Способ определения теплофизических характеристик строительных материалов

Способ определения теплофизических характеристик строительных материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ, заключающийся в том, что создают тепловой поток нагревателем в виде плоской спирали, определяют температуры на поверхности нагревателя и в двух точках, симметрично рас положен

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СЦЦН

РЕСПУБЛИН

3(5П G 01 N 25 18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОТСНОВУ СВНВВТВТ СТВУ

-Ь (21) 3352902/18-25 (22) 06.11.81 ,(46) 15.07 ° 83. Бюл. В 26 (72) ЯВОВФридрихсон и A.Ý.Øêåëå (71) Латвийская ордена Трудового

Красного Знамени сельскохозяйственная академия (53) 543.257(088,8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 667829, кл. G 01. К 17/00, 1979.

-2. Лыков Я.В. Теоретические основы строительной теплофизики. Изд-во

AH БССР, Минск, 1961, с. 359«363. (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ, заключакщийся в том, что создают тепловой поток нагревателем

„.SU„„A

s в и де e п л оoсosкeоoй сoп иH1рsа л иH, определяют температуры на поверхности нагревателя и в двух точках, симметрично расположенных относительно нагревателя, и по полученным данным определяют теплофизические характеристики, отличающийся тем, что с целью повьзаения точности определения, дополнительно измеряют температуру в точке, расположенной на расстоянии, равном йоловине расстояния между витками нагревателя, и в точке, располо-. женной на расстоянии, равном половине расстояния между предыдущей точкой и поверхностью образца, при этом в качестве симметрично расположенных точек выбирают точку, лежащую на по- ф верхности образца, и точку, находящуюся s толще образца.

1029060

Изобретение относится к строительной теплофизике и может быть использовано для определения теплофизичес- ких характеристик и тепловых потоков электрообогреваемых полов и грунтов.

Известен способ определения тепло- 5 физических характеристик строительных материалов, заключакщийся в расположении нагревателя постоянной мощности между двумя исследуемыми образцами материала, помещенными между 10 двумя пластинами с заведомо отличающимися от образцов теплофизическими характеристиками, последующем нагреве образцов, измерении температуры на нагревателе, определении времени, 15 достижения измеренной температуры и вычислении искомых величин (1).

Однако этот способ не обладает, достаточной точностью при определении теплофизических характеристик.

При осуществлении этого способа температура измеряется только на поверхности нагревателя, таким образом, 1не учитываются искажения теплового дроля, нносимые из"за неоднородности материала. Кроме того, этот способ не дает возможность определить коэффициент теплоотдачи, так как в данном случае не определяются данные для расчета теплового потока в направлении понерхности исследуемого ма- ЗО териала.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является спо соб определения теплофизических ха" рактеристик строительных материалов Ç5 методом импульсного источника, заключающийся в установке в исследуемом материале электрического нагревателя в виде плоской спирали, определении температуры на поверхности нагревате. 4р ля и н двух точках, симметрично рас положенных относитель нагревателя и последующим расчетом характеристик (2) .

Однако точность определения тепло- 5 физических параметроз этим способом .не велика, особенно в случае определения коэффициента теплоотдачи, по скольку не определяется градиент температуры в направлении -от поверхности нагревателя к поверхности образ, ца. Кроме того, весьма значительны погрешности, вносимые в определение теплофизических характеристик неодно родностью материала.

Цель изобретения — повышение точ- 55 ности определения теплофиэических ха-, рактеристик строительных материалов.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения теп-60 лофизических характеристик строитель ных материалов, заключающемуся в установке н них электрического нагревателя в виДе плоской спирали, определении температуры на поверхности

0где (ty-С1)А (e,1 t8) S

2(Ь1 в)6И ь 6%(7%12ВГ + )> ь,o)+ ü )P„(e„)5B

4(5% 1() O(8,0) В) ду, ) — теплопроводность материала > о - коэффициент теплоатдачи между поверхностью материала и воздухом; а - температуропроводность материсла;

I — сила тока в нагревательном проводе

U — - напряжение, подаваемое на нагревательный провод!

S - -шаг нагревательного провода;

r — - радиус нагревательного провода;

h — толщина исследуемого слоя материала; гиперболический синус величины7ГЦ25у длина нагревательного провода; температура воздуха в помещении

t. — температура в точке, лежа1 щей на поверхности образца, . - температура на поверхнос4 ти нагревателя . температура в точке, .отсто3 ящей от нагревателя на расстоянии, равном половине расстояния между витками плоской спирали нагревателяу

t - температура в точке, расположенной на поиовине расстояния между предыдущей точкой и поверхностью обраэцау температура в точке, симметричной точке, лежащей на поверхности образца относительно нагревателя нагревателя и в двух точках, симметрично расположенных относительно нагревателя с последующим расчетом характеристик, дополнительно измеряют

° температуру в точке, отстоящей от нагренателя на расстоянии, равном половине расстояния между витками плоской спирали нагревателя, и в точке, расположенной на расстоянии, равном половине расстояния между предыдущей точкой и поверхностью образца, при этом в качестве снмметрично расположенных точек выбирают точку, лежащую на поверхности образца, и точку, находящуюся в толще образца, а затем производят расчет по следующим формулам:

А.

