本發(fā)明涉及低溫容器支撐結(jié)構(gòu)傳熱試驗裝置與方法，屬于真空絕熱低溫容器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

由于玻璃鋼輕質(zhì)高強和低導(dǎo)熱率的特性，使其在低溫容器中得到了廣泛應(yīng)用。對于目前市場上常用的低溫液體儲存和運輸容器，如低溫液體貯罐，罐箱，低溫液體運輸車等，用于連接容器內(nèi)外罐的支撐通常都是由玻璃鋼制作的。玻璃鋼材料不能和金屬進行焊接，因此，玻璃鋼用作低溫容器的連接和支撐件時，只能采用特殊的工藝程序以組裝的形式安置在適當(dāng)?shù)奈恢谩＿@種非焊接的裝配形式會在玻璃鋼與金屬之間產(chǎn)生接觸熱阻。由于低溫容器內(nèi)容器一般采用不銹鋼材質(zhì)，外容器多采用碳鋼材質(zhì)，工程上對包含玻璃鋼連接件的低溫容器進行熱設(shè)計時，忽略了玻璃鋼與低溫容器內(nèi)外壁面之間的接觸熱阻，造成計算結(jié)果的較大誤差。考慮到對低溫容器進行精確分析與熱設(shè)計，必須確定玻璃鋼與內(nèi)外容器的接觸熱阻。但是目前關(guān)于玻璃鋼與不銹鋼和碳鋼在真空環(huán)境內(nèi)接觸界面導(dǎo)熱數(shù)據(jù)非常少，急需搭建具有針對性的試驗裝置進行系統(tǒng)深入的研究，有效解決該問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是測試在真空環(huán)境內(nèi)不同加載載荷時材料接觸界面(特別是玻璃鋼與不銹鋼及碳鋼的接觸界面)的溫度分布，評價材料(特別是玻璃鋼與不銹鋼以及碳鋼)直接接觸時受不同載荷的傳熱性能，得到加載不同載荷時玻璃鋼與不銹鋼及碳鋼之間的接觸界面導(dǎo)熱熱阻。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種真空環(huán)境內(nèi)材料接觸界面導(dǎo)熱試驗裝置，包括：

外腔體；

內(nèi)腔體，呈封閉狀并填充有低溫液體，其置于外腔體內(nèi)，并與外腔體之間具有真空夾層，所述內(nèi)腔體的上表面還向下凹陷形成有凹槽，低溫液體的液面高出凹槽底部；

封頭，與所述外腔體的上部密封連接，所述封頭與外腔體之間以及凹槽內(nèi)均抽真空；

至少一個導(dǎo)熱實驗組，設(shè)置在所述凹槽中，每個導(dǎo)熱實驗組包括由下至上依次相接的：第一種材料棒、第二種材料棒、加熱塊以及力傳感器，每個第一種材料棒的下端與所述凹槽的底面相接，每個力傳感器的上端穿出所述封頭后連接有負載，在每個所述第一種材料棒以及每個所述第二種材料棒中均沿軸向布置有熱電偶。

在優(yōu)選的技術(shù)方案中：所述負載是加載杠桿，所述加載杠桿的一端為支點，另一端掛有砝碼，兩端之間壓在所述力傳感器的上端。

在優(yōu)選的技術(shù)方案中：在凹槽底部與內(nèi)腔體底部之間設(shè)有加強支撐，還在內(nèi)腔體底部與外腔體底部之間設(shè)有絕熱支撐。

在優(yōu)選的技術(shù)方案中：所述內(nèi)腔體連接有加液管與排放管，用于在內(nèi)腔體中填充低溫液體。

在優(yōu)選的技術(shù)方案中：在每個力傳感器的上端還套接有一個波紋管，所述波紋管的一端與所述力傳感器的上端密封連接，另一端與所述封頭密封連接。

在優(yōu)選的技術(shù)方案中：所述封頭上還設(shè)有加熱導(dǎo)線集線器與熱電偶線集線器，所述加熱塊的導(dǎo)線能夠通過所述加熱導(dǎo)線集線器保持氣密性地穿出所述封頭，所述熱電偶的導(dǎo)線能夠通過所述熱電偶線集線器保持氣密性地穿出所述封頭。

