无机非金属材料导热系数的计算方法、装置及电子设备

本发明属于材料性能预测与计算领域，具体涉及一种材料导热性能的计算方法，尤其涉及一种无机非金属材料导热系数的计算方法、装置及电子设备。

背景技术：

1、随着无机非金属材料研究的深入，单一物相材料已难以满足实际应用的需求，材料发展朝着多元化复合化的方向发展。复合材料因其丰富、独特的性能而逐渐为人们所关注。不同于单一组分材料具有稳定的热物理性能，复合无机非金属材料组分构成复杂，存在较大的不稳定性，人们无法依靠单一基础模型进行理论计算及分析，因此有必要对复合无机非金属材料导热性能的计算及预测进行研究。

2、现在复合无机非金属材料的导热性能的获取方法主要依靠实验室直接测定，常用方法包括激光闪射法、平板法。相关理论计算及预测研究相对较少，目前常用的预测模型有串联模型、并联模型、麦克斯韦-欧肯模型和krischer模型，这些模型大多单独应用于两相材料的导热性能预测及计算，缺乏针对复合无机非金属材料导热性能的分析研究。

3、cn103115942a公开了一种硬化普通水泥净浆导热系数多尺度预测方法，该方法将硬化普通水泥净浆微观结构及组成进行多相多尺度划分，然后计算不同物相的体积百分数，通过广义自洽方法计算得到导热系数。该方法从微观角度针对硬化普通水泥划分尺度，由于普通硬化水泥的成分及组成较为稳定，该方法无法适用于一般多元多组分材料。

4、cn114935583a公开了一种多相聚氨酯复合集料导热性能的评价方法，该方法基于传统串并联模型，将硬质聚氨酯材料的表观密度和吸水率拟合函数关系代入模型计算其导热系数。该方法在使用中需进行聚氨酯材料表观密度和吸水率的函数拟合，也无法直接应用于其他多相材料导热系数的直接预测。

5、导热性能的准确预测和分析对多相材料的组分设计和性能优化有着重要意义，因此寻求适配性更好、精准度更高的导热预测模型及方法就尤为重要。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种无机非金属材料导热系数的计算方法、装置及电子设备，该方法能够实现对成分多样的复合材料传热性能的理论预测及分析，提高预测准确度，适用于复杂的情况下的导热系数的计算。

2、为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种无机非金属材料导热系数的计算方法，所述计算方法包括如下步骤：

4、(1)分别确定待测材料中各固相组分和气相组分的体积分数和导热系数；

5、(2)采用并联模型和/或levy模型，将待测材料中组分进行分类组合和计算，得到待测材料的导热系数。

6、本发明提供的方法将材料中各组分进行分类整合，然后依托基础结构传热模型进行导热系数的预测计算，比单一模型预测更加精确且更符合实际情况，便于复合无机非金属材料制备和应用过程中的选材、设计和研究。

7、优选地，确定所述各固相组分的方法包括x射线衍射分析法。

8、优选地，步骤(1)所述确定各固相组分的体积分数的方法包括如下步骤：确定各固相组分的质量分数，由所得质量分数计算得到各固相组分的体积分数。

9、优选地，确定所述质量分数的方法包括x射线荧光光谱分析法。

10、优选地，由所述质量分数计算体积分数的方法包括质量-密度-体积换算法。

11、本发明所述质量-密度-体积换算法，是根据所述各固相组分的质量分数换算为在单位质量下各组分质量，由所得各组分质量分别独立地除以各组分密度，得到各组分体积，将各组分体积加和得到材料总体积，以每一组分体积分别除以材料总体积即得到各组分体积分数。

12、优选地，步骤(1)所述确定气相组分的体积分数的方法包括阿基米德排水法。

13、优选地，步骤(2)所述分类组合和计算的方法包括：

14、(a)以固相组分中体积分数最大的组分为主物相，将除主物相外的固相组分中，导热系数数值最接近的组分两两组合，采用并联模型计算得到结果，记为集合ⅰ，若组分涉单数剩余，则将该组分导热系数一并列入集合ⅰ；