1ОВИ 6 1 2.ф )1

STC(1k<- „- ) 1029060

t g), t tg)-производные по времени для температур t< и ;

В - расстояние между точками, в которых измеряют температуру tq и t>

5 „(з,0р „(„р Ро(в) - квазиполиномы в измеряемых точках; "=-- ()--,H- H, о(в,о>="- pl ® 0О (q) =p (2.

На чертеже представлена схема, реализующая предлагаемый способ.

В точках 1, 2, 3, 5 для измерения температуры. t<, t, t>, t4, t< помещаются термопары. Темйература в точке 4 на поверхности нагревательного провода опрФ еляется теоретически из расчетных формул. Сплошными линиями изображены изотермы температурного поля в исследуемом материале, полученные электромоделированием.

Сущность предлагаемого способа состоит в разложении температурных перепадов в верхней и нижней частях электрообогреваемой среды на криво линейные составляющие по следующим формулам: а также выделением из общего температурного поля среды участка прямолинейных изотерм.

Последнее возможно на том основании, что изменение конфигурации кри- 4р волинейных составляющих изотерм практически подчиняется закономерностям изменения кривых Кассини, т.е. их выпрямление происходит на высоте, равной половине шага нагревательного 45 провода. Это дает возможность создать расчетную схему и по ней определить тепловые потоки и все теплофизические характеристики электрообогреваеиых материалов.

Температуры t, t» t9, определяются электронным потенциометром от термопар, установленных в точках 1, 2, 3, 5. Температуру и, зная значе ние тока I и напряжения U определяют по формуле 55.

6 = — — — +и (ь)

0F

4 Pl ygо( где F я р 1 - с9ответсвенно каталожные значе- 60 ния сечения неиэолированного нагревательного провода, температурного коэффициента 65 электрического сопротивления, удельного 9JleKTpHческого сопротивления, радиуса жилы, 5 — общая длина нагре" вательного прово" да.

Тогда полезно использованная теп" лота (идущая вверх), равна

l g y (6@-t,)$1 г tnt s((рр) (125) (4)

Потери теплоты (теплота, идущая вниз), равна (. g-М5

9 = Ends(gt;v)sh(hl2s}3

Общий сток теплоты от одного погон. ного метра. нагревательного провода

ИЬ=Ь <6)

Далее по формуле определяют теплопроводнесть среды

). =

ВМ4 41-м

После определения значения . с учетом Формулы (4} расчитывают коэффициент теплоотдачи среды к воздуху (ч:ьф-ь -ьs ил М-6Ь ь 28- в)(и31(а )вЦх !ж)) «;<>)S (8)

Коэффициент температуропроводности определяется в процессе изменения температуры до установившегося значения с использованием квазинолиномов по следующей формулега=

С1 (С)Р Щ,о1+t+(w)P< s, ) Ь

+«;»- 1() (S,0)-С, )Р. В,,> (9)

Пример 1. Измеряют теплофизические характеристики бетонного электрообогреваемого поля, толщиной равной 100 мм. Глубина укладки нагревателя равняется 50 мм, шаг между нагревательными проводами 35 мм. Температура воздуха 16 С, радиус нагревательного провода составляет 1,5 мм.

В результате измерения температуры в характерных точках получены следующие значения t< 32 C; =35 C> t =

38 1 С й„-42оС t ÇÜîÑ» 6=,16оС

Ток нагревателя равен 6,5 А, напряжение на нагревателе 22 В, длина нагревателя 21 м. В результате расчета по формуле получены следующие значения теплофизических параметровг

Х =0,90 Вт/м Сус б 9,45 Вт/м C;

t e 1оС/ч; t Ð*9 Ñ/÷ а0, 0024 м /ч.

1029060

Составитель М.Кривенко

Редактор A. Химчук Техред М. Гергель| Корректор й. Бон я

Заказ 4966/41 Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауаская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4

Пример 3. Измеряют теплофиэические характеристики злектрообогреваемого грунта, толщиной равной

500 мм. Глубина укладки нагревателя равняется 250 мм, маг между нагревательными проводами 60 мм. Температура воздуха $ 18 С, радиус нагревательного провода 1,50 мм. В результате измерения температуры в характерных точках получены следукщие значения t) 25 C) 1 28 C) и 38,9 Су tO 444 Су t< 30 С, Ток нагревателя равен 6 A напряжение на нагревателе

220 В, удщуФ. нагревателя 220 м. В результате расчета по формулам получены следущие -значения теплофизичес- f5 ких лараметровs А 1,2 Вт/м о С о(6

9,8 Вт/м С ч: - 1, 2 С/ч t$ * 1, 0 C/÷, a0g00140 м /ч.

При измерении теплофиэических характеристик предлагаеюаюм способом точность измерений составляет 2%. Повышение точности при измерении предлагаемьзч способом объясняется тем, что при расчетах учитывается градиент температуры в направлении от поверх« ности нити обогревателя к поверхнос.ти среды, а также более широкой эо" ной измеряемой области, Предлагаемый способ дает возможность за счет выбора оптимального режима нагрева алектрообогреваемых полов и грунтов сэкономить до 12% потребляемой электро" энергии.