一種新型導(dǎo)熱系數(shù)測試裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種新型導(dǎo)熱系數(shù)測試裝置及方法，包括測試裝置、制冷系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)；測試裝置內(nèi)設(shè)有封堵設(shè)施，使試件內(nèi)部與測試箱處于隔離狀態(tài)，模擬試件在實(shí)際中的使用環(huán)境，測試試驗(yàn)裝置內(nèi)部不同部位的平均溫度和加熱系統(tǒng)在傳熱穩(wěn)定后一定時(shí)間內(nèi)所消耗的電功率，通過對(duì)帶保溫材料的試件和不帶保溫材料的試件進(jìn)行兩次試驗(yàn)參數(shù)相同、試驗(yàn)方法相同的對(duì)比試驗(yàn)，利用電功率進(jìn)行差運(yùn)算，消除試驗(yàn)誤差，能準(zhǔn)確的計(jì)算出保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)。同時(shí)，本發(fā)明直接對(duì)管狀試件進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)的測試，測試過程簡單方便易操作，且準(zhǔn)確度高，大大提高了本發(fā)明裝置的實(shí)用性。
【專利說明】
一種新型導(dǎo)熱系數(shù)測試裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種新型導(dǎo)熱系數(shù)測試裝置，特別涉及直接對(duì)管道的保溫層材料進(jìn)行 導(dǎo)熱系數(shù)的測試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 保溫材料是管道保溫的主要方法，而保溫材料的導(dǎo)熱性能是其性能中重要參數(shù)指 標(biāo)之一，因此保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)更準(zhǔn)確的測試，對(duì)新材料的研發(fā)和參數(shù)性能的檢測都有重 要的意義。目前，對(duì)管道的保溫層材料導(dǎo)熱系數(shù)的測量，是通過對(duì)板狀試件進(jìn)行測量，能夠 準(zhǔn)確測量出穩(wěn)態(tài)傳熱性能。然而，板狀試件相對(duì)復(fù)雜的測試工序是保溫材料導(dǎo)熱性能測試 中面臨的主要問題。所以研究一種測試工序簡便，且測量結(jié)果準(zhǔn)確的試驗(yàn)裝置，更具有實(shí)際 意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出了一種基于穩(wěn)態(tài)法的新型導(dǎo)熱系數(shù)測試裝置， 此裝置直接對(duì)管道的保溫層材料進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)的測量，克服了現(xiàn)有導(dǎo)熱系數(shù)測量方法中工 序相對(duì)復(fù)雜的問題，使測試過程簡便，準(zhǔn)確，更符合實(shí)際要求。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述要求，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為： 一種新型導(dǎo)熱系數(shù)測試方法及儀器，該裝置包括:設(shè)備測試箱、制冷設(shè)備、加熱設(shè)備、水 循環(huán)設(shè)備、采集與控制系統(tǒng)、電源。將試件放入設(shè)備測試箱中，通過加熱設(shè)備加熱水箱，用水 循環(huán)設(shè)備使水在試件管道的內(nèi)部流動(dòng)，通過制冷設(shè)備使設(shè)備試驗(yàn)箱中保持低溫環(huán)境，由采 集和控制設(shè)備對(duì)加熱和制冷設(shè)備分別進(jìn)行恒溫控制，在相同的試驗(yàn)參數(shù)下，當(dāng)加熱水箱和 制冷箱內(nèi)的溫度均達(dá)到穩(wěn)定后，對(duì)試件管道在帶有保溫材料和去除保溫材料的情況下，分 別測量其相同時(shí)間下所消耗的電功率，兩次測得的電功率進(jìn)行差運(yùn)算，消除試驗(yàn)誤差，將所 得的數(shù)據(jù)用于后續(xù)導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算中。
