[科學(xué)網(wǎng)]讓“黑箱”變透明，大學(xué)生團(tuán)隊攻克量熱技術(shù)難題

當(dāng)燃料燃燒產(chǎn)生極高溫度，發(fā)動機輸油管就會受熱變形且劇烈抖動。如何精準(zhǔn)地捕捉這直徑僅3毫米的輸油管中，不斷流動的燃料升溫后的溫度分布、裂解深度、熱沉分布等關(guān)鍵參數(shù)？

近日，中國計量大學(xué)和浙江大學(xué)的學(xué)生聯(lián)合創(chuàng)新團(tuán)隊成功研制出一種“分布式流動量熱儀”，并在航空航天燃料評測領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了良好應(yīng)用。該設(shè)備不僅突破了傳統(tǒng)流動量熱儀無法實現(xiàn)過程化測量的局限性，還極大提升了測量精度和范圍。

量熱儀是一種測量熱量的設(shè)備。一種燃料的冷卻特性、一塊塑料的耐溫極限、一粒藥物的晶型秘密、一塊電池的安全邊界……這些看似無關(guān)的問題，背后都離不開量熱儀的精準(zhǔn)測量。流動量熱儀則是專門用于測量流體在流動過程中熱力學(xué)性質(zhì)的量熱儀，廣泛應(yīng)用于化學(xué)、化工、能源、材料等領(lǐng)域。它通過精確控制流體的流動狀態(tài)，測量其熱效應(yīng)，為科研和工業(yè)過程提供關(guān)鍵的熱力學(xué)數(shù)據(jù)。

傳統(tǒng)流動量熱儀將測試過程視為“黑箱”，只能考察流體出入口的熱力學(xué)狀態(tài)，無法對反應(yīng)中間過程進(jìn)行測量，怎樣才能讓“黑箱”變透明？

對此問題，由中國計量大學(xué)學(xué)生張濤、呂一鳴、徐晨煜、陳德勝、葉子欣等組成的團(tuán)隊試著用非接觸測溫技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的熱電偶、鉑電阻等接觸式測溫手段，并將其運用到量熱儀中。他們以實驗室已有的熱像儀和紅外點測溫儀為關(guān)鍵部件，搭建出了簡單的原理樣機。“我們用熱像儀智能識別管道中心，再引導(dǎo)高精密紅外探頭進(jìn)行動態(tài)跟蹤瞄準(zhǔn)，尺寸狹長、抖動劇烈的輸油管就能被牢牢鎖定。”團(tuán)隊成員呂一鳴說。

透過這臺分布式流動量熱儀，細(xì)細(xì)的輸油管被分解成一個個微元，實現(xiàn)了流體溫度相對誤差小于0.3%+1℃，總熱沉測量精度控制在±3%，遠(yuǎn)優(yōu)于國際同類產(chǎn)品±5%的水平。測溫方式的改變也讓這款儀器的測溫范圍得到了進(jìn)一步的提升，突破了現(xiàn)有流動量熱儀最高1000℃的測溫范圍，達(dá)到了1300℃。儀器的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)已通過浙江省計量院等第三方權(quán)威機構(gòu)鑒定，與國外同類產(chǎn)品相比，在溫度模擬范圍、測溫空間分辨力、熱沉測量精度、分布式測量等方面都具有先進(jìn)性。

目前，團(tuán)隊已獲得相關(guān)發(fā)明專利8項、軟件著作權(quán)3項，發(fā)表SCI論文30篇。“運用我們自主研發(fā)的分布式流動量熱儀，可以揭示多種典型碳?xì)淙剂系臒崃呀鈾C理，極大地提升高性能碳?xì)淙剂系难邪l(fā)效率。”團(tuán)隊成員、浙江大學(xué)學(xué)生邵崇坤表示，“后續(xù)我們將開展相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用，為國家重大戰(zhàn)略需求服務(wù)。”

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