圆柱套筒壁间结合面接触热阻测试方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种圆柱套筒壁间结合面接触热阻测试方法及装置，属于固体材料热 传递、热力禪合试验技术领域。
【背景技术】
[0002] 当两固体材料表面相互接触时，实际上固体和固体的直接接触只能发生在一些离 散的点或微小的面积上，而其余大部分则是空气或其它介质。由于两接触面微观上的凹凸 不平使得接触不完全而产生接触热阻。在机械结构中，接触热阻是很重要参数之一，其取值 准确与否直接关系到各个设计和结构的质量，它的大小关系到各个结构内部传热的效率。 目前国内外学者对固体结合面间的接触热阻的测试方面开展了一系列的研究，普遍的实验 对象是针对长轴或长方体间的简单结合面接触热阻的测量方法和装置进行研究，通过稳态 的测试方法对试样轴线上不同位置点的温度进行采集，根据平壁内一维稳态热传导特性， 计算两试件接触界面的接触热阻，但该些方法对试件的几何形状有较高要求，通常只可将 测试试件制备成规则的长轴或长方体，而对于圆柱套筒壁间界面的接触热阻难W测试。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术中对环形结合面接触热阻的测试研究存在的不足，本发明提出了一 种测量圆柱套筒壁间环形结合面接触热阻测试的方法，可对圆柱套筒壁间的接触热阻进行 有效测试。
[0004] 所述的测试方法利用两根环状测试件和标定的铜环营造出沿环状试件径向传导 的一维稳态导热环境。利用布置在径向不同半径上的测温传感器，测量径向上不同半径的 温度，同时在轴向装置隔热装置最大限度降低轴向的散热对所述结合面接触热阻准确性的 影响，根据温度梯度沿径向传播的分布及热流密度，实现所述环形待测结合面的接触热阻 的测量。
[0005] 为实现上述测试方法，本发明采用的技术方案为一种圆柱套筒壁间结合面接触热 阻测试装置，该测试装置包括测温传感器1、上隔热装置2、冷却环3、外环测试件4、内环测 试件5、下隔热装置6、环形待测结合面7、标定铜环热流计8、加热装置9、导热娃脂10 ;具体 而言，冷却环3为该测试装置的环形外壳，在冷却环3内部沿冷却环3的内壁至中也方向依 次套置外环测试件4、内环测试件5、标定铜环热流计8 ;所述标定铜环热流计8中也处设有 加热装置9 ;上隔热装置2设置在冷却环3顶部，下隔热装置6设置在冷却环3底部；上隔 热装置2、下隔热装置6均采用W纳米二氧化娃气凝胶为主体材料的气凝胶租，在内环测试 件5和外环测试件4套环内部设置有多个测温传感器1，测温传感器1选用体积小、精度高、 接线方便的DS18B20 ;多个测温传感器1与计算机终端连接。
[0006] 标定铜环热流计8与内环测试件5之间涂有导热娃脂10, W保证导热良好。
[0007] 所述测试装置整体置于真空腔体11内，真空腔体11固定在底座12上。
[0008] -种圆柱套筒壁间结合面接触热阻测试方法，多个测温传感器1 一同与计算机终 端连接，用于显示各测温点的温度值。通过加热装置9对整个装置予W加热，待温度示数稳 定即温度变化在0. 5C之后，记录各测试点温度。所述测点温度包括，标定铜环热流计8上 各测点温度，内环测试件5各测点温度，外环测试件4各测点温度。将内环测试件5和外环 测试件4上所测得的各点温度进行最小二乘法曲线拟合，得到拟合方程，根据所得拟合方 程分别将内环测试件5和外环测试件4接触界面处的半径带入方程，得到内环测试件5和 外环测试件4接触界面处的温度值，求差得到接触界面处的温降；根据单位长度的径向一 维导热线热流密度公式，由标定铜环热流计8上所测得的各点温度，求得内环测试件5和外 环测试件4接触界面处的热流密度；根据所求接触界面处的温降和热流密度，由接触热阻 的计算公式得内环测试件5和外环测试件4接触界面处的接触热阻，同时根据径向一维导 热导热系数的规律亦可求出内环测试件5和外环测试件4的导热系数。通过各测点温度 值、试件表面的粗趟度Ra、圆柱套筒壁间的配合关系等参数的变化，可测得不同参数关系下 圆柱套筒壁间结合面接触热阻R的函数关系。
[0009] 发明所述的圆柱套筒壁间结合面接触热阻测试方法及装置与现有技术相比，弥补 了现有技术中针对圆柱套筒壁间环形结合面接触热阻测试的不足，测量装置制作便捷，所 测结果满足实验要求，可用于工程实践、教学、科研等领域。
【附图说明】
[0010] 图1为径向一维稳态导热接触热阻测试方法示意图；
[0011] 图2为径向一维稳态导热接触热阻的测试方法俯视图；
[0012] 图3为温度沿径向一维稳态导热时温度梯度的分布图；
[0013] 图4为去除真空腔体后测试装置结构示意图；
[0014] 图5为径向一维稳态导热接触热阻的测试装置剖视图。
[00巧]图中；1、测温传感器，2、上隔热装置，3、冷却环，4、外环测试件，5、内环测试件，6、 下隔热装置，7、环形待测结合面，8、标定铜环热流计，9、加热装置，10、导热娃脂，11、真空腔 体，12、底座。
【具体实施方式】
[0016] 如图1-5所示，一种圆柱套筒壁间结合面接触热阻测试方法及装置，W下结合附 图和实施例对本发明作进一步详细说明。
[0017] 实施例一
[0018] 第一步，测试试件和设备的准备
[0019] 取两个相互接触有一定厚度的筒形测试试件，即外环测试件4、内环测试件5 ;力口 工出标定铜环热流计8置于内环试件5内部，与之紧密贴合。整个测试装置的轴向上下两 端分别设置上隔热装置2、下隔热装置6, W保证热流方向沿径向传播。标定铜环热流计8 内部设置加热装置，外环测试件4外设置冷却环3, W形成温度梯度。在标定铜热流计8不 同半径处、内环测试件5不同半径处、外环测试件4不同半径处分别设置测温传感器1，用于 测试径向温度。
[0020] 测温传感器1的位置布置满足如下关系；为了尽可能减少嵌入式测温传感器对温 度场的影响，在满足测试要求的情况下少布置传感器；为了测试所得温度梯度温服更加准 确，在同一件内的不同半径间距结合传感器数量设置较大距离；为了减小同一横截面内同 一径向方向布置多个测温传感器对试件温度场的影响，测温传感器的布点尽可能不在同一 横截面的同一径向方向；测温传感器的布置尽量在同一平面上，W减小测量误差。
[0021] 将整个测试设备置于真空腔体内，最大限度的减少空气对流传热对测试的影响。
[002引第二步，加热装置通电，对热流计加热，采集测点温度
[0023] 通过加热装置9对热流计及试件加热，待温度示数稳定即温度变化在0. 5C之后， 记录各测试点温度。所属测点温度包括，标定铜环热流计上各测点温度，内环测试件各测点 温度，外环测试件各测点温度。由Tij表示，i = 1，2, 3, j = 1，2,.