基于激光热成像的薄膜面向导热系数测试方法

提出一种基于激光热成像的薄膜面向导热系数测试方法。仿真论证了激光加热相较于常规电加热方案的热损失差异;分析了激光加热功率、表面换热系数、测温模型增益系数等关键参数标定问题,并设计了相应的方案。基于15个不同材料或厚度的薄膜和薄片样品进行了实验,测试结果和参考值相对偏差均<6%,其中导热系数<3 W/(m·K)的样品测试误差显著优于常规方法,这表明该方法可有效改善热流环路积分法对低导热薄膜的测试精度。     

利用稳态法测量聚合物薄膜纵向热导系数

在一维稳态热传导模型的基础上,设计了一套用于测量聚合物薄膜纵向热导系数的实验装置,并利用Comsol软件对该测量装置进行数值模拟并优化设计。同时利用本文设计的实验装置,测量得到了不同温度下聚酰亚胺(PI)膜、聚四氟乙烯(PTFE)膜以及混合纤维素酯(MCE)膜的热导系数。在35℃~60℃的温度范围内热导系数测量值分别维持在0.21 W/(m.K),0.26 W/(m.K),0.13 W/(m.K)左右,标准不确定度在9.5%以下。测量结果与参考值相符,验证了实验装置的测试精度。     

氡析出率测量中的218Po非平衡修正

通过对传统的累积法测量氡析出率模型实验验证,发现得到的氡析出率明显偏低。对测氡仪器的工作原理与集氡罩中氡的浓度变化规律进行分析,发现是由于被测介质表面析出的氡不断进入集氡罩,218Po与氡没有平衡,造成测量的氡浓度明显偏低。通过非平衡修正得到了修正后的氡析出率测量理论模型。利用修正后的该模型得到的介质表面氡析出率与参考值符合得较好,误差小于7%。此外比较优值函数的取值也可发现:修正后的理论模型优值函数的取值小于传统模型,这表明修正后的理论模型更符合实际,该理论模型可应用于氡析出率仪的研制与改进。     

粘土砖加热永久线变化率测量结果不确定度分析与评定

依据GB/T 5988—2007要求,对粘土砖试样加热永久线变化率进行了测量,分析了加热永久线变化率测量不确定度分量的来源,通过计算、合成给出了粘土砖的不确定度报告,加热永久线变化率Lc=-0. 23%,扩展不确定度U=0. 118%,包含因子k=2,并提出了一些见解。     

超临界CO2流体中超声速的特性

超临界CO2流体声速随压力和温度变化规律,对超声技术强化超临界流体萃取应用具有理论指导作用。为研究超临界CO2流体的超声速特性,设计了单探头脉冲回波法的声速测量探头,频率2.5MHz。采用汕头超声研究所生产的CTS-3600数字式超声探伤仪与声速测量探头连接。以温度每5℃和压力每1MPa为间隔,测量了温度为25℃～55℃,压力为7MPa～26MPa的CO2流体声速,根据不同温度下声速随压力变化的一组等温线,采用多项式拟合得到超临界CO2流体声速随压力和温度变化关系模型,在T=300K时计算模型计算值和文献参考值的相对误差。结果表明:超临界CO2流体声速随压力增加而增大,随温度升高而降低,在T=300K时模型计算值和文献参考值的相对误差在7%以内。     

低温热导率的热扫描法测量

介绍了一种利用热扫描技术测量低温热导率的新方法.实验利用计算机自动采集数据并实时处理给出测量结果,测量温度范围为10 K-300 K.热扫描方法降低了各种漏热影响,修正了因温差测量的困难而带来的实验误差.通过金属铜、铝的测量值与标准数据的比较,发现10 K-300K范围有较好的吻合,相对误差小于5%,温度越低,误差越小.     