[0005] 本設(shè)備測試箱的殼體設(shè)計(jì)為保溫殼，通過制冷裝置，以維持箱體內(nèi)溫度的均衡。
[0006] 本設(shè)備測試箱內(nèi)部與試件上下端口進(jìn)行封堵的部位安裝橡膠層，箱體上部外殼安 裝鎖閉裝置，以使被測管在試驗(yàn)過程中保持管內(nèi)密封狀態(tài)。
[0007]試驗(yàn)箱、熱水箱和被測管的內(nèi)外壁安裝多個(gè)溫度傳感器，通過計(jì)算測量其各部位 平均溫度，以滿足控制和后續(xù)計(jì)算的需要。
[0008]本設(shè)備設(shè)計(jì)有保護(hù)裝置，在水箱中通過水位限位器和排水閥來保護(hù)試驗(yàn)中出現(xiàn)的 意外狀況時(shí)，能及時(shí)停止試驗(yàn)和進(jìn)行處理。
[0009]利用上述基于穩(wěn)態(tài)法的新型導(dǎo)熱系數(shù)測試裝置測量保溫材料的傳熱系數(shù)的方法 包括如下步驟： 將帶保溫層的保溫管放入設(shè)備箱體內(nèi)，使試驗(yàn)箱溫度和熱水箱溫度各自達(dá)到均勻;待 傳熱穩(wěn)定后，通過功率表測量一定時(shí)間內(nèi)熱水箱所消耗的功率?：，通過溫度傳感器測量被 測管的內(nèi)外壁的平均溫度tl、 t2、t3;將去除保溫層的保溫管放入設(shè)備中，用相同的試驗(yàn)條件 下，待傳熱穩(wěn)定后，測量相同時(shí)間內(nèi)熱水箱所消耗的功率p2。
[0010]根據(jù)傅里葉定律式（n)，無保溫層時(shí)得出的熱流量如式⑴所述：
有保溫層時(shí)得出的熱流量如式(2)所述：
(2) 由能量守恒定律，所消耗的電功率為被測試件所傳導(dǎo)的熱流量與試驗(yàn)過程中所損失的 熱流量之和，即：片A仏、巧=仏+ Ag2。而兩次試驗(yàn)在相同試驗(yàn)參數(shù)、相同試驗(yàn)方法下 進(jìn)行，因此所損失的熱量相同，即，對(duì)兩次測得的功率進(jìn)行差值運(yùn)算得到公式(3) 如下所述：
再由公式(2)帶入公式(3)得到公式(4)如下所述：
(4) 式(4)中，A為被測管的導(dǎo)熱系數(shù);Q為熱流量，由電功率之差求得為被測保溫層內(nèi)表 面的平均表面溫度，由溫度傳感器得到；t3為被測保溫層外表面的平均表面溫度，由溫度傳 感器得到;n為被測管道內(nèi)表面的平均內(nèi)圓半徑;r 2為被測保溫層的平均內(nèi)圓半徑;r3為被 測保溫層的平均外圓半徑。
[0011]本發(fā)明的有益效果是，通過進(jìn)行先后兩次試驗(yàn)方法相同、試驗(yàn)參數(shù)相同的對(duì)比試 驗(yàn)，再將兩次試驗(yàn)求得的電功率數(shù)值進(jìn)行差值運(yùn)算，消除由于試驗(yàn)損耗所造成的試驗(yàn)誤差， 更進(jìn)一步準(zhǔn)確的測量了保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)。
[0012]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)的裝置與方法作進(jìn)一步說明。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明的導(dǎo)熱系數(shù)裝置的正面剖視圖。
[0014] 圖2是本發(fā)明的導(dǎo)熱系數(shù)裝置的俯視圖。
