Устройство для определения теплофизических свойств материалов

Устройство для определения теплофизических свойств материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ, содержащее тепловлагоизоляционную обойму с установленными в ней капил;Лярно-пористыми вкладышами и эталон );ным телом с нагревателями, которые , снабжены накладными датчиками теплового потока и датчиками температуры, причем поверхность одного из вклады шей влагоизолиррвана, а их торцевые jповерхности снабжены общим высокотеп-. лопроводным покрытием, одно нз ко- , торых, контактирующее с исследуемым материалом, выполнено перфорирован ным, отличающее-ся тем, что, с целью уменьшения погрешности определения и расширения диапазона измеряемых паргилетров при одновременном повышении быстродействия устройства , торцевые поверхности эталонного тела снабжены высокотеплопроводными покрытиями, одно из которых лвляется общим для эталонного тела и капиллярно-пористых вкладышей и скреплено с нагревателем, причем высота эталонного тела и капиллярнопористых вклад1лией связана с эквива (Л лентным диаметром эталонного тела соотношением Н 0,1D, с где И - BbioOTa эталонного тела и капиллярно-пористых вкладышей; 0- эквивалентный диаметр эталонного тела, D « 4 1- площадь сечения эталонного тела/ П - периметр эталонного тела.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

119) 01) 3151) .601 и 5 18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОЬРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

»,шей влагоиэолирована, а их торцевые ,поверхности снабжены общим высокотвплопроводным покрытием, одно из которых, контактирующее с исследуемьм . материалом, выполнено перфорирован ным, отличающее ся тем, что, с целью уменьшения погрешности определения и расширения диапазона измеряемых параметров при одновременном повышении быстродействия устройства, торцевые поверхности эталонного тела снабжены высокотеплопроводными покрытиями, одно из которых . является общим для эталонного тела и капиллярно-пористых вкладышей и . скреплено с нагревателем, причем высота эталонного тела и капиллярно- Я пористых вкладьеаей связана с эквивалентным диаметром эталонного тела соотношением И = 0,10, где Н - высота эталонного тела и ка пиллярно-пористых вкладышей1

О - эквивалентный диаметр эталон- Я ,ного тела,Э 4f/u; — площадь сечения эталонного тела, П - периметр эталонного тела. (21) 3439307/18-25 ,(22) 17.05..82 (46) 23. 11. 83. Бюл. Ю 43 (72) В.H.Êðíàëåíêî, Э.Н.Малашенко, В.П. Черняк и А.Н.Щербань (71) Институт технической теплофизи ки АН Украинской ССР (53)536.6 (088.8) (56) 1. Марчевский И.И. и др. Метод и прибор для определения теплофизических характеристик материалов беэ взятия пробы.-Сб."Тепло-массоперенос"

Минск, AH БССР, 1962у т.1у се 61-64.

2, Авторское свидетельство СССР

Р 771521, кл. 0 01 N 25/18, 1979, (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ содержащее тепловлагоиэоляционную обойму с установленными s ней калил,лярно-пористыми вкладышами и эталон

;ным телом с нагревателями, которые, :снабжены накладными датчиками теплового потока и датчиками температуры, причем поверхность одного из вкладыОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /"

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ .." -" :! /

"а У

1056005

Изобретение относится к измерению тепло- и массообменных характеристик капиллярно-пористых и дисперсных материалов и может быть использовано для исследования, например, свойств горных пород, преиму- 5 щественно в системе "Горный массив — подземное сооружение", в частности для измерения теплофиэическиХ свойств (ТФС} непосредственно с . поверхности стен подземного сооруже- fp ния, омываемых вентиляционным потоком.

Известно устройство для измерения

ТФС капиллярно-пористых и дисперсных материалов, содержащее тепловлаго,изолированную обойму с эталонным телом, на одной торцевой поверхности которого закреплен нагреватель, контактирующий с исследуемым материалом, а на другой его торцевой по- . 20 верхности размещен датчик температуры (1) .

Известное устройство имеет такие недостатки, как значительная погрешность измерения, невозможность ком« 25 плексного определения характеристик в одной -установке, а также сложность лабораторного анализа исследуемого материала.

