Способ определения теплопроводности материалов и устройство для его осуществления

Способ определения теплопроводности материалов и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ COBETCHHX

OUWII

РЕСПУБЛИН

З(Я) G 01 N 25 18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3422654/18-25 (22) 15.04.82 (46) 30.08.83. Бюл, Р 32 (72) Д.Ж. ТеМирбаев, Р.К. Байкенов и Г.М. Ергарина (71). Алма-Атинский энергетический институт (53) 536.627.7(08848) (56) . 1. Авторское свидетельство СССР

9 359582, кл. G 01 N 25/18, 1971.

2. Осипова В.A. Экспериментальное исследование процессов теплообмена.

Иэд. 3. M. "Энергия", 1979, с.48.

3. Темирбаев Д.Ж., Ермекбаев К.Б.

Основы теории теплопроводности и теплового излучения. Алма-Ата, изд-во

Казахского полнтехничеСкого института им. В.И. Ленина, 1980, с. 31. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЦ1ЕСТВЛЕНИЯ (57) 1. Способ определения теплопро-: . водности материалов путем создания теплового потока через цилиндрическую стенку Образца и измерения температуры его поверхности, о т л ич .а ю шийся тем, что, с целью упрощения процесса определения тепло-:

„.SU„„2 A проводности, внаанюю поверхность об- разца оьивают продольным потоком жидкости, регулируют скорость потока, устанавливают экстремальное распределение температуры по длине образца, определяют величины критического диаметра образца по месту экстремальной температуры и коэффициент теплоотдачи жидкости к образцу, после чего искомую величину рассчитывают по соответствующей формуле.

2. Устройство для осуществления способа определения теплопроводности материалов по п.1, содержащее корпус, внутри которого соосно установлен цилиндрический нагреватель с измерителями температуры, располо- g

О женными по ei о длине, помещенный внутри исследуемого материала, о тл и ч а ю щ е .е с я. тем, что,оно дополнительно снабжено конусной трубкой, установленной снаружи на гревателя соосно с ним с образова- . Я нием между ними кольцевого,зазора, заполненного йсследуемым .материалом, корпус выполнен конусным, причем площадь кольцевого сечения между конусной трубкой и корпусом остается постоянной по всей длине.

1038852

Изобретение относится к теплофизи ческим измерениям материалов, например порошкообразных, в частности к способу определения теплопроводности материалов и устройству для его осуществления. 5

Известны способ и устройство для определения теплопроводноати материалов, при котором в исследуемом и эталонном, образцах одновременно создают параллельные тепловые потоки, 10

1 поддерживают равными перепады темпе. ратур на образцах путем регулирования мощностей нагревателей; по достижению стационарного режима тепло-. передачи измеряют мОщностк Harpe- 35 вателей, температурный перепад на, одном из образцов:и по измеренным величинам определяют теплопроводности (1).

Недостаток указанных способа и устройства для определения теплопроводноати состоит в трудоемкости создания исследуеваюх образцов одинаковых размеров, а также в сложности ,измерений и обработке данных, I

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ определения теплопроводности материалов путем создания теплового потока через цилиндрическую стенку образца и измерения температуры его поверхности.

Устройство для осуществления способа определения теплопроводности материапов содержит корпус, внутри 35 которого соосно установлен цилиндрический нагреватель с измерителями температуры, расположеннымк по его длине, помещенный внутри исследуемого материала Г23. 40

Основным недостатком известных способа определения теплопроводности материалов и устройства дпя его осуществления явля тся сложность 45 подготовки и проведения опыта.

Цель изобретения - упрощение процесса определения теплопроводкости.

Укаэанная цель достигается тем, чтО сОгласнО спОсОбу Определения 50 теплопроводности материалов путем создания теплового потока через цилиндрическую стенку образца к измерения температуры его поверхности, внешнюю поверхность образца . оваювают продольным потоком жидкости, регулируют скорость потока жидкости, устанавливают экстремальное распределение температуры по,длине образца, определяют величины критического диаметра образца по месту 60 экстремальной температуры и коэф- . фициент .теплоотдачи жидкости к образцу, после чего искоцрю величину рассчитывают по соответствующей

ФОРмУлЕ.

