Способ определения теплофизических свойств материалов

Способ определения теплофизических свойств материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛО: ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ, включающий тепловое воздействие на поверхность полубесконечного в тепловом отнслаении образца по прямой линии на его поверхности, регистрацию временного интервала, соответствующего заданному соотношению температур в ДВУХ точках той же поверхности образца, измерение неподвижным датчиком температуры избыточной температуры на поверхности образца в точке контроля, не лежащей на линии теплового воздействия, и мощности теплового воздействия и определение по полученным данным теплофизических свойств, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности, и упрощения определения, тепловое воздействие осуществляют сосредоточенным, источником постоянной мсщности, Д 9Ижущимся по прямой линии на поверхности образца с постоянной относительно образца скоростью, регистрируют временной интервал от момента прохождения движущимся сосредоточенным источником проекции на линию теплового воздействия точки контроля температуры до момента достижения максимальней избыточной температуры в точке .контроля, измеряют ее максимальную избыточную температуру и ско ,рость движения сосредоточенного источника относительно образца, после чего искомые величины расчитывают по формулам :

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

У5Р G 01 N 25/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ",,"

N АВТОРСКОМУ, СВИДЕТЕЛЬСТВУ где М..й

g х и у

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3432711/18-25 (22) 30.04.82 (46) 23.11.83. Бюл. М 43 (72) В.В. Березин, В.М. Коростелев,,Ю.A. Попов, В.Г. Семенов и С.М. Скорняков (71) Московский ордена Трудового

Красного. Знамени геологоразведочный институт им. Серго Орджоникидзе (5 3 ) 536. б (0.88. 8) (56) 1. Методы определения теплопроводности и температуропроводности. Под ред. A.Â. Лыкова, M. "Энергия", 1973, с. 181-185.

2, Авторское свидетельство СССР

Р 834480, кл. С 01 М 25/18, 19,79 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛО, ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ, включающий тепловое воздействие на поверхность полубесконечного в тепло» вом отношении образца по прямой ли" нии на его поверхности, регистрацию временного интервала, соответствующего заданному соотношению температур в двух точках той же поверхности образца, измерение неподвижным датчиком температуры избыточной температуры на поверхности образца в точке контроля, не лежащей на линии теплового воздействия, и мощности теплового воздействия и определение по полученным данным теплофизических свойств, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью уменьшения погрешности и упрощения определения, тепловое воздействие осуществляют сосредоточенным . источником постоянной мсщности, движущимся по прямой линии на по„.ЯО„„1О А верхности образца с постоянной относительно образца скоростью, ! регистрируют временной интервал от момента прохождения движущимся сосредоточенным источником проекции на линию теплового воздействия точки контроля температуры до момента достижения максимальной избыточной температуры в точке ,контроля, измеряют ее максимальную избыточную температуру и ско,рость движения сосредоточенного источника относительно образца, rtocле чего искомые величины расчитывают по формулам

- теплопроводность

- темттературопроводность„ HocTb источника;

- декартовы координаты точки контроля температуры;

- скорость движения источника относительно образца; .- интервал времени от момента прохождения движущимся источником проекции на линию теплового воздействия точки контроля температуры до момента достижения максиму- . ма избыточной температуры в этой точке; максимальная избыточная температура.

1056015

Изобретение относится к технической физике и мо>хет быть использовано при определении теплофиз ически х характеристик материалов.

Известен способ онределения теплофизических характеристик материалов, 5 заключающийся в импульсном тепловом воздействии на исследуемый неограниченный в тепловом отношении образец линейным источником тепла, расположенным внутри образца, измерении 10 максимапьной избыточной температуры в точке, находящейся на некотором расстояйии от линейного источника, регистрации момента времени, соответствующего достижению максимума избыточной температуры в этой точке, и вычислении по полученным данным теплопроводности и температуропроводнос-. ти Г1 g.

Недостатками апособа являются высокая погрешность определения теплофизических свой сягв материалов,,связ ан-. ная с невозможностью обеспечить и проконтролировать надежный тепловой контакт ме>хцу источником и образцом и трудностью обеспечения и поддержания постоянства линейной плотности энергии источника по линии теплового воздействия, нарушение целостности образца при размещении в нем источника теплового воздействия и датчика температуры и, как следствие указанных недостатков, низкая производительность способа.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является спо- 35 соб определения теплофиэичеаких свойств материала, включающий тепловое воздействие на поверхность полубесконечного в тепловом отношении ,образца по прямой линии на его поверх )p ности, регистрацию временного интер:вала, соответствующего заданному соотношению температур в двух точках на той же поверхности образца, измерение неподвижным датчиком темпера- 45 туры избыточной температуры на поверхности образца в точке контроля, не лежащей на линии теплового воздействия, и мощности теплового в<>здействия и определение по полученным данным теплопроводности и температуропровод-. ности материала <.:2 <.

Недостатками известного способа являются высокая погрешность определения теплофизических свойств материалов, связанная с трудностью обеспечения постоянной, линейной плотности энергии источника по линии теплового воздействия и необходимостью обеспечения заданной длительности импульсного теплового воздействия, 60 а также относительная слоя<ность осу" ществления данного способа иэ-за необхбдимости одновременного контроля температуры в двух точках на поверхности образца. 65

Целью изобретения является повышение эффективности способа эа счет уменьшения погрешности и упрощения процесса определения теплофизических свойств материала.

