Page 38 - 理化检验-物理分册2022年第三期
P. 38

DOI : 10.11973 / lh jy -wl202203007

            基于激光闪射法测量某内燃机铝合金活塞的热物性参数






                                 张振威,蒋   锐,赵   洁,李雨蕾,朱宇瑾,陈   耘,唐家耘





                                          ( 中国兵器科学研究院 宁波分院,宁波 315103 )
                    摘   要: 基于激光闪射法, 采用闪射法导热仪测量了不同温度下某内燃机铝合金活塞的比热容、
                 热扩散系数及导热系数。结果表明: 随着温度的升高, 该内燃机铝合金活塞的热扩散系数逐渐减
                 小, 比热容逐渐升高, 导热系数在一定温度范围内呈逐渐增大的趋势。
                    关键词: 激光闪射法;导热系数;比热容;热扩散系数;铝合金





                    中图分类号: TG115.25    文献标志码: A    文章编号: 1001-4012 ( 2022 ) 03-0026-03

                  Measurementofthermo p h y sical p arametersofaluminumallo yp istonof

                         aninternalcombustionen g inebasedonlaserflashmethod

                         ZHANGZhenwei , JIANGRui , ZHAOJie , LIYulei , ZHUYu j in , CHENYun , TANGJia y un

                             ( Nin g boBranchofChineseAcadem yofOrdnanceScience , Nin g bo315103 , China )


                     Abstract : Basedonthelaserflash method , thes p ecificheatca p acit y , thermaldiffusivit yandthermal

                conductivit yofaluminumallo yp istonofaninternalcombustionen g ineatdifferenttem p eraturesweremeasuredb y a

                flashthermalconductivit ymeter.Theresultsshowedthatwiththeincreaseoftem p erature , thethermaldiffusivit y

                ofthealuminumallo yp istondecreasedg raduall y , thes p ecificheatca p acit yincreasedg raduall y , andthethermal

                conductivit y increasedg raduall ywithinacertaintem p eratureran g e.


                     Ke y words : laserflashmethod ; thermalconductivit y ; s p ecificheatca p acit y ; thermaldiffusivit y ; aluminumallo y
               导热系数和热扩散系数是反映材料热传导性能                            机工作时, 活塞直接与高温高压气体接触, 通过分析
            的重要热物性参数。激光闪射法 ( LFA ) 是 测量材                       其热物性参数, 有助于对活塞热流分布和活塞结构
            料热物性参数的常用方法之一, 属于导热测试“ 瞬态                          进行优化, 为活塞换热和热应力集中现象的结构设
            法” 的一种, 它可以直接、 精确地测量出材料的热扩                         计提供技术支持       [ 6 ] 。
            散系数, 也可以通过材料的比热容和密度, 快速计算                              笔者基于激光闪射法对不同温度下某内燃机
            出导热系数。激光闪射法因其测量温度范围大、 测                            铝合金活 塞 的 热 扩 散 系 数、 比 热 容 和 导 热 系 数 进
            量便 捷 及 测 量 速 度 较 快, 被 广 泛 应 用 于 各 个 行              行测量, 以 期 为 该 类 铝 合 金 活 塞 的 热 传 导 性 能 研
            业 [ 1-2 ] 。                                        究提供参考。
                 铝合金具有密度小、 比强度高等优点, 在军事装
                                                              1  激光闪射法的测量原理
            备和航空航天内燃机等领域有着重要的应用                     [ 3 ] 。王
            文杰等    [ 4 ] 对铝合金活塞进行了低周疲劳试验, 得出                  1.1  激光闪射法检测系统及测量原理
            铝合金活塞在燃烧室喉口部位的低周疲劳 寿命最                                 激光闪射法检测系统包含激光源、 样品室、 环境
            低。刘昊     [ 5 ] 通过有限元软件, 对铝合金活塞成形加                  控制附件、 温度探测器和数据记录装置, 如图 1 所
            工仿真与切削参数进行了优化。林雄萍等                    [ 6 ] 基于导    示。激光源一般是指可以产生短周期能量脉冲的装
            热特性分析, 对 S195 活塞进行了改进设计。内燃                         置, 并且能量脉冲辐照到试样表面的能量较均匀, 不
                                                               能出现中心能量比周边能量高的热斑现象。样品室
                                                               及环境控制附件主要是为了保证能在高于或低于环
                收稿日期: 2021-05-06
                                                               境温度的条件下进行试验。信号采集与处理一般包
                作者简介: 张振威( 1991- ), 男, 助理工程师, 主要从事热分析、
                                                               括电子线路室温偏移读取、 脉冲峰滤光镜、 信号放大
            金相检验及失效分析工作, zzwta y lor@163.com
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