热管式平板导热仪及木材导热特性的研究

摘要

在火灾科学中，可燃物的热物性对研究火灾的产生和发展有着至关重要的作用。木材是一种典型可燃物，因此本文开展了木材导热特性的测试研究。　　本文首先简要介绍了木材热物性测试的研究背景，回顾了目前国内外的热物性测试、木材传热特性及平板导热仪的研究现状和存在的问题。　　在对已有的稳态平板导热仪进行调研分析之后，参照导热系数测试仪的国家标准，利用热管传热块，均温性好的优点，本文设计了热管式平板导热测试仪，介绍了其一维稳态导热的原理，并建立了完整的测试系统。热管式均温板为热管式平板导热仪的主要设计部分，本文采用计算软件ANSYS对热管式均温板进行了模拟设计，并采用ANSYS对热管式平板导热仪中木材试样和玻璃标样的温度场进行模拟，对模拟计算结果的分析表明，采用热管式平板导热仪进行测试符合一维稳态导热的原理。　　在热管式平板导热仪测试试验台上，分别对气干横纹阔叶材，气干横纹针叶材，气干顺纹材，不同含水率的红松和落叶松，不同纹理的木材试样进行测试，获得了35℃～85℃温度下的木材导热系数随温度、含水率以及纹理方向变化的数据。　　同时，本文建立了热管式平板导热仪测木材导热系数的计算模型，应用计算软件ANSYS对试样内部的温度场进行数值模拟计算，通过模拟计算进一步修正试验测试结果，以提高导热系数的测量精度。　　最后本文分析总结了几种被测木材的导热系数随温度、含水率和纹理方向变化的规律，如下：在室温到100℃范围内，木材的导热系数先随着温度升高而增大，当温度升高到约80℃时出现一个峰值，然后随着温度进一步升高呈减小的趋势；在相同温度下，同种木材的导热系数随着含水率增加而增加；木材顺纹导热系数与横纹导热系数的比值大约在1.8～2之间。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1课题的研究背景

1.2国内外木材传热特性的研究现状

1.2.1国内木材传热特性的研究现状

1.2.2国外木材传热特性的研究现状

1.3国内外平板导热仪的研究现状

1.3.1国内平板导热仪研究现状

1.3.2国外平板导热仪研究现状

1.4本课题的研究内容

1.5本章小结

第二章热管式平板导热仪

2.1稳态平板导热仪的类型

2.1.1防护型热平板导热仪

2.1.2热流计式平板导热仪

2.2设计的主要技术要求

2.3热管式平板导热仪的结构

2.4热管式平板导热仪的测试原理

2.5热管式均温板的设计

2.6热管式平板导热仪的一维稳态温度场

2.7本章小节

第三章热管式平板导热仪测试系统及测试过程

3.1测试系统简介

3.2测试条件的准备

3.2.1试样的制备及要求

3.2.2温度的测量

3.2.3数据采集系统

3.3测试过程

3.4本章小结

第四章数值分析与计算机建模

4.1数值计算方法

4.2有限元法及ANSYS软件介绍

4.2.1有限元技术分析简介

4.2.2温度场有限元分析

4.2.3 ANSYS软件介绍

4.3应用ANSYS分析稳态导热问题

4.3.1选取分析模块

4.3.2建模

4.3.3定义材料属性

4.3.4定义边界条件和施加载荷

4.3.5计算并查看结果

4.4本章小结

第五章木材热物性测试结果分析

5.1实验数据处理

5.1.1待测试样

5.1.2.试样达到稳定状态时的测试数据

5.1.3玻璃标样的导热系数

5.1.4计算木材试样的导热系数

5.2计算机模拟修正

5.3测试误差分析

5.4木材导热系数的测试结果比较

5.5导热系数结果分析

5.5.1温度对导热系数的影响

5.5.2不同含水率

5.5.3不同纹理

5.6本章小结

第六章全文总结和展望

6.1全文总结

6.2展望

参考文献

致谢