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本文根据经典周期热流法测试原理,采用实验求解与数值求解相结合的手段,发展了一种基于数值模拟的高导热材料热物性测试新方法。并基于该测试新方法,利用先进的数据采集设备,应用编程技术,设计开发了一套热物性测试系统。
首先,根据经典周期热流法测试原理,对测试装置进行了总体设计;其次,以商业仿真软件Fluent为计算平台分析了保温隔热层厚度,试样长度、试样直径、关键测温点、冷端边界条件、加热频率等因素对测试结果的影响,并根据仿真结果对测试装置进行了优化设计;然后,采用数据采集设备DUT5000,借助编程技术,开发了界面友好的数据采集及处理软件系统,实现数据的实时采集、动态显示、自动存储、实时处理等功能;并应用有限容积法建立二维模型,开发了基于Visual Basic的在线仿真软件系统,完成数值求解,结果寻优;最后,通过对几种高导热材料的测试,并将测试结果与文献值比较,发现采用经典周期热流法和本研究中所提出的热物性新方法得到的导热系数的相对误差分别不超过7%和5%。
结果表明,本研究中所提出的基于数值模拟的热物性测试新方法不仅有效消除了试样内非一维传热损失、热源波形不标准及边界条件不稳定所造成的误差,提高了测试精度;而且降低了对测试装置的要求,简化了测试装置。同时结果也表明,本研究所设计的测试系统具有较高的精度和自动化程度,可用来对其它高导热材料进行导热系数测定。