Цель достигается тем, что согласно способу определения теплофизических свойств материалов, включающему тепловое воздействие на поверхность полубесконечного в тепловом отношении образца по прямой линии на его поверхности, регистрацию временного интервала, соответствующего заданно му соотношению температур в двух точках той же поверхности образца, измерение неподвижным датчиком температуры избыточной температуры на поверхности образца в точке контроля, не лежащей на линии теплового воздействия, и мощности теплового воздействия и определение по полученным данным теплопроводности и температуропроводности материала, тепловое воздействие осуществляют сосредоточенным источником постоянной мощности, движущимся по прямой лиНии на поверхности образца с постоянной относительно образца скоростью, регистрируют временной интервал от момента прохождения движущимся сосредоточенным источником проекции на линию теплового воздействия точки контроля температуры до момента дости>хения максимальной избыточной температуры в точке контроля, измеряют максимальную избыточную температуру в этой же точке и дополни тельно измеряют скорость движения сосредоточенного источника относительно образца, после чего искомые величины рассуитывают по формулам где Л вЂ” теплопроводность; а - температуропроводность; — мощность источника; х, у — декартовы координаты точки контроля температуры;

V - скорость дви>хения источника относительно образца;

t .- интервал времени от момента прохоя<дения движущимся источ. ником проекции на линию теплового воздействия точки контроля температуры до момента достижения максимума избыточной температуры в этой точке;

Тм - максимальная избыточная температура.

На чертеже представлена схема устройства для реализации способа

10560 15 г(у, )= ехр л-У22 „. (М (2) х -чг., определения теплофизических свойств матери алов ..

На схеме обозначены подвижный сосредоточенный источник 1 энергии, :образец 2 исследуемого материала, точка 3 контроля температуры на 5 поверхности тела.

Сущность способа состоит в следующем.

Известно, что при воздействии, на поверхность полубесконечного )9 в тепловом отношении образца сосредоточенныгл источником энергии постоянной мсщности, движущимся с (постоянной относительно образцаскоростью по прямой линии на его поверхности, избыточная температура в расположенной на поверхности образца точке контроля определяется формулой

7(xxI= — еер (-V x/2a-ЧЕ(7» (, (е }

Ч

23(Л R где х и у — координаты точки контроля температуры на расположенной в плоскости

Х0У поверхности образца, в подвижной системе координат, начало которой совпадает с паложениемисточника теплового воз-, действия, а ось ОХ направлена вдоль. линии тепловдго воздействия на образец; ,q — гчющность источника., Э -. теплопроводность образца;З5

R= x +у2 - расстояние от источника

, до точки контроля тег(рпера- туры;

V - скорость движения источни-, ica относительно образца (46 а - температуропроводность об-; разца.

Известно, что в рассматриваемом случае максимум избыточной температуры в точке контроля достигается послед прохождения движущимся источником проекции точки контроля на линию.теп лового воздействия.

После прохождения этой проекции источником ее координата на оси ОХ щ определяется соотношением где — времяр отсчитываемое о™ мента прохождения движущимся источником проекции точки контроля температуры на-линию теплового воздействия.

После подстановки соотношения (2) в (1) имеет место следующее 60 . выражение для избыточной температу;ры в точке контроля

:„(Ч 7 7а V Vt,Ч7 2a) (3(условием максимума избыточной температуры в точке контроля ялвяется равенство нулю производной по времени функции (3 ) .

Продифференцировав (3) по времени и приравняв производную к нулю, получают формулу для температуропроводности образца

Ч2, 2 +е<г Ч,г Ч212 1/2 д М М, (4)

I °

2 м где e — ийтервал времени от момента

М прохождения движущимся источникогл проекции на линию теплового воздействия точки контроля температуры до момента достйжения максимума избыточной температуры в этой точке.

Определив и1 (4) t „ и подставив. его в (3), получим соотношение для расчета теплопроводности материала

Таким образогл, измерив интервал времени от момента прохождения сосредоточенным источником проекции на линию теплового воздействия точки контроля температуры, лежащей на поверхности полубесконечного в тепловом отношении образца, до момента максимума избыточной температуры в точке контроля, измерив само значение максимума избыточной температуры в этой точке, мощность источ.ника и скорость егог перемещения относительно образца, по формулам (4) и (5) определяют теплопроводность и температуропроводность исследуеглого материала.

Способ определения теплофизических свойств материалов позволяет

-значительно уменьшить погрешность определения характеристик и упростить этот процесс, так как в предлагаемом способе необходимо контролировать температуру только в одной точке на поверхности образца.

Кроме того, отсутствует необходимость контроля таких параметров источника, как длительность теплового воздействия на образец и постоянство линейной плотности энергии по ,линии теплового воздействия, кото;рые существенно влияют на погрешность

:определения теплофизических свойств материала.

1056015

Составитель B. Витюков

Редактор Н. Лаз аренко Техред с, Мигунова

Корректор A„Ильин

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 9290/34 Тираяс 873

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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