[0015] 其中，附圖標(biāo)記，1設(shè)備測試箱，2橡膠封堵端蓋，3保溫管道，4保溫管保溫層，5溫度 傳感器，6熱水管道，7水栗，8加熱設(shè)備，9熱水箱，10功率表，11注水口，12排水閥，13水位限 位器，14制冷設(shè)備，15采集和控制系統(tǒng)，16排氣閥。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 在圖1中，設(shè)備測試箱1模擬保溫管道的實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，對(duì)試件的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行測 量。試件放入設(shè)備測試箱1中的橡膠封堵端蓋的中央，由設(shè)備測試箱1的上箱體蓋對(duì)試件進(jìn) 行固定封堵，設(shè)備測試箱1的溫度由多個(gè)溫度傳感器5測量，并傳遞數(shù)據(jù)到采集和控制系統(tǒng) 15,由采集和控制系統(tǒng)15控制制冷設(shè)備14,以維持設(shè)備測試箱1的溫度達(dá)到平衡。熱水箱9模 擬了保溫管道內(nèi)部的實(shí)際溫度，由加熱設(shè)備8對(duì)熱水箱9進(jìn)行加熱，由多個(gè)溫度傳感器5進(jìn)行 溫度測量，并傳遞數(shù)據(jù)到采集和控制系統(tǒng)15,由采集和控制系統(tǒng)15控制加熱設(shè)備8,以維持 試件管道內(nèi)部的溫度達(dá)到平衡，同時(shí)由功率表10測量加熱設(shè)備8所消耗的電功率。試件的內(nèi) 表面和外表面上放置有多個(gè)溫度傳感器5,傳遞溫度數(shù)據(jù)到采集和控制系統(tǒng)15,計(jì)算內(nèi)表面 和外表面的平均溫度，用于導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算中。
[0017] 本發(fā)明為基于穩(wěn)態(tài)法的新型導(dǎo)熱系數(shù)測試裝置，測試裝置應(yīng)符合以下要求： 設(shè)備試驗(yàn)箱溫度:設(shè)備試驗(yàn)箱內(nèi)部空氣溫度應(yīng)均衡，溫度的調(diào)節(jié)范圍為(-15~室溫） °C;被測管內(nèi)部的水溫恒定，能充滿、無空氣，水溫調(diào)節(jié)范圍為(室溫~80)°C。
[0018] 測試方法要求:設(shè)備的各部位的溫度共由10個(gè)溫度傳感器測得，其中設(shè)備測試箱 內(nèi)部2個(gè)、熱水箱2個(gè)、試件的內(nèi)表面和外表面各3個(gè)，待傳熱過程穩(wěn)定后，每隔lOmin測量一 次參數(shù)ti、t2、t 3、Pi、P2，共測6次，試驗(yàn)時(shí)間為lh。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種新型導(dǎo)熱系數(shù)測試裝置，其特征在于：該裝置包括設(shè)備測試箱（I)、加熱設(shè)備 (8)、制冷設(shè)備（14)、采集與控制系統(tǒng)（15 )、熱水箱(9);設(shè)備測試箱(1)內(nèi)設(shè)有封堵端蓋(2 )， 使試件內(nèi)部與測試箱處于隔離狀態(tài)，模擬試件在實(shí)際中的使用環(huán)境，通過溫度傳感器(5)和 功率表(10)測得的數(shù)據(jù)傳遞到采集與控制系統(tǒng)（15)內(nèi)，用于后續(xù)保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì) 算。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型導(dǎo)熱系統(tǒng)測試裝置，測試對(duì)帶保溫材料的試件和不 帶保溫材料的試件進(jìn)行兩次試驗(yàn)參數(shù)相同、試驗(yàn)方法相同的對(duì)比試驗(yàn)，通過測量兩次試驗(yàn) 在傳熱穩(wěn)定后一定時(shí)間內(nèi)加熱系統(tǒng)所消耗的電功率，并對(duì)求得的電功率進(jìn)行差運(yùn)算，消除 試驗(yàn)誤差，準(zhǔn)確的計(jì)算出保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)。
【文檔編號(hào)】G01N25/20GK105911090SQ201610246143
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年4月20日
【發(fā)明人】孫洪生, 徐少寧, 秦程, 郝志華, 王宇光, 崔建立, 孫祥祥, 楊銘
【申請(qǐng)人】河北世紀(jì)建筑材料設(shè)備檢驗(yàn)有限公司