金属反射型保温材料导热系数的测定

根据稳态法测量导热系数原理,设计了一套稳态导热系数测量装置,利用自动控制技术实现实验过程的可控性。通过与导热系数参比块的测量校对,该装置测量结果的准确度达到标准要求。并利用此测量装置对压力容器金属反射型保温层试样的导热系数进行了测定,测定温度在80～220 ℃范围内,测量误差小于1.3%,导热系数值由0.040 W/(m·K)变化到0.053W/(m·K)。     

基于热成像的薄片材料热扩散率快速无损检测

针对传统热扩散率测量方法对热激励、边界和试样尺寸有严格要求等苛刻条件,提出一种适用于薄片材料的热扩散率测量新方法。该方法采用热成像技术采集受激光激励引起的材料表面温度场变化数据,将其通过曲线拟合对导热微分方程中的微分项进行估测,求取微分方程解析解转化为对代数方程求解以确定热扩散率值,因而无需严格控制边界条件、初始条件和热激励。通过仿真分析验证了理论模型的合理性,并对H62黄铜和304不锈钢材料进行了实测,对比文献参考值表明测量偏差均在6.0%以内,测量重复性为4.3%,可满足快速无损的测量要求。     

GB/T 228.1-2010中断后伸长率测量方法浅析及修订建议

根据GB/T 228.1-2010中断后伸长率的测量方法,选取塑性富余量较小的BW300TP耐磨钢板进行拉伸试验,分析了采用机器测量方法和手工测量方法测得的断后伸长率结果有差异的原因,并对标准提出修订建议。结果表明:因断裂位置偏离标距中心,机器测量的断后伸长率小于手工测量的断后伸长率,可用关系式y=0.850 5x+5.183 8对机器测量的断后伸长率结果进行补偿和修正。建议GB/T 228.1-2010中P7带头试样的平行长度最小值修改为60mm;取消附录D中矩形截面非比例试样平行长度L_c≥L_0+1.5(S_0)(1/2)的规定;增加不同试验材料的机器测量断后伸长率的修正方法及修正建议值。     

稳态法测算导热系数的原理

分析了测量导热系数传统模型与相关文献中的修正模型的原理与不足,提出一个较为严密的三维传热学模型,利用MATLAB数值模拟验证了其合理性。推导出计算圆柱型试样导热系数的公式,并得到了适合实际应用的简化公式。以真空橡皮盘为例,定量分析了侧壁散热对导热系数测量值的影响程度,给出了试样规格与测算精度的关系曲线。当试样半径与厚度的比值大于28.9时,侧壁散热的影响将小于5%,故可忽略。     

基于激光闪光法的立式热扩散率测量装置研究

介绍了基于激光闪光法的立式热扩散率测量装置,利用脉冲激光对样品进行均匀加热,使样品内部产生一维热流,并通过红外探测器测量样品温升信号,采用立式真空加热炉控制测量温度环境,实现室温至1600℃的热扩散率测量。用该装置测量厚度为1. 1 mm,直径为10 mm的不锈钢样品,测量结果与PTB参考数据的偏差小于1%。     

含油制冷剂在泡沫金属圆管内流动沸腾的换热特性

实验研究了填充泡沫金属的圆管内制冷剂与润滑油混合物流动沸腾换热特性。实验对象为两根分别填充5PPI、90%孔隙率与10PPI、90%孔隙率泡沫铜的圆管,以及相同管径的光管。实验工况为蒸发压力995kPa,质流密度为10~30 kg/(m2.s),热流密度为3.1~9.3kW/m2,入口干度0.175~0.775,油浓度为0~5%。实验结果表明:纯制冷剂工况下,泡沫金属的存在强化流动沸腾换热,换热系数最多提高185%;含油工况下,泡沫金属强化换热的效果弱化;相同工况下,更小的孔径可以提高流动沸腾换热系数,相比5PPI泡沫金属的实验数据,10PPI的泡沫金属可以使换热系数最多提高0.6倍。基于流型建立了填充泡沫金属的圆管内制冷剂与润滑油流动沸腾换热系数的预测模型,预测模型与98%的实验数据误差在±30%以内。     

舰船冷凝器用B30铜合金传热管标准体系

综述了舰船冷凝器用B30铜合金传热管标准的国内外现状,在对比分析B30铜合金传热管的化学成分、室温拉伸性能、工艺性能、无损检测等主要技术内容的基础上,结合舰船冷凝器用B30传热管的腐蚀泄漏问题,提出了B30传热管标准技术内容的增加建议.     

