【碩士】基于熱探針的高精度多功能熱物性測(cè)量系統(tǒng)研究

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　　【碩士】基于熱探針的高精度多功能熱物性測(cè)量系統(tǒng)研究　　授予學(xué)位：碩士　　學(xué)位授予單位：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)　　學(xué)位年度：2011　　熱導(dǎo)率、比熱容等熱物性參數(shù)是熱工、化工、航天等領(lǐng)域的基本參數(shù)，熱物性的高精度測(cè)量一直是相關(guān)領(lǐng)域的熱門課題之一。而熱探針法具有制作簡(jiǎn)單、測(cè)量快捷等優(yōu)點(diǎn)，在熱導(dǎo)率測(cè)量方面具有廣泛應(yīng)用。但是由于熱探針導(dǎo)熱方程的復(fù)雜性，目前所采用的熱探針方法所依據(jù)的理論基礎(chǔ)是簡(jiǎn)化的數(shù)學(xué)模型，忽略了探針自身參數(shù)及探針與待測(cè)介質(zhì)之間接觸熱阻的影響，不可避免地存在著系統(tǒng)誤差。因此，在對(duì)熱探針的傳熱特性進(jìn)行系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，研究高精度的熱探針測(cè)量方法，不僅具有重要的理論意義，同時(shí)也具有重要的應(yīng)用價(jià)值?！　? 本文在考慮熱探針自身參數(shù)及探針與待測(cè)樣品之間接觸熱阻影響的基礎(chǔ)上，基于熱探針導(dǎo)熱方程精確解的數(shù)學(xué)模型，利用蒙特卡洛反演方法建立了可以同時(shí)測(cè)量固體和液體熱導(dǎo)率、體積比熱容等多種熱物性參數(shù)的高精度多功能熱物性測(cè)量系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)對(duì)一些液體和固體材料的熱物性進(jìn)行了測(cè)量，并與其它測(cè)量方法進(jìn)行了分析與比較。結(jié)果表明：（1）采用該方法所得熱導(dǎo)率、體積比熱容的平均測(cè)量誤差分別為1.2%和3%，精度有了較大的提高，尤其是針對(duì)粘度低的液體樣品，其測(cè)量精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的熱探針方法。（2）接觸熱阻對(duì)固體熱導(dǎo)率影響較大，因此考慮接觸熱阻有利于提高固體熱導(dǎo)率的測(cè)量精度，但由于探針與液體樣品之間的接觸熱阻很小，在測(cè)量液體樣品時(shí)，可以忽略接觸熱阻的影響。　　為了便于對(duì)土壤熱物性進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，本文在上述方法的基礎(chǔ)上，建立了土壤熱物性快速測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以方便快捷地得到土壤的熱導(dǎo)率、體積比熱容等熱物性參數(shù)。對(duì)土壤的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量顯示，潮濕土壤中的水分在溫度梯度下所形成的水分遷移對(duì)測(cè)量結(jié)果有較大的影響，此時(shí)需要通過控制測(cè)量時(shí)間和適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)篩選來減少這種影響?！　? 土壤含水量是地源熱泵、土體工程等領(lǐng)域的重要參數(shù)，為了在利用土壤熱物性快速測(cè)量系統(tǒng)獲得土壤熱物性的同時(shí)，能夠得到土壤的含水量，本文最后研究了利用土壤熱物性反演含水量的方法。本文采用Campbell 模型、Johansen 模型和熱慣量模型分別對(duì)土壤及沙的含水量進(jìn)行反演，所得結(jié)果顯示，熱慣量模型對(duì)土壤及沙的含水量反演的誤差分別為2.0%和5.9%，含水量反演精度遠(yuǎn)高于其他兩種模型。這表明，以熱慣量模型為基礎(chǔ)，通過適當(dāng)?shù)姆囱莘椒?，有可能建立可同時(shí)測(cè)量熱導(dǎo)率、體積比熱容和含水量的熱探針土壤多功能測(cè)量系統(tǒng)?！　?

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