[科學網]讓“黑箱”變透明，大學生團隊攻克量熱技術難題

當燃料燃燒產生極高溫度，發動機輸油管就會受熱變形且劇烈抖動。如何精準地捕捉這直徑僅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、熱沉分布等關鍵參數？

近日，中國計量大學和浙江大學的學生聯合創新團隊成功研制出一種“分布式流動量熱儀”，并在航空航天燃料評測領域實現了良好應用。該設備不僅突破了傳統流動量熱儀無法實現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……這些看似無關的問題，背后都離不開量熱儀的精準測量。流動量熱儀則是專門用于測量流體在流動過程中熱力學性質的量熱儀，廣泛應用于化學、化工、能源、材料等領域。它通過精確控制流體的流動狀態，測量其熱效應，為科研和工業過程提供關鍵的熱力學數據。

傳統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狀態，無法對反應中間過程進行測量，怎樣才能讓“黑箱”變透明？

對此問題，由中國計量大學學生張濤、呂一鳴、徐晨煜、陳德勝、葉子欣等組成的團隊試著用非接觸測溫技術代替傳統的熱電偶、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，再引導高精密紅外探頭進行動態跟蹤瞄準，尺寸狹長、抖動劇烈的輸油管就能被牢牢鎖定。”團隊成員呂一鳴說。

透過這臺分布式流動量熱儀，細細的輸油管被分解成一個個微元，實現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%，遠優于國際同類產品±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一步的提升，突破了現有流動量熱儀最高1000℃的測溫范圍，達到了1300℃。儀器的關鍵技術指標已通過浙江省計量院等第三方權威機構鑒定，與國外同類產品相比，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性。

目前，團隊已獲得相關發明專利8項、軟件著作權3項，發表SCI論文30篇。“運用我們自主研發的分布式流動量熱儀，可以揭示多種典型碳氫燃料的熱裂解機理，極大地提升高性能碳氫燃料的研發效率。”團隊成員、浙江大學學生邵崇坤表示，“后續我們將開展相關領域的應用，為國家重大戰略需求服務。”

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