在優(yōu)選的技術(shù)方案中：所述外腔體的側(cè)面設(shè)有抽真空口和真空測試口，抽真空口連接真空機組，真空測試口連接真空規(guī)管。

在優(yōu)選的技術(shù)方案中：第一種材料棒與第二種材料棒分別是由玻璃鋼試樣與碳鋼試樣制成。

在優(yōu)選的技術(shù)方案中：第一種材料棒與第二種材料棒分別是由不銹鋼試樣與玻璃鋼試樣制成。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案還包括：一種真空環(huán)境內(nèi)材料接觸界面導(dǎo)熱試驗方法，其使用上述真空環(huán)境內(nèi)材料接觸界面導(dǎo)熱試驗裝置，并包括如下步驟：

1)在室溫下把第一種材料棒、第二種材料棒、加熱塊連同力傳感器依序裝配成導(dǎo)熱實驗組；

2)將導(dǎo)熱實驗組固定到凹槽中，第一種材料棒的下端與凹槽的底面相接觸；蓋上封頭，將封頭與外腔體密封連接；然后將力傳感器以及熱電偶分別接入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；

3)將夾層抽真空，封頭與外腔體之間以及凹槽內(nèi)也均抽真空；

4)往內(nèi)腔體中加注低溫液體，并使低溫液體的液面高出凹槽底部；

5)添加負載，開啟數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，當(dāng)10分鐘內(nèi)第一種材料棒、第二種材料棒的溫度變化均小于0.5℃時，開始記錄數(shù)據(jù)；

6)調(diào)節(jié)加熱塊的電流，改變加熱塊的溫度；

7)逐步增加負載，獲取第一種材料棒、第二種材料棒的溫度-時間曲線。

采用本發(fā)明提供的裝置和方法，能夠根據(jù)試驗中測得的溫度分布，評定玻璃鋼與不銹鋼和碳鋼的接觸導(dǎo)熱熱阻，為真空絕熱深冷容器的支撐結(jié)構(gòu)熱設(shè)計提供計算方法。

附圖說明

圖1、圖2分別是真空環(huán)境內(nèi)玻璃鋼與不銹鋼及碳鋼接觸界面導(dǎo)熱試驗裝置的兩個不同角度剖視圖。

附圖標記說明：1-萬向輪；2-外腔體；3-內(nèi)腔體；4-絕熱支撐；5-加強支撐；6-抽真空口；7-真空測試口；8-凹槽；9-不銹鋼試樣；10-玻璃鋼試樣；11-玻璃鋼試樣；12-碳鋼試樣；13-熱電偶；14-加熱塊；15-力傳感器；16-波紋管；17-加熱導(dǎo)線集線器；18-熱電偶線集線器；19-負載；20-加載杠桿；21-砝碼；22-排放管；23-加液管；24-封頭。

具體實施方式

如圖1、圖2所示，是本發(fā)明提供的真空環(huán)境內(nèi)材料接觸界面導(dǎo)熱試驗裝置的一個較佳實施例，其包括：

外腔體2，其下方用萬向輪1支撐，使其方便移動，其側(cè)面設(shè)有抽真空口6和真空測試口7；

內(nèi)腔體3，呈封閉狀，其置于外腔體2內(nèi)，并與外腔體2之間具有夾層，所述內(nèi)腔體3連接有加液管23與排放管22，用于在內(nèi)腔體3中填充低溫液體；所 述內(nèi)腔體3的上表面還向下凹陷形成有凹槽8，低溫液體的液面應(yīng)當(dāng)至少高出凹槽8底部；所述凹槽8凹入內(nèi)腔體3內(nèi)部，使凹槽8底面處的不銹鋼板能夠完全浸泡在低溫液體中，從而保證了溫度穩(wěn)定性；

封頭24，與所述外腔體2的上部密封連接；通過用真空機組連接外腔體2上的抽真空口6，可使所述夾層、封頭24以及凹槽8均獲取較高真空度，降低內(nèi)腔體3向外的傳熱效率，減少低溫液體的損耗；

