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申请/专利权人：武汉大学

摘要：本发明涉及一种隔热涂层的热物性测量方法及装置，包括激光及其控制装置、红外热成像装置、温度测量装置以及数据接收处理装置，实现了极低导热系数的材料物性测量。通过红外成像技术获得温度分布图，并根据温度分布图中像素点所对应的几何尺寸的大小将隔热涂层划分为预设数量的微元区域，建立稳态和瞬态的热平衡方程，根据不同微元的温度值，对辐射换热和对流换热进行修正，求解出实时隔热涂层的导热系数和热扩散系数。本发明提供的测量装置可研究在不同尺度，不同厚度，不同温度水平下极低导热系数的材料物性；测量结果由材料温升瞬态响应和稳态响应协同拟合得到，协同测量保证测量精度高，并实现极低导热系数的材料物性有效测量。

主权项：1.一种隔热涂层的热物性测量方法，其特征在于：包括如下步骤，S1、将隔热涂层放于测量装置外探口处，根据隔热涂层的厚度选择合适的激光光斑大小和激光功率，使得热波无法穿透涂层，满足半无限大模型；S2、使用合适光斑大小和激光功率的连续激光加热隔热涂层样品，通过红外摄像头获得样品从开始加热至达到稳态的全过程温度分布图；S3、通过数据收集计算机对红外热像图像处理，获得温度分布图，并根据温度分布图中的像素点对应的几何尺寸的大小将隔热涂层划分为预设数量的微元区域，并提取不同微元区域的温度值，其中所划分的微元区域的数量与温度分布图的像素点的数量相同；S4、建立稳态和瞬态的热平衡方程，根据不同微元的温度值，对辐射换热和对流换热进行修正，根据微元区域的几何尺寸和激光功率分布并结合数值计算微元温度瞬态和稳态变化，求解出实时隔热涂层的导热系数和热扩散系数；步骤S4中，建立的瞬态过程: 建立的稳态过程: 其中：代表微元在x的正方向由于热传导流入的热量；代表微元在x的负方向由于热传导流入的热量；代表微元在y的正方向由于热传导流入的热量；代表微元在y的负方向由于热传导流入的热量；代表微元在z的正方向由于热传导流入的热量；代表微元在z的负方向由于热传导流入的热量； ， ， ， ， ， ，其中分别代表微元方向、方向和方向的长度，代表微元的导热系数，和分别代表微元在方向前后两个单元的温度，和分别代表微元在方向前后两个单元的温度；和分别代表微元在方向前后两个单元的温度； 代表激光加热流入该微元的热量，，其中P为激光入射强度，是激光吸收深度，是激光光斑大小，r为与激光光斑中心线之间距离，z为与涂层外表面之间的距离，为平均功率密度，光斑外； 代表材料表面微元与周围环境的对流换热，其中是样品表面对流换热系数，代表微元的温度，是环境温度；因为对流换热过程只发生在材料表面，在材料内部的微元； 代表在时间内微元由于温度上升引发的内能变化，其中和分别代表微元在该时刻和前一时刻的温度，代表隔热图层材料的热扩散系数，代表微元的导热系数； 代表材料表面微元与周围环境的辐射换热，其中是样品的表面发射率，是玻尔兹曼常数；辐射换热过程是材料表面热量通过热辐射的形式向外传递，因而只发生在材料表面，在材料内部的微元。

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