(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211034625.0 (22)申请日 2022.08.26 (71)申请人 苏州大学 地址 215000 江苏省苏州市吴中区石湖西 路188号 (72)发明人 王健翔　邓伟峰　任瑞琪　 (74)专利代理 机构 苏州市中南伟业知识产权代 理事务所(普通 合伙) 32257 专利代理师 陈华红子 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 稳态平板导热系数测试的电学模拟方法和 实验装置 (57)摘要 本发明涉及电学系数测定技术领域， 公开一 种稳态平板导热系数测试的电学模拟方法和实 验装置， 方法包括使用电流等效热流， 使用有限 元理论建立电阻网络； 对电阻网络中的待测平 板、 保温区、 外部环境的上下两端分别施加电压 差E1、 E2、 E3， 使用电压差模拟热源和冷源， 通过调 节E1、 E2和E3的大小测试不同工况下的待测平板 的导热系数； 模拟实验装置包括印制电路板和电 压调节模块， 印制电路板的两面 分别设有电阻网 络和与电阻网络中的各交点连接的电势测点， 电 阻网络分为多个区域模拟待测平板和保温区。 本 发明实验内容丰富， 实时性强， 测试快， 效率、 信 息化智能化水平高， 占地面积小， 成本、 能耗、 人 力维护量低， 装置使用寿 命长。 权利要求书3页 说明书13页 附图9页 CN 115455763 A 2022.12.09 CN 115455763 A 1.一种稳态 平板导热系数测试的电学模拟方法， 其特 征在于， 包括： 使用电流 等效热流， 在待测平板周围设置相同材 料的保温区； 使用有限元理论离散化待测平板和保温区形成区域网格， 根据 所述区域网格建立待测 平板位于保温区中央的电阻网络； 对电阻网络中的待测平板的上下两端施加电压差E1， 对电阻网络中的保温区上下两端 施加电压 差E2， 对外部环境施加电压 差E3并连接至保温区； 使用电压差模拟热源和冷源， 通过调 节E1、 E2和E3的大小测试不同工况下的待测平板的 导热系数。 2.根据权利要求1所述的稳态平板导热系数测试的电学模拟方法， 其特征在于： 所述使 用电流等效热流， 具体为： 建立热学中热流q、 待测平板的导热系数λm和平板两侧的温差Δt之间的数学关系式， 建 立电学中电流I、 等截面导体电阻率的倒数1/ρ和等截面导体两端的电势差ΔE之间的数学 关系式； 将表达一致的数学关系式中的对应位置上的参数进行等效， 得到等效结果为： 热学中 的热流q由电学中的电流I等效， 待测平板的导热系数λm由等截面导体电阻率 的倒数1/ρ 等 效， 平板两侧的温差 Δt由等截面 导体两端的电势差 ΔE等效。 3.根据权利要求2所述的稳态平板导热系数测试的电学模拟方法， 其特征在于： 所述建 立热学中热流q、 待测平板的导热系数λm和平板两侧的温差Δt之间的数学关系式的过程， 具体为： 将厚度为δ、 无内热源、 导热系数为λ、 λ为温度的函数λ＝A +Bt的无限大平板作 为待测平 板， 对待测平板的一侧以恒定的热流密度q加热， 其中A、 B为 函数的系数， t是温度； 在稳态下， 平板两侧的温度分别为t1和t2， 根据傅里叶定律建立板内温度场的导热微分 方程式： 其中， x是平板沿板厚度方向的位置； t满足： 对式(1)积分并应用式(2)的边界条件， 得到： 令平均导热系数 式(3)转化为： 整理式(4)得到所述热流q、 待测平板的导热系数λm和平板两侧的温差Δt之间的数学关权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115455763 A 2系式为： 其中， 平板 两侧的温差 Δt＝t1‑t2。 4.根据权利要求2所述的稳态平板导热系数测试的电学模拟方法， 其特征在于： 所述建 立电学中电流I、 等截面导体电阻率的倒数1/ρ和等截面导体两端的电势差ΔE之间的数学 关系式的过程， 具体为： 给定一段材质均匀、 横截面积为s的等截面导体， 等截面导体的电阻率为ρ， 长度为l； 当 等截面导体两端的电势分别为E1和E2时， 流过等截面 导体的电流 I为： 整理式(6)得到所述电流I、 等截面导体电阻率的倒数1/ρ和等截面导体两端 的电势差 ΔE之间的数 学关系式为： 其中， 等截面 导体两端的电势差 ΔE＝E1‑E2。 5.根据权利要求1所述的稳态平板导热系数测试的电学模拟方法， 其特征在于： 所述通 过调节E1、 E2和E3的大小测试不同工况 下的待测平板的导热系数， 具体为： 令E1＝E2＝E3， 测试正常实验时的待测平板的导热系数； 令E1＞E2＝E3， 测试保温区温度偏低形成热流外泄时， 进行实验的待测平板的导热系 数； 令E1＜E2＝E3， 测试保温区温度偏高形成额外热流附加时， 进行实验的待测平板的导热 系数； 调节E3使E3在E1、 E2附近波动， 当E3＞E2＝E1时， 测试温度低于环境温度时， 进行实验的待 测平板的导热系数； 当E3＜E2＝E1， 测试温度高于室温时， 进行实验的待测平板的导热系数； 调节E1、 E2和E3为不同大小， 测试不同温度时进行实验的待测平板的导热系数。 6.根据权利要求1 ‑5任一项所述的稳态平板导热系数测试的 电学模拟方法， 其特征在 于： 通过所述电阻网络还可以模拟待测平板内部的温度场， 具体为： 通过测量所述电阻网络中各点的 电压， 根据各点电压形成等压线， 将等压线的梯度反 方向等效为电流方向， 得到待测平板内部的温度场。 7.一种稳态平板导热系数测试的电学模拟实验装置， 其特征在于： 包括印制电路板和 电压调节模块， 所述印制电路板的一面设有电阻网络， 所述印制电路板的另一面设有多个电势测点， 各个所述电势测点与所述电阻网络中的各交点连接； 所述电阻网络分为多个区域， 多个区域分别模拟待测平板和多个保温区， 所述待测平 板的周围连接有多个所述保温区， 所述保温区远离所述待测平板的一侧与外部环境连接， 所述电压调节模块调节所述待测 平板两端的电压差E1、 保温区两端的电压差E2和外部环境 两端的电压 差E3；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115455763 A 3