稳态圆筒壁法自动测量颗粒导热系数的改进.pdf

稳态圆筒壁法自动测量颗粒导热系数的改进 张建智， 周孑民， 章世斌 （中南大学 能源与动力工程学院， 长沙 “ ） 摘要依据稳态圆筒壁法测量导热系数的原理， 推导出颗粒导热系数测量公式， 通过试验确定颗粒粒径、 材料密度、 材料温 度与导热系数的关系。采用将细热电偶丝的两极拉成直线， 直接固定在圆筒上下端面的测温方法， 保持了物料中温度场的真实 性。采用单片机简化了检测电路， 减少了过多元件的器件噪音， 系统的可靠性和稳定性高。 关键词冶金技术； 导热系数； 稳态圆筒壁法； 颗粒 中图分类号 “ ［］ ， 设一长径比很大的圆筒壁的长度为， 导热系数为 ， 均匀分布的热源处于圆筒的中心轴线上， 半径为 ’／; , - . . / 0 - 6 4 4 所示。系统硬件是由测 试容器、 A “ B C D B单片机 ［］ 、 温度传感器、 信号处 理电路、 加热供电控制系统、 人机界面、 电源模块、 显 示驱动和数字显示器以及保护电路等部分组成。 A “ B C D B单片机集成了上电复位电路、 ／E引脚 上拉电路、 看门狗定时器、 F／G转换电路等模块， 可 以最大程度的减少外接器件， 便于开发， 并且减少了 模拟电路带来的误差， 从而提高系统的测量精度。 由于热电偶分度表是以热电偶冷端温度等于零制定 的， 所以在系统中采用F G H I 集成温度传感器对热 电偶的测温电路进行冷端补偿。结合前置放大电路 将信号输入单片机进行模数转换， 单片机内有“ 位 F／G转换通道。通过键盘可以进行参数设置， 并在 显示器上显示出来。所用仪表采用新型数码显示芯 片JF K D ; “ I， 是带C个C段L M G或B N个发光二极 管的自动动态显示器件。加热供电系统和保护电路 为控制加热器和防止单片机因系统断电和电压不足 等引起软件故障而设计。 系统软件设计实现功能模块化， 以便于调试、 链 接、 移植和修改。运行状态实现标准化管理 ［N］ 。单 片机启动时， 先执行初始化程序， 将各个寄存器清 零， 然后设置断口的输入和输出状态， 打开定时器设 定中断时间， F／G转换通道和采样时间等等， 并且 开始响应中断处理模块， 启动加热器控制单元， 进行 试验数据采集、 放大、 滤波、 F／G转换和计算、 数据 输出与上传等。 ; 试验结果与分析 “ 颗粒粒径和温度与导热系数的关系 利用试验装置， 对沙子进行测量， 绘制粒径及温 度与导热系数关系如图所示。 图粒径及温度与导热系数的综合关系 * ’ A / 4 . - . 0 6 6 “ 6 3 5 4 ; “ 7 ; 6 0 A 0 6 增大。前人研究证明 在颗粒材料中每个温度下的 某一密度范围内将出现一个导热系数的最小值， 称 该密度范围为最佳密度； 随温度升高， 材料的最佳密 度也相应增大； 高温下对应于最佳密度的最小导热 系数值比低温下对应于最佳密度的最小导热系数 大 ［.］ 。由图可见， 测试结果符合以上规律。密度 增大， 相应的气孔体积就减小， 这样气孔的尺寸也减 小。由计算气孔有效导热系数的一般数学式 ’ , 3 52 5 / - 3 ’ 7 ’ 1 3 “ 7 / 9 ; ’ / / ’ ;， / 5 A 1 7 6 5 ,. ’ B / 4 ’ 5 ， , ; 4 , “ ， , ’ ） 6 , 8 ’ , ’ ’ - A - 9 - 1B , . . , 8 ’C 2 “ “ L E 1 , 6 * F ’，G 3 -H 7 * I ’ ;， “ J ’ ; （ ’ B ’ A 9 B ’ 7 0 / 59 ; ’ / / ’ ; 7 A A / ; /，. ’ B / 4 ’ 5 7 81 F ’ / F / K / F , 7 A 7 ; H / ’ L ’ ;，H / ’ L ’ ;“ ， , ’ ） 6 8 , . 97 6 . 2 . 3 - / 4 , ’ 9 5 . 4 / - / 1 * 5 ’ . , - 2 5 1 3 * 5 ,. 0 3 , 17 - / J - / 4 - , ’Y 6 6 3 X A “ “ L- 3 6 ’ - 8 7 * / 7 1 , ’ 6 . / 7 - , - . /. 0 , 2 1 , * 1 . 0 B C D，1 * 5 - / 46 . / 3 - 3 , / 6 9. 0 E “ F，1 , / , - . / , - 2 . 0 2 - /， GH I， / 7Y 6 6 3 X A “ “ L7 . 3 4 . 0 J 4 ／ , 3 , 1 ’ 5 3 8 / 8 - 1 . / 2 / , / 4 - / 1 - / 4； 3 , 1 7 M - / J - / 4；Y 6 6 3 X A “ “ L；0 5 . , , - . / I“ 第期张建智等稳态圆筒壁法自动测量颗粒导热系数的改进 万方数据