碳纤维热扩散率测量方法与实验研究

发布时间：2021-01-12 05:04

　　碳纤维材料广泛应用于工程领域,研究其热扩散率等热物性参数意义重大,也具有较大难度。由于单根碳纤维径向尺寸较小（一般直径为10μm左右）,无法运用基于傅里叶定律的传统热物性测量方法加以测量。本文采用瞬态电热理论模型,分析了微尺度热传导效应下纳微米材料热扩散率的测量方法,建立了相应的实验测量系统,对单根碳纤维热扩散率进行了测量。采用有限元方法对碳纤维动态热过程进行了模拟,得到了轴向温度分布、温升及达到热平衡的时间。碳纤维沿轴向温度分布呈抛物线形,中间部位温度最高。沿径向温度变化极小,可以忽略,一维传热模型适用。由模拟得到的温升及热平衡时间与理论模型的预测基本吻合。搭建了纳微尺度材料热扩散率实验测量系统,引进真空腔体有效避免了周围环境空气对流换热的影响,利用标准铂丝对测量系统进行校准。室温下测量了两种PAN基碳纤维热扩散率,实验测量结果重复性好,碳纤维1的热扩散率和由此推导出的导热系数与碳纤维2均十分接近。为研究温度对两种碳纤维热扩散率和导热系数的影响,通以不断增大的电流值（从0.6mA到3.8mA以0.2mA递增共17个电流值）,并计算该电流值下碳纤维热扩散率和导热系数,结果表明碳纤维随电... 

【文章来源】：青岛理工大学山东省

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景和意义
    1.2 碳纤维概述
        1.2.1 碳纤维的发展历史
        1.2.2 碳纤维的分类和表征
        1.2.3 纳微尺度材料热物性参数
    1.3 实验研究现状
        1.3.1 国内外纳微尺度材料热物性测量方法
        1.3.2 碳纤维热物理特性实验研究
        1.3.3 瞬态电热技术概述
    1.4 本文研究的内容和意义
        1.4.1 本文研究内容
        1.4.2 本文研究意义
第2章 瞬态电热技术
    2.1 实验测量原理
        2.1.1 实验测量原理及示意图
        2.1.2 瞬态电热理论模型及求解
    2.2 实验数据分析方法
        2.2.1 线性拟合法
        2.2.2 特征点法
        2.2.3 最小二乘拟合法
    2.3 误差分析与控制
        2.3.1 辐射误差分析
        2.3.2 其他因素的影响
    2.4 本章小结
第3章 碳纤维导热性能热模拟
    3.1 ANSYS的相关介绍
        3.1.1 有限元分析法概述
        3.1.2 ANSYS软件概述
        3.1.3 ANSYS在热分析中的应用现状
    3.2 问题描述及传热模型基本假设
    3.3 热模拟流程
    3.4 温度分布、温升及热平衡模拟结果分析
        3.4.1 温度分布模拟结果
        3.4.2 温升模拟结果
        3.4.3 热平衡模拟结果
    3.5 本章小结
第4章 碳纤维导热性能实验研究
    4.1 TET实验测量系统
        4.1.1 实验器材简介
        4.1.2 实验系统
        4.1.3 样品承放基台制备
    4.2 实验系统校准
    4.3 实验内容与误差分析
        4.3.1 实验内容
        4.3.2 实验步骤
        4.3.3 实验数据采集分析与计算
    4.4 实验结果分析
        4.4.1 两种碳纤维实验测量结果
        4.4.2 变温下碳纤维实验测量结果
    4.5 实验辐射误差分析计算
    4.6 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 本文研究结论
    5.2 对未来工作的展望
参考文献
攻读硕士学位期间论文发表及科研情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]碳纤维电地暖系统 在绿色节能建筑中的应用探讨[J]. 闫文化.  创新科技. 2014(11)
[2]拉曼方法同时测量单根碳纤维热物性和对流传热系数[J]. 胡玉东,刘锦辉,王海东,张兴.  化工学报. 2014(S1)
[3]3ω方法测量微纳米材料热物性研究进展[J]. 吴熔琳,邵铮铮,石剑豪,常胜利,张学骜,李新华.  材料导报. 2013(S2)
[4]高性能碳纤维及其复合材料在绿色能源建设及节能减排中的重要作用[J]. 徐樑华,李克健.  新材料产业. 2010(03)
[5]碳纤维汽车零部件有效减轻整车重量[J]. 张国锋.  汽车零部件. 2009(12)
[6]采用3ω法测量多壁纳米碳管悬浮液的导热系数[J]. 葛树林,杨决宽,毕可东,陈敏华,陈云飞.  功能材料与器件学报. 2008(01)
[7]碳纤维的发展前景与市场分析[J]. 王海英.  高科技纤维与应用. 2007(04)
[8]3ω法测量单根碳纤维导热系数和热容[J]. 王照亮,唐大伟,郑兴华,布文峰,张伟刚.  工程热物理学报. 2007(03)
[9]碳纤维复合材料在航空航天领域的应用[J]. 林德春,潘鼎,高健,陈尚开.  玻璃钢. 2007(01)
[10]碳纤维在混凝土中的应用[J]. 陈丽红,孟宏睿,惠雅莉.  混凝土. 2006(04)

博士论文
[1]薄膜材料热物性及其测试新装置的研究[D]. 蔡岸.上海交通大学 2012



本文编号：2972208