，從而減少測(cè)試周期，增加測(cè)量次數(shù)，進(jìn)而提升測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問(wèn)題提供一種用于熱疲勞循環(huán)中測(cè)量混凝土熱導(dǎo)率的設(shè)備及方法。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種用于熱疲勞循環(huán)中測(cè)量混凝土熱導(dǎo)率的設(shè)備及方法，包括箱式爐爐體、k型熱電偶、熱導(dǎo)率探頭、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和熱導(dǎo)率測(cè)量系統(tǒng)，所述箱式爐爐體內(nèi)設(shè)置有由加熱面環(huán)繞的加熱腔室，所述加熱腔室的底部設(shè)置有用于放置混凝土試樣的底部加熱面，所述k型熱電偶和熱導(dǎo)率探頭均設(shè)置于加熱腔室內(nèi)，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和熱導(dǎo)率測(cè)量系統(tǒng)分別與箱式爐爐體相鄰設(shè)置，所述k型熱電偶包括三個(gè)，三個(gè)所述k型熱電偶均與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接；

4、所述箱式爐爐體內(nèi)還設(shè)置有用于調(diào)節(jié)熱導(dǎo)率探頭位置的驅(qū)動(dòng)組件，所述驅(qū)動(dòng)組件包括導(dǎo)向橫桿、定位支座和驅(qū)動(dòng)鏈條，所述導(dǎo)向橫桿內(nèi)設(shè)置有供驅(qū)動(dòng)鏈條滑動(dòng)的滑槽，所述定位支座設(shè)置于導(dǎo)向橫桿的兩端，所述定位支座內(nèi)設(shè)置有控制驅(qū)動(dòng)鏈條的電機(jī)，所述熱導(dǎo)率探頭固定于驅(qū)動(dòng)鏈條上，所述導(dǎo)向橫桿的中段設(shè)置有數(shù)個(gè)上下貫通的觸點(diǎn)槽，數(shù)個(gè)所述觸點(diǎn)槽沿導(dǎo)向橫桿的長(zhǎng)邊等間距布置，所述導(dǎo)向橫桿的中部還設(shè)置有定位卡座，所述定位卡座的頂面和底面周沿設(shè)置有用于限定混凝土試樣的圍板。圍板可將混凝土試樣限定于上方以及下方，在外界對(duì)電機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程操控時(shí)，可控制驅(qū)動(dòng)鏈條的轉(zhuǎn)動(dòng)。在將熱導(dǎo)率探頭設(shè)置于驅(qū)動(dòng)鏈條上后，可跟隨驅(qū)動(dòng)鏈條的移動(dòng)而發(fā)生移動(dòng)。其中，熱導(dǎo)率探頭移動(dòng)至任意觸點(diǎn)槽上時(shí)，可分別于上下面的混凝土試樣接觸，進(jìn)而進(jìn)行測(cè)試作業(yè)。通過(guò)移動(dòng)熱導(dǎo)率探頭，可在測(cè)量熱疲勞循環(huán)的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)混凝土試樣內(nèi)部溫度梯度變化，動(dòng)態(tài)調(diào)整熱導(dǎo)率探頭的位置，使設(shè)備不僅是在特定溫場(chǎng)下測(cè)量熱導(dǎo)率，還能在不同溫度梯度下獲得多維數(shù)據(jù)，幫助分析材料在不同熱疲勞階段的性能變化。通過(guò)驅(qū)動(dòng)鏈條的移動(dòng)，可將熱導(dǎo)率探頭設(shè)計(jì)為可調(diào)節(jié)式陣列，每個(gè)熱導(dǎo)率探頭可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)組件在不同位置進(jìn)行精準(zhǔn)移動(dòng)，這不僅能夠測(cè)量不同點(diǎn)位的溫度，還可以在溫場(chǎng)變化過(guò)程中提供更精細(xì)的溫度梯度分布圖。

5、k型熱電偶設(shè)置有三個(gè)，其中一個(gè)k型熱電偶嵌入下方混凝土試樣中心，另外兩個(gè)k型熱電偶放置于加熱腔室內(nèi)。其中，嵌入混凝土試樣中心的k型熱電偶控制和監(jiān)測(cè)混凝土試樣的內(nèi)部溫度，另外兩個(gè)k型熱電偶則用于跟蹤熱響應(yīng)并記錄混凝土試樣表面的溫度變化。熱導(dǎo)率測(cè)量系統(tǒng)可測(cè)量任意尺寸混凝土試樣的熱導(dǎo)率，便于進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比分析和誤差評(píng)估。

6、進(jìn)一步的，所述加熱面為內(nèi)置有加熱元件的耐高溫保溫層，所述耐高溫保溫層為雙層殼體結(jié)構(gòu)，所述加熱面包括左側(cè)加熱面、右側(cè)加熱面、前側(cè)加熱面、后側(cè)加熱面以及底部加熱面，所述箱式爐爐體內(nèi)配有風(fēng)冷循環(huán)系統(tǒng)，所述箱式爐爐體頂部設(shè)置有可開(kāi)閉的活板門(mén)?；畎彘T(mén)的直徑為8mm，耐高溫保溫層內(nèi)嵌有多個(gè)加熱元件。通過(guò)設(shè)置左側(cè)加熱面、右側(cè)加熱面、前側(cè)加熱面、后側(cè)加熱面以及底部加熱面，可解決加熱腔室溫場(chǎng)不均勻和降溫過(guò)慢等問(wèn)題，進(jìn)而縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)、減少熱導(dǎo)率測(cè)量誤差較大的問(wèn)題。五面的加熱面提供了均勻溫場(chǎng)，風(fēng)冷循環(huán)系統(tǒng)顯著提高了冷卻速率，而活板門(mén)可排出水蒸氣等氣體。