Представив (Z) в виде

- - + хаев, А а р (2) Устройство для осуществления способа определения теплопроводности материалов, содержащее корпус, внутри которого соосно установлен цклкндрический нагреватель с измери телями температуры, расположенными по его длине, помещенный внутри исследуемого материала, дополнительно снабжено конусной трубкой, установленной снаружи нагревателя соосно с ним с образованием между ними кольцевого зазора, заполненного исследуемым материалом, корпус выполнен конусным, причем площадь кольцевого сечения между конусной трубкой я корпусом остается постоянной по всей длине.

На фиг. 1 показана схема устройства для определения теплоправодности материалов; на фйг. 2 - график распределения температуры вдоль цилиндрической поверхности. Устройство содержит линейный нагреватель 1, на цилиндрической поверхности 2 которого установлены измерители температуры,образец исследуемого материала 3, конусную трубку 4, корпус 5, поток жидкости б.

Устройство работает следующим образом .

Пространство с кольцевым зазором между цилиндрической поверхностью 2 и конусной трубкой 4 заполняется исследуемым материалом 3. Устанавливается заданная мощность нагревателя 1. Регулируя скорость продольного потока жидкости б, изменяют коэффициент теплоотдачи стенки и достигают экстремального распределения температуры (фиг. 2) на цилиндрической поверхности 2 (фиг. 1).

ПО месту на конусной трубке 4, выполненной со слабо изменяющимся поперечным сечением по ее длине, отвечающему экстремальной температуре, Определяют величину .критического диаметра d„ öèëèíäðè÷åñêoé стенки.

По известной формуле Ньютона-Рихмана или "по критериальному уравнению теплообмена, соответствующему установленному режиму течения жидкости вдоль цилиндрической стенки, определяют коэффициент теплоотдачи с .

С целью достижения постоянного значения а(в условиях экспериментальной установки, имеющей конечные размеры продольного потока, кбрпус

5 выполнен конусным из условия сохранения площади кольцевого сечения потока поатоянной по длине стенки.

Искомое значение теплопроводности М рассчитывают по формуле Е3 3.

Л= а„ (x) 1038852

Ю

Составитель В. Битюков

Редактор С. Квятковская Техред:M., Коштура Корректор В, Бутяга аВ а

Заказ 6222/51 Тираж 873 Подписное .

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, й-35 ° Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r ° Ужгород, ул. Проектная, 4 вйдно, что не только можно достиг:нуть расположения экстремального значения температуры цилиндрической ,стенки в средНей ее части.за счет выбора соответствующего значения О путем изменения скорости потока, но можно расширЫТь диапазон опреде- ляемых, значений путем изменения ркорости.потока.

Численный приор обратной задачи.

Пусть заданы- параметры продольного обтекающего потока (воздуха): I g = 300 Kj Лж = 0,0259 Вт/(м.К);

V = 1 56 10 м /с Cp 1 ° 10 з дж/

/(кгК); p = fq18 кг/м з, и размеры конусной трубки: d = 0,018 м

З = 0,5 му йз = 0,058 м; й„=0,040 м и Л = 0,2 Вт/(M.К). Требуется найти лТ„ = Т е. Т„прн =, 100 Вт на концах и в критическом сечении цилиндрической стенки слабопеременного сечения. Заметим, что в:прямой за. даче определяют из эксперимента и по экстремальному значению и T .„=

= Тд - Т и, зная величину о „, н а)щдят по (Х) значение Л .

В условиях примера согласно (1) о = 10 Вт/(м К). С помощью иэвест ных уравнений теплообмена находим, что и =. 1 3 5 ..10 +, М ** 4,2 м/с

ЬТсж = 338,4 307,2 (минимум) и

313,1 c.В условиях прямой задачи приведенные результаты означают, что

Л .= 0,2 Вт/(м;К) - коэффициент теплопроводности исследуемого .ма10 териала при 307,2 С.

Таким образом, изобретение позволяет определять коэффициент тепло»

:проводности различных материалов менее трудоемко и имеет более широ15 кий .диапазон практического приложения, чем йзвестный способ.

Предлагаете способ и устройство позволяют также исследовать теп:лопроводность материала в зависи2О мости от плотности их заполнения (засыпки) и от температуры. Для изучения влияния температуры на. Л достаточно изменять мощность линейного источника тепла.