Наиболее близким к изобретению по технической еуцности и достигаемому результату является устройство для определения теплофизических свойств материала, содержащее тепдовлагоизоляционную обойму с установленньжи в ней капиллярно-пористыми вкладышами . и эталониьм телом с на« гревателями, которые снабжены накладными датчиками теплового потока и датчиками температуры, причем поверхность одного из вкладышей вла- 40 гоиэолирована, а их торцевые поверхности снабжены обцим высокотеплопроводным покрытием, одно из которых,. контактирующее с исследуемым материалом, выполнено перфорирован- 45 ным Я. основными недостатками известного устройства являются высокая динамическая погрешность измерения и узкий диапазон измеряемых параметров, 50 а также значительная длительность измерений.

Целью изобретения является уменьшение погрешности определения и расширение .диапазона измеРяемых паРа-55 метров при одновременном повышении быстродействия устройства.

Цель достигается тем, что в устройстве для определения теплофизических свойств материала, содержащем тепловлагоизоляционную обойму с установленными в ней капиллярно-пористыми вкладышами и эталонным телом с, нагревателями, которые снабжены накладными датчиками теплового потока и датчиками температуры, причем

1 поверхность одного из вкладышей влагоизолирована, а их торцевые поверхности снабжены обцим высокотеплопроводным покрытием одно из которыхр контактирующее с исследуемым материалом, выпЬлнено перфорированным, торцевые пОверхности эталонного тела снабжены высокотеплопроводными покрытиями, одно иэ которых является обцим для эталонного тела и ка-пиллярно-пористых вкладышей и скреплено, с нагревателем, причем высота эталонного тела и капиллярно-.пористых вкладышей связана с эквивалентным диаметром -эталонного тела соотношением Н=0,19, где Н - высота эталонного тела и капиллярно-пористых вкладышей,3) - эквивалентный диаметр эталонного тела,,Э = 41/П, f — - плоцадь поперечного сечения эталонного тела, П - периметр эталонного тела.

На фиг, 1 представлено устройствс вертикальный разрез;. на фиг. 3 то же, вид сверху, на фиг, 2 - принципиальная темловая схема устройства, выполненная. посредством соединения термических сопротивлений в теплометрический мост.

Устройство содержит тепловлаго-. изоляционную .обойму 1, в которой установлены эталонное тело 2 и капиллярно-пористые вкладыши 3 с накладными датчиками 4 теплового потока и датчиками 5 температуры, высокотеплопроводное покрытие (серебро, медь) 6, скрепленное с пластинчатыми нагревателями 7. Покрытие 6 расположено на торцевых поверхностях вкладышей 3 и эталонного тела 2, в покрытие 6 встроен датчик 8 температуры. Кроме того, торцевая.поверхность эталонного тела 2, обращенная к вентиляционному потоку, снабжена высокотеплопроводным покрытием 9, аналогичным покрытием

10 снабжена торцевая поверхность капиллярно-пористых вкладышей 3.

Устройство, подключенное к вторичной аппаратуре, работает следуюцим образом.

Осуцествляют прижим обоймы 1 с эталонным телом 2 и капиллярно-пористыми вкладышами 3 к поверхности исследуемого тела. При этом .между эталонным телом.2 и исследуемым материалом, а также капиллярнопористыми вкладышами 3 и исследуе мым материалом возникает тепло- и массообмен, в результате которого значение эквивалентного коэффициента теплопроводности изменяется в зависимости от температуры и влагосодержания, т.е, эк f(t,wj

1056005

25 гдето.(х,7) - текущая температура, измеряемая датчиками

5 н 8>

w — равновесная влажность.

По показаниям датчиков 5 и 8 и датчика 4 теплового потока фик- . сируется равновесное состояние эталонного тела 2 капиллярно,пористых вкладышей 3 и исследуемого материала.

В соответствии с теорией потен- . циалов тепло- и массообмена через л определенное время ск потенциалы массопереноса 8 и температуры исследуемого материала и капиллярно-пористых вкладышей будут одинаковы.