7、進(jìn)一步的，所述底部加熱面的上方嵌裝有sic板。sic板能夠承受大于100kg的混凝土試樣的重量，提升測(cè)試的全面性和多樣性。

8、進(jìn)一步的，所述加熱元件為表面涂有氧化鋯涂層的摻鉬鐵鉻鋁，所述加熱面表面涂覆有高溫氧化鋁涂層。氧化鋯涂層可延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，而高溫氧化鋁涂層提高了反射率及加熱效率，也延長(zhǎng)了儀器的壽命。

9、進(jìn)一步的，所述熱導(dǎo)率探頭包括兩個(gè)，兩個(gè)熱導(dǎo)率探頭分別與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接。混凝土試樣的尺寸根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要進(jìn)行選擇設(shè)計(jì)，兩塊混凝土試樣縱向重疊放置。熱導(dǎo)率探頭被壓于兩塊混凝土試樣之間，用于測(cè)量熱導(dǎo)率。

10、進(jìn)一步的，所述熱導(dǎo)率探頭的導(dǎo)線在靠近箱式爐爐體的爐門(mén)一側(cè)覆蓋有六方氮化硼陶瓷蓋。熱導(dǎo)率探頭導(dǎo)線在靠近爐門(mén)的區(qū)域采用六方氮化硼陶瓷蓋進(jìn)行保護(hù)，以隔離爐內(nèi)的金屬部件。

11、進(jìn)一步的，所述熱導(dǎo)率探頭包括常溫?zé)釋?dǎo)率探頭和高溫?zé)釋?dǎo)率探頭，所述高溫?zé)釋?dǎo)率探頭測(cè)量溫度高于1000°c。常溫?zé)釋?dǎo)率探頭用于測(cè)量室溫下的熱參數(shù)，高溫?zé)釋?dǎo)率探頭用于測(cè)量高達(dá)1000°c的高溫?zé)釁?shù)。常溫?zé)釋?dǎo)率探頭覆蓋100×40mm的表面區(qū)域，高溫?zé)釋?dǎo)率探頭覆蓋160×40mm的表面區(qū)域，均覆蓋了混凝土試樣的較大表面。通過(guò)兩種探頭分別測(cè)量室溫和高溫下的熱導(dǎo)率，比較其測(cè)量值。使用熱線法測(cè)量熱導(dǎo)率，所有溫度數(shù)據(jù)均通過(guò)傳輸至外部的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

12、一種用于熱疲勞循環(huán)中測(cè)量混凝土熱導(dǎo)率的設(shè)備的方法，包括以下步驟：

13、s1：取兩個(gè)混凝土試樣，將兩個(gè)混凝土試樣豎向重疊放置；

14、s2：將兩個(gè)熱導(dǎo)率探頭放置于兩塊混凝土試樣之間，并將其中一個(gè)k型熱電偶嵌入下方混凝土試樣中心，另外兩個(gè)k型熱電偶放置于加熱腔室內(nèi)；

15、s3：在上方混凝土試樣的上方放置有合金重物；

16、s4：?jiǎn)?dòng)箱式爐爐體，使其以受控速率執(zhí)行加熱和冷卻循環(huán)，為兩個(gè)混凝土試樣提供不同的溫場(chǎng)，冷卻過(guò)程中打開(kāi)活板門(mén)以及風(fēng)冷循環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)快速冷卻；

17、s5：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲取并記錄實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息。

18、進(jìn)一步的，在步驟s4中，冷卻過(guò)程采用風(fēng)冷循環(huán)系統(tǒng)和活板門(mén)配合進(jìn)行，五個(gè)加熱面采用均勻加熱的方式進(jìn)行加熱。風(fēng)冷循環(huán)系統(tǒng)加快溫度的下降，縮短了實(shí)驗(yàn)周期，活板門(mén)則排出部分氣體，避免水蒸氣附著在混凝土試樣表面，影響熱導(dǎo)率測(cè)量結(jié)果。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

20、1、本發(fā)明通過(guò)箱式爐爐體提供均勻的溫場(chǎng)，以及較快的冷卻速率，依靠熱導(dǎo)率測(cè)量系統(tǒng)測(cè)定混凝土試樣的熱導(dǎo)率，并利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行分析處理，能夠顯著縮短測(cè)量周期，通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)可大幅提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；

21、2、本發(fā)明解決了加熱循環(huán)周期長(zhǎng)、溫場(chǎng)不均勻?qū)е碌臒釋?dǎo)率誤差等問(wèn)題，能夠在300至600°c熱疲勞循環(huán)期間準(zhǔn)確測(cè)量混凝土的熱導(dǎo)率，減少測(cè)量時(shí)間過(guò)長(zhǎng)所帶來(lái)的數(shù)據(jù)偏差，并提高測(cè)量的精確性；

22、3、本發(fā)明解決了現(xiàn)有測(cè)量高溫?zé)崞谘h(huán)下混凝土試樣熱導(dǎo)率過(guò)程中，因測(cè)量設(shè)備老舊導(dǎo)致測(cè)量周期長(zhǎng)、測(cè)量次數(shù)少，無(wú)法精確測(cè)量不同加熱速率的熱導(dǎo)率，進(jìn)而產(chǎn)生數(shù)據(jù)誤差等問(wèn)題。