15、(b)将所得集合ⅰ中，最接近的数值两两组合，计算得到结果，若本次组合涉单数剩余，则将其数值列入本次计算结果，将所得结果重复前述两两组合和计算，直至得到唯一计算结果，记为集合ⅱ，所述计算采用levy模型；

16、(c)将主物相的导热系数与所得集合ⅱ组合，采用levy模型计算得到结果，记为集合ⅲ；

17、(d)将气相组分的导热系数与所得集合ⅲ组合，采用levy模型计算得到结果，记为集合ⅳ。

18、优选地，步骤(2)所述并联模型的计算公式为：

19、kp＝k1(1-v2)+k2v2

20、式中，kp为组合导热系数；k1为组合中第一组分的导热系数；k2为组合中第二组分的导热系数；v2为组合中第二组分的体积分数。

21、优选地，步骤(2)所述levy模型的计算公式为：

22、

23、式中，kl为组合导热系数；k1为组合中第一组分的导热系数；k2为组合中第二组分的导热系数；

24、

25、

26、式中，v1为组合中第一组分的体积分数，v2为组合中第二组分的体积分数，f为g的函数，g为组分热导率加权参数。

27、第二方面，本发明提供了一种无机非金属材料导热系数的计算装置，所述装置包括：

28、输入模块，用于输入待测材料中各固相组分和气相组分的体积分数和导热系数；

29、计算模块，用于采用并联模型和/或levy模型，将待测材料中组分进行分类组合和计算，得到待测材料的导热系数。

30、第三方面，本发明提供了一种电子设备，所述电子设备包括：

31、至少一个处理器；以及

32、与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

33、所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例所述的无机非金属材料导热系数的计算方法。

34、根据本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现本发明任一实施例所述的无机非金属材料导热系数的计算方法。

35、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

36、本发明提供的计算方法避免了需要先测实际值反推模型加权参数的步骤，优化了计算方式；解决了传统单一预测模型因构型简单适配性差的问题，较于单一模型预测更加准确，使误差范围降低至10％以下，适用于更复杂组分情况。

技术特征：

1.一种无机非金属材料导热系数的计算方法，其特征在于，所述计算方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，确定所述各固相组分的方法包括x射线衍射分析法。

3.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，步骤(1)所述确定各固相组分的体积分数的方法包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的计算方法，其特征在于，由所述质量分数计算体积分数的方法包括质量-密度-体积换算法。

5.根据权利要求1-4任一项所述的计算方法，其特征在于，步骤(1)所述确定气相组分的体积分数的方法包括阿基米德排水法。

6.根据权利要求1-5任一项所述的计算方法，其特征在于，步骤(2)所述分类组合和计算的方法包括：

7.根据权利要求1-6任一项所述的计算方法，其特征在于，步骤(2)所述并联模型的计算公式为：

8.根据权利要求1-7任一项所述的计算方法，其特征在于，所述计算方法包括如下步骤：

9.一种无机非金属材料导热系数的计算装置，其特征在于，所述装置包括：

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：

技术总结
本发明提供了一种无机非金属材料导热系数的计算方法、装置及电子设备。所述计算方法包括如下步骤：分别确定待测材料中各固相组分和气相组分的体积分数和导热系数；采用并联模型和/或Levy模型，将待测材料中组分进行分类组合和计算，得到待测材料的导热系数。该方法解决了传统单一预测模型因构型简单适配性差的问题，同时对材料组成分类整合，结合多模型梯度递进的计算流程，避免了需要先测实际值反推模型加权参数的步骤，优化了计算方式。较于单一模型预测更加准确，使误差范围降低至10％以下，适用于更复杂组分情况。

技术研发人员：刘开琪,郝边磊,孙广超,张佳钰,李想,许发棠,王会
受保护的技术使用者：中国科学院过程工程研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13