冰箱用箱壁式冷凝器的热路分析

为了对冰箱冷凝器结构的优化设计提供理论依据，利用通用有限元软件ANSYS对箱壁式冷凝器进行了建模、求解。在分析中，考虑了铝箔对传热的影响；同时，考虑到在通常情况下冷凝管和冰箱的外壁平板之间的线接触会影响冷凝器的散热。因此，对冷凝管与箱壁平板的线接触进行了改进，采用凹槽结构的接触形式，并分析接触角度对散热的影响。结果显示：铝箔在冷凝管的散热中是一个重要的热路。如果不考虑铝箔的影响，计算所得的换热量将偏小8％左右；冷凝器的管材对换热效果影响不大，采用铜管比钢管的换热效果增大不到1％；增加冷凝管与外壁的接触面积可以提高换热效果，但是增加幅度并不明显；同时计算结果也表明，冷凝器通过发泡层传入冰箱内部的热量约占冷凝器总负荷的12％。     

TIG电弧热丝对铜、钢堆焊的工艺研究

针对某产品铜带焊接工艺,提出了一种电弧热丝方式应用于TIG堆焊铜、钢工艺的研究。电弧热丝可有效预热低电阻率的焊接材料,如铜;传统的电阻热丝只能加热具有高电阻率的焊接材料,如钢。采用电弧热丝系统,热丝电流小于50A时即可有效预热焊丝,与电阻热丝电流400A相当。在相同焊接电流下,能够大大提高焊接熔敷速度;在相同送丝速度下,降低焊接电流,大大降低焊接设备功率。同时证明2种热丝加热方式对钢基体、铜合金的影响相同,特别是对堆焊层铜合金中泛铁量的影响相当。     

激光增材制造合金钢力学性能超声纵波定量无损评价

目的研究采用超声无损检测方法定量评价激光增材制造合金钢的布氏硬度和抗拉强度。方法通过搭建高精度超声纵波声时测量系统,采用脉冲反射回波法测量不同热处理状态激光增材制造24CrNiMo合金钢标定试件的超声纵波传播声时,计算超声纵波声速;在考虑激光增材制造合金钢各向异性和成形界面对超声纵波传播特性影响的基础上,研究标定试件微观组织对超声纵波声速的影响,建立标定试件激光扫描方向布氏硬度、抗拉强度、微观组织与超声纵波声速之间的映射关系。结果建立了超声纵波评价硬度及抗拉强度的标定模型,并对标定模型预测误差进行验证,硬度及抗拉强度标定模型预测误差均小于10%,满足工程应用误差指标要求。结论采用超声纵波声速可以实现激光增材制造合金钢硬度及抗拉强度的定量评价与表征。     

热管恒温槽校准工业用短型温度计的可行性研究

在(200~500)℃范围内,热管恒温槽是一种替代油槽和盐槽的清洁恒温源。受传热效率的限制,热管恒温槽在校准短型温度计时会产生较大的偏差。本文从传热学角度分析了短型温度计校准中偏差产生的原因。分析证明,在校准过程中,通过增大接触面积,提高换热系数的方式可以有效强化传热,减小因传热造成的偏差。实验表明,通过增加辅助金属环的方式能够有效提高传热效率,提高测量准确度,降低对被测温度计浸没深度的要求,完成工业用短型温度计的校准。     

A study of the heat capacity of coated metal materials by the laser flash method

Results of laser-flash measurements of the specific heat capacity of samples of metallic materials (12Kh18N9T stainless steel, VZhM-4 nickel superalloy) coated with heat-resistant silicate enamel in a temperature range of 20–1300°C are described. In this temperature range, the coating is characterized by a high emissivity factor with a constant magnitude of 0.9. Analysis of the measurement results for the specific heat capacity of the steel samples and comparison of these results with the reference data and the most reliable literature data reveal that a decrease in the apparent specific heat capacity in a temperature range of 850–1100°C is attributed to an exothermic heat effect. The deviation of the measurement results from the reference data is no more than 3%. New data on the heat capacity of the VZhM-4 nickel alloy are derived. The temperature dependences of the apparent (with allowance for the heat effect of dissolution of the γ' phase) and true specific heat capacities are described. The discrepancy between the calculated and measured values does not exceed 2%.     

Induced heating by nonlinear absorption in LiNbO3-type crystals under continuous-wave laser irradiation

We investigate light-induced heating by nonlinear absorption in LiNbO₃-type crystals under continuous-wave (CW) laser irradiation. The heat source is one-photon absorption by long-lived excited states created by two-photon absorption. The accumulated effect of excited states, which act as light absorbers, is significant for a CW laser. Light-induced heating causes catastrophic CW laser breakdown in LiNbO₃-type crystals in which the band-gap energy is less than twice the photon energy and in which long-lived excited states, like polarons, can exist. For LiNbO₃, the threshold intensity for catastrophic breakdown is estimated to be in the order of MW/cm².