具有部分热源的翅片温度场分析及应用文献综述

 2023-08-24 11:14:09

文献综述(或调研报告):

通过阅读相关文献,整理了以下内容:

  1. 常见的导热系数测试方法

苏然然的《瞬态热线法热物性测试技术的数值模拟研究》中介绍,理论法和实验法是获得材料导热系数的两种方法,理论法首先通过分析材料的导热机理,建立材料的数学模型,通过数学计算得到想要的导热系数。早期的理论法计算在气体,液体和纯金属中有所应用,现在随着数值传热学的发展,应用领域逐步扩展,包括多孔介质绝热材料也可以用分形理论和遗传算法建立模型进行传热分析。实验法是获得材料导热系数的重要手段,理论法获得的结果一般都要通过实验验证。按照测量过程中,材料内部温度是否需要达到热平衡这个特点,可以分为稳态法和瞬态法两类。稳态法需要在材料内部达到完全的热平衡状态之后,测量热流大小和温度梯度,计算出材料的导热系数,在这个状态下材料内的温度场是不随时间变化而变化的,稳态法相对于瞬态法来说,热平衡时间相对较长。稳态法常用于测量中,低导热系数的材料,比较常见的稳态法有,热板法,保护热板法,圆管法。 瞬态法测量的是材料内部温度分布随时间的变化关系,通过加热功率和材料温度变化关系推导出材料导热系数,不需要等待材料达到热平衡,因此相对于稳态法瞬态法更加快捷,瞬态法对环境要求低,比较常用于测量中,高导热系数的材料。比较常见的瞬态法有,热线法,闪光法,热探针法。

  1. 稳态法测量导热系数时的误差问题

从侯德鑫,陈玥,叶树亮的《基于热成像的背胶石墨膜面向热导率测试方法》中了解到,非稳态法测试结果一般是热扩散率,导致测试成本增加,并且平均密度和比热容的测试一般也有较大不确定度。而对于稳态法测试,需要建立样品上温度梯度和热通量的关系,因此将测温传感器布置在夹持装置上存在很多风险,比如接触热阻引起的温度差,加热不均匀和接触不均匀导致的样品上热流不均匀等,但这些问题在现有研究中关注较少。另外现有方法中的传热路径都比较长,表面热损失较大,因此大多数测试都在真空容器中进行,这会增加测试的复杂性。例如在材料上布置电阻测温,会存在传感器与样品间接触热阻导致的测温误差,以及表面测温传感器和样品的接触面积及其引起的定位误差,同时传感器固定在样品上会导致测试重复性变差等问题。除此之外,热导率测量准确性依赖于加热功率的准确测量、热损失的准确估计、温度梯度的准确测量。加热功率测量属于电学量测量,一般可以实现较高精度。热损失虽然可通过标定过程确定,但由于测温误差、对流模型变化等,必然存在偏差,因此无法实现很高准确度。

  1. 目前常用的加热器介绍

张涛在《低温保护热板法测量绝热材料导热系数研究》中介绍了几种加热器,包括铸铝加热板和薄膜加热器,薄膜加热器有硅胶电热膜和聚酰亚胺电热膜。铸铝加热板是将电热丝固定在不锈钢导管内,然后放入模具浇铸成型,表面看是一整块铝板,可以从侧面甩出加热接头。其缺点是受到内部不锈钢管大小的制约,制作成型后的厚度比薄膜加热器厚;不锈钢管内填充氧化镁粉作为电热丝的绝缘和导热材料,该材料吸湿后性状会改变;加热管在铸铝板内的分布密度受工艺影响比薄膜加热器低很多,发热均匀性难以保障。

其次是硅胶电热膜。硅橡胶是一种柔软而坚固的合成橡胶材料,适合制作各种电热片和大型电热片,坚固的结构可以保证其强度,有较高的可靠性。但是不能用于真空环境和辐射场合,也不能长时间接触油类。另外硅胶电热片在液氮低温环境下可能发生变性,变脆,影响重复使用。 最后是聚酰亚胺电热膜。聚酰亚胺是一种半透明材料,绝缘性和强度良好。使用金属箔﹑金属丝作为发热体,以聚酰亚胺薄膜做为外绝缘体,经高温和高压热合而成。具有优良的绝缘强度,优良的抗电强度,优良的热传导效率,优良的电阻稳定性,优良的温度控制精度,因此它在加热领域应用广泛。聚酰亚胺电热片有良好的低温性能,并且可以在油类、化学品和真空环境下使用。

参考文献

  1. 苏然然. 瞬态热线法热物性测试技术的数值模拟研究[D]. 北京: 华北电力大学,2016.
  2. 侯德鑫,陈玥,叶树亮. 基于热成像的背胶石墨膜面向热导率测试方法[J].化工学报,2019, 70(S2): 76-84.
  3. 张涛. 低温保护热板法测量绝热材料导热系数研究[D]. 南京: 南京航空航天大学, 2015.
  4. 翟德怀. 基于Hot Disk的薄板材料导热系数测量方法的研究[D]. 广州: 华南理工大学, 2015.
  5. 江楠竹, 潘江, 王玉刚. TPS法导热系数测量的仿真分析[J]. 中国测试, 2016, 42(6): 122-126.
  6. 方修睦. 环境测试技术[M]. 北京:中国建筑工业出版社,2003.
  7. 杨胜都,孙鑫. 石墨烯/碳纳米管协同增强再生纤维素复合薄膜的导热性能研究[J]. 塑料工业2019 ,47(7):147-155.
  8. M. Tuliszka, F. Jaroszyk, and M. Portalski. Absolute Measurement of the Thermal Conductivity of Propylene Carbonate by the AC Transient Hot-Wire Technique[J]. International Journal of Thermophysics, 1991, 12(5):791-800
  9. JEDEC Solid State Technology Association, JESD51-51, Implementation of the Electrical Test Method for the Measurement of Real Thermal Resistance and Impedance of Light-Emitting Diodes with Exposed Cooling[S], 2012.
  10. PATRICK J. TAYLOR,1,2 JAY R. MADDUX. Measurement of Thermal Conductivity Using Steady-State Isothermal Conditions and Validation by Comparison with Thermoelectric Device Performance[J]. Journal of ELECTRONIC MATERIALS. 2012,41(9):2307-2312.
  11. 王强. 基于保护平面热源法的隔热材料热物性测量技术研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学,2009.
  12. 程德胜,张辉,马书炳等. 稳态法测量导热系数面积修正误差分析[J]. 物理实验2019, 39(12): 15-18.
  13. 许杨健,李祥瑞,杨秋足. 对流换热边界下2D-FGM板稳态温度场精确解[J]. 北京工业大学学报2018, 44(10): 1284-1290.

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