至少一個導(dǎo)熱實驗組，設(shè)置在所述凹槽8中，每個導(dǎo)熱實驗組包括由下至上依次相接的：第一種材料棒、第二種材料棒、加熱塊14(一般為加熱銅塊)以及力傳感器15，每個力傳感器15的上端穿出所述封頭24后連接有負載19，如圖1所示，設(shè)有兩個導(dǎo)熱實驗組，左側(cè)的導(dǎo)熱實驗組中的第一種材料棒、第二種材料棒分別采用玻璃鋼試樣11與碳鋼試樣12，而右側(cè)的導(dǎo)熱實驗組中的第一種材料棒、第二種材料棒分別采用不銹鋼試樣9與玻璃鋼試樣10；不論采用何種材料制成的材料棒，在每個所述第一種材料棒以及每個第二種材料棒中均沿軸向布置有熱電偶13；

在上述實施例中，所述負載19是由加載杠桿20來實現(xiàn)的，如圖2所示，所述加載杠桿20的一端為支點，另一端掛有砝碼21，兩端之間壓在所述力傳感器15的上端，如此設(shè)置，當(dāng)增加或減少砝碼21的時候，壓在力傳感器15上的負載19也會相應(yīng)成比例變化；

其中，為了避免導(dǎo)熱實驗組在加載時將凹槽8底部壓破，在凹槽8底部與內(nèi)腔體3底部之間對應(yīng)于每一個導(dǎo)熱實驗組的位置設(shè)有一個加強支撐5，還在內(nèi)腔體3底部與外腔體2底部之間設(shè)有絕熱支撐4，可以起到很好的穩(wěn)固作用。

此外，在每個力傳感器15的上端還套接有一個波紋管16，所述波紋管16的一端與所述力傳感器15的上端密封連接，另一端與所述封頭24密封連接，如此一來，在實驗過程中，隨著負載19大小的變化，導(dǎo)熱實驗組的長度也會發(fā)生相應(yīng)的變化，但通過波紋管16的相應(yīng)伸縮，可以適應(yīng)導(dǎo)熱實驗組的長度變化，始終保持力傳感器15與封頭24之間的氣密性。

而且，所述封頭24上還設(shè)有加熱導(dǎo)線集線器17與熱電偶線集線器18，所述加熱塊14的導(dǎo)線能夠通過所述加熱導(dǎo)線集線器17保持氣密性地穿出所述封頭24，所述熱電偶13的導(dǎo)線能夠通過所述熱電偶線集線器18保持氣密性地穿出所述封頭24。

而本發(fā)明提供的真空環(huán)境內(nèi)材料接觸界面導(dǎo)熱試驗方法包括如下步驟：

1)從試樣貯存器皿中取出干燥試樣，在試樣的測溫孔中填充一定量的導(dǎo)熱硅脂，然后將熱電偶13放入測溫孔中固定好。而且，在室溫下把試樣(包括第一種材料棒、第二種材料棒)、加熱塊14連同力傳感器15裝配成導(dǎo)熱實驗組，應(yīng)當(dāng)注意保證導(dǎo)熱實驗組中各部件的同軸度。

2)將導(dǎo)熱實驗組固定到凹槽8中，蓋上封頭24，通過法蘭以及密封圈將封頭24與外腔體2密封連接；真空測試口7接上真空規(guī)管，抽真空口6連接真空機組，然后將真空規(guī)管、力傳感器15以及熱電偶13分別接入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

3)啟動真空機組對夾層抽真空，夾層的真空度應(yīng)滿足常溫下保持在10^-1數(shù)量級的要求。

4)往內(nèi)腔體3中加注低溫液體直至排放口噴液，即液體已加滿。如果常溫加注低溫液體時，先用低溫氣體吹掃內(nèi)腔體3，待內(nèi)腔體3冷卻后再加入液體，避免內(nèi)腔體3由于溫度急劇降低后迅速冷收縮而損壞。

5)在杠桿末端添加砝碼21，開啟數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，當(dāng)10分鐘內(nèi)第一種材料棒、第二種材料棒的溫度變化均小于0.5℃時，認為傳熱穩(wěn)定，開始記錄數(shù)據(jù)。

6)調(diào)節(jié)加熱塊14的電流，以控制加熱塊14的溫度。

7)逐步增加砝碼21重量，獲取第一種材料棒、第二種材料棒的溫度-時間曲線。

本發(fā)明提供的裝置與方法，能夠保證加載載荷的精確讀取以及傳熱溫差的穩(wěn)定，準確測量真空環(huán)境內(nèi)材料接觸界面導(dǎo)熱熱阻。而且，本發(fā)明可用于其它金屬或者非金屬材料在真空環(huán)境內(nèi)的接觸界面導(dǎo)熱試驗。