Величина эквивалентного коэффициента теплопроводности капиллярнопористых вкладышей принимает уси таНОВИВШЕЕСЯ ЗНаЧЕНИЕ В МОМЕНТ 1 к для которого рассчитываются вс. теплофизические характеристики по зависимостям, аналогичным зависи- мостям, используемым в известном устройстве..

Однако в отличие от известного в предлагаемом устройстве возможно также определять локальный коэффициент теплоотдачи.

В соответствии с принципиальной тепловой схемой (фиг. 2) составляется система уравнений

%4 P2ФЯСЗ

R > Rc1 (q1++q2ÌR.++a 1- 4

g (aз+ "с,+ R„) = а4 2 A (Я1+ йс1ИЯ2+йсЯМ(й1 pc1ФR2+Rc ) Отсюда формула для рассчета коэффициента теплоотдачи имеет вид

".<1; 1,14",", - )

Ч2

Ri

Ч1 Ч, 1СЗС(3 2СЗС З 1

Ч2

I где

c1=1/(Й2i Йс ),c2=4 j(R2f Rc1)üñ, (a>> Rcq) Кроме того, в известном устрой стве эталонное тело и капиллярнопористые вкладыши представляют

- собой полуограниченные тела, т.е. боковая их поверхность тепловлагоиэолирована, а линейный размер основания эталонного тела и вкладышей на порядок меньше их,(эталонного теНа и вкладышей) высоты Н(Р сН в

10 раз) . Измерение ТФС на известном устройстве составляет 3-4 ч.

Для того, чтобы уменьшить посто янную времени, в изобретении высота эталонного, тела и адекватная эталон-, ному телу высота капиллярно-пористых вкладышей соотносится с эквивалентным диаметром как Н:Оэ=1:10, т.е. в отличие от известного устройства.Н < 9g в 10 раз.

Выполнение этого условия в предлагаемом устройстве позволяет уменьшить постоянную времени в 60 раз (как показали эксперименты), т.е.

10 быстродействие устройства составляет 3-4 мин, так как при выбранном соотношении релаксация темпе1ратурного и влажностного полей происходит практически одновременно

15 а,„

:" 1.— Ф1 .а где tu — критерий Лыкова, а1,1 в коэффициент потенциалопроводности, О, - коэффициент температуропроводности.

Введение в устройство единого для торцевых поверхностей эталонного тела и капиллярно-пористых вкладышей температуровыравнивающего покрытия --из высокотеплопроводного материала (медь, алюминий и т.п.),и скрепленного с этим покрытием нагревателя позволяет измерять тепловой режим на единой изотермической поверхности, образованной с .помощью этого покрытия, и та— ким образОм уменьшить погрешность (экспериментальные данные) измерений в 7-10 раз. Такое снижение .погрешности обусловлено также тем, что в известном устройстве, в отличие от предлагаемого, нагреватель

40 расположен на торце эталонного тела, и при включении нагревателя температурное поле капиллярно-пористых вкладышей искажается..

Введение в устройство температу45 ровыравнивакщего покрытия торца эталонного тела, омываемого вентиля ционным потоком, создает краевые ! условия, единичные как для эталонного тела, так и для капнллярнопористых вкладьааей. Взаимодействие устройства с исследуемым телом через общую изотермическую поверхность и раздельный вывод тепловых потоков через эталонное тело и капиллярно-пористые вкладьиаи позволяет использовать в устройстве принцип теплотермического моста нри этом погрешность измерений снижается в 4-5 раз (так как относи тельное теплометрическое "взвеши» ® ванне", как известно, уменьшает общую приборную погрешность) .

Использование в устройстве теплометрического моста (фиг. 2) позволяет измерять локальные коэффи1056005

Составитель B,Áèòþêîâ

" Редактор Н.Лазаренко Техред Л.Микеш Корректор A.Tÿñêî.

«Ю «« «4

Эакаэ 9289/33 Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

У ..

Филиал ППП "Патент", x . Ужгород, ул, Проектная, 4 цненты теплоотдачи беэ учета температуры вентиляционного потока, т.е, расширить диапазон определяе мых теплофиэических характерис ти н e

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет снизить погрешность измерений в 10-15 раз нрн одновременноя повышении быстродейст вия в бО раз.