D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1996.06.013 第18卷第6期 北京科技大学学报 Vol.18 No.6 1996年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.1996 热线法实验中半透明介质内部 导热和辐射分析* 于帆张欣欣高仲龙 北京科技大学热能工程系，北京100083 摘要对热线法实验条件下半透明介质的积分一微分能量方程进行了数值求解.着重分析各个 辐射项对内部总热流的贡献，研究了介质吸收系数以及热线黑度对热线温升的影响，引人了介质 的等效平均吸收系数和热线的等效表面黑度2个新概念，并讨论了简化模型. 关键词热犒射，热导率，热线法/半透明介质 中图分类号TF06L.2 瞬态热线法是测量液体导热系数较为精确的方法之一，目前已被推广到测量复合材料、 含湿多孔介质以及高温下固体材料的导热系数，但若直接应用于半透明介质，测量结果势必 受到热辐射的影响.文献[1]对吸收性流体测量当中热辐射的影响作了研究，并用“Line”方法 求解积分一微分能量方程；文献[2]对能量方程中的各个项进行了比较计算，认为辐射项中起 主要作用的是介质自身发射辐射.本文采用控制容积法求解实验条件下半透明介质的积分 一微分能量方程，同时考虑热线的热容以及热线与介质间的接触热阻；通过数值模拟计算， 着重分析各个热辐射项对导热系数测量的影响，并以此为基础指导建立可用于实验测量的简 化数学模型 1数学描述 实验装置的物理模型为具有均匀内热源的圆柱体加热元件（热线），以及具有恒定热物性 参数的、能够吸收和辐射热量的半透明介质（试样）.在热线和试样之间有接触热阻R·测量 前，热线和介质具有相同的温度T。;从t=0时刻开始，热线以恒定的功率g加热整个系统，同 时热线平均温度随时间的变化也被记录下来，并由此来估计被测试样的热物性参数， 1.1热线 假设只存在沿径向的一维导热，可写出热线的导热方程： c,以=（别）+90<r<) (1) 1995-03-25收稿第一作者男31岁博士 *国家自然科学基金资助项目第 18 卷 第6 期 1 9 9 6年 1 2 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n i v e r s i ty o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o gy B e ij i n g V 0 1 . 1 8 N O 一 6 D e C . 1 9 9 6 热线法 实验 中半透 明介质 内部 导热和 辐射分析 * 于 帆 张欣欣 高仲龙 北京科技大学热能 工 程系 , 北 京 10 0 0 83 摘要 对热线法 实验条件 下半透 明介质 的积分 一 微分能量方 程进行了数值求 解 . 着重分 析各个 辐射 项对 内部总热流 的贡 献 , 研究 了介 质吸收系数 以及热 线黑度对热线温升 的影响 , 引人 了 介质 的等效 平均吸收系数和热线的等效表面 黑度 2 个新概念 , 并讨论了简化模 型 . 关键 词 热辐射 , 热导率 , 热线法 / 半透 明介质 中图分类号 T F o 6 1 . 2 瞬 态热 线 法是 测量 液 体 导热 系数 较 为精 确 的方 法 之一 , 目前 已 被 推广 到 测量 复 合材 料 、 含 湿 多孔 介 质 以 及 高温 下 固体材料 的导 热系 数 , 但 若 直 接应 用 于半 透 明介 质 , 测量 结 果 势必 受 到 热辐 射 的影 响 . 文 献 【l] 对吸收性 流体测 量 当中热辐 射 的影 响作 了研 究 , 并用 “ iL en ” 方法 求 解积分一微分 能量 方程 ; 文 献 2[ 〕对 能量 方程 中 的各个项 进 行 了 比较计算 , 认 为辐 射项 中起 主要 作 用 的是 介 质 自身发 射 辐 射 . 本 文采 用 控制 容 积 法 求解 实验 条件 下半 透 明介 质 的 积分 一 微分 能 量 方程 , 同 时考 虑热 线 的 热容 以 及 热线 与 介 质 间的 接触 热阻 ; 通 过数 值模 拟计算 , 着 重分 析各 个热辐射项 对导 热系 数测量 的影响 , 并 以 此 为基 础指 导建立 可 用于 实验 测量 的 简 化数 学模 型 . l 数 学描 述 实验 装 置 的物理 模型 为具 有 均匀 内热 源的 圆柱 体加 热元 件 ( 热线 ) , 以 及具 有恒 定 热物 性 参数 的 、 能 够 吸 收和 辐射热 量 的半 透 明介质 (试样 ) . 在 热 线和 试 样 之 间有 接触 热 阻 cR : . 测 量 前 , 热线 和介 质具 有相 同 的温度 r0 ; 从 t 一 0 时刻 开始 , 热线 以 恒 定 的功率 奋加 热整 个 系统 , 同 时热线平均 温度 随时 间 的变化 也被 记 录下来 , 并 由此来 估计被测 试样 的热物 性参数 . L l 热线 假 设 只存在 沿径 向的一 维导热 , 可 写 出热 线 的导 热方程 : 、 嵘 一 嵘 k(r 韵 + 、 (0< 一 l)r ( 1) 19 9 5 一 0 3 一 2 5 收稿 第 一作 者 男 31 岁 博士 * 国家 自然科学基金资助 项 目 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1996. 06. 013