Способ определения теплои температуропроводности материалов

Способ определения теплои температуропроводности материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОИ ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ, включающий воздействие на термостатируемый при постоянной температуре образец несколькими линейньпии источниками тепла, находящимися в исследуемом образце на одинаковом расстоянии и расположенными симмет-рично относительно одного датчика температуры, регистрацию изменения температуры в образце, по которому судят об искомых параметрах, о т лич ающи и с я тем, что, с целью уменьшения времени и повышения точности определения искомых теплофизических характеристик, осуществляют однократное импульсное тепловое воздействие на образец всеми источниками тепла с постоянной и одинаковой для каждого из них мощностью, величина которой выбирасл ется из условия, что температура исследуемого образца при тепловом воздействий будет на 10-15% меньше температуры фазового перехода исследуемого материала.

СО)ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(52) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3568145/18-25 (22) 28.03.83 (46) 23.03.84. Бюл. Р 11 (72) В.П. Чернышов, Ю.Л. Муромцев, Т.И. Рожнова и Е.И. Глинкин (71) Тамбовский институт химического машиностроения (53) 536.629.7(088.8 ) (56) 1. Осипова В.A. Экспериментальное исследование процессов теплообмена. N ° "Энергия", 1979, с.119.

2. Вишневский Е,Е. Методы определения термических характеристик неметаллических материалов, — В кн .:

Тепло- и массоперенос в процессе испарения. М., АН СССР, 1958, с.236.

3. Авторское свидетельство СССР Р 859893, кл.G 01 N 25/18, 1979 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОИ ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ, включающий воздействие на термоста1 тируемый при постоянной температуре образец несколькими линейными источниками тепла, находящимися в исследуемом образце на одинаковом расстоянии и расположенными симметрично относительно одного датчика температуры, регистрацию изменения температуры в образце, по которому судят об искомых параметрах, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения времени и повышения точности определения искомых теплофизических характеристик, осуществляют однократное импульсное тепловое воздействие на образец всеми источниками тепла с постоянной и одинаковой для каждого из них мощностью, величина которой выбирается из условия, что температура исследуемого образца при тепловом воздействии будет на 10-15% меньше температуры фазового перехода исследуемого материала.

1081507

Изобретение относится к технической физике, а именно к области исследований теплофиэических свойств веществ материалов, и может найти широкое применение в народном хозяйстве при производстве искусственных Материалов, Известен способ определения теплофиэических характеристик материалов, основанный на использовании начальной стадии теплового возмущения в теле. Способ состоит в том, что исследуемое и "эталонное" тела термостатируют при различных температурах, а затем приводятся в контакт по плоскости, после чего регистрируется температура в плоскости контакта (1 J.

Недостатком данного способа является низкая точность, обусловленная невозможностью строгого выполнения граничных условий при его реализации, Известен также способ определения теплофиэических характеристик материалов, состоящий в том, что образец термостатируют при постоянной температуре, воздействуют на него источником тепла постоянной мощности по линии, проходящей в теле образца на заданном расстоянии от этой линии 2 .

Недостатком данного способа является также малая точность обусловления неучетом погрешности, связанной с изменениями материала иэ-эа температурного воздействия на него и температурозависящими потерями тепла.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ определения тепло- и температуропроводности материалов, включающий воздействие на термостатируемый при постоянной темнературе образец несколькими источниками тепла,находящимися в исследуемом образце на одинаковом расстоянии и расположенными симметрично относительно одного датчика температуры, реги:страцию изменения температуры в образце ГЗ 3.

Недостатком известного способа является длительное время проведения эксперимента, связанное с необходимостью многократного термостатирования и поочередного подключения увеличивающегося от опыта к опыту количества источников тепла, а также ограниченная точность, вызванная необходимостью измерения малой по величине избыточной температуры, значение которой в каждом опыте постоянно и ограниченно, так как с увеличением количества источников тепла мощность каждого из них уменьшается пропорционально их числу и равна значению для случая теплового воздействия одного источника.

Целью изобретения является уменьшение времени и повышение точности определения искомых теплофизических

5 характеристик.

IJåëü достигается тем, что согласно способу Определения гепло- и температуропроводности материалов, включающему воздействие на термостатируемый при постоянной температуре образец несколькими линейными источниками тепла, находящимися в исследуемом образце на одинаковом расстоянии и расположенных симметрично относительно одного датчика температуры, регистрацию изменения температуры в образце, по которому судят об искомых параметрах осуществляют однократное испульсное тепловое воздействие на образец всеми источниками тепла с постоянной и одинаковой для каждого иэ них мощностью, величина которой выбирается иэ условия, что температура исследуемого образца при тепловом воздей25 ствии будет на 10-15Ъ меньше температуры фазового перехода исследуемого материала, после чего искомые характеристики вычисляются по формулам

30 (1 2) T(x,÷,-. ) -. (О О 2) 2.

Ф Г С

1 "2 и

C= h(a

40 где х,у — текущие:координаты; — время;

Т(х,у ф -температуры в точке и Т .УО,2 расположения термопре45 образователя соответственно в момент времени

Т1 и 62

r — расстояние от термопреобразователя до линейных

50 источников;

Л, e. — коэффициенты тепло- и температуропроводности исследуемого материала; количество тепла, выде55 ляемое с единицы длины .линейных источников тепла;

C — удельная теплоемкость.

Таким образом, после одновременного теплового воздействия от всех источников тепла, определив значение температуры в точке, расположенной на одинаковом расстоянии и симметрично источникам в два различных момента времени „ и, и зная мощ65 ность каждого источника по формулам

1081507

tDТ

Т (х,у, ) а в предлагаемом способе как (6) 40

4у хР(- 4 ) (4) Т (х,у, Г) 45

Составитель B. Битюков

Редактор л. Гратилло Техред и.йетелева . Корректор Г. Решетник

Заказ 1538/37 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r, Ужгород, ул. Проектная, 4 (1 ) — (.З ), можно рассчитать искомые характеристики.

Для реализации предлагаемого способа использовались пластины из полиметилметакрилата толщиной 1 мм, между которыми размещались четыре линей- 5 ных нагревателя из нихромовой проволоки ф = 0,2 мм, симметрично на одинаковом расстоянии т = 2 мм от источника помещался термопреобразователь в виде хромель-копелевой микротермо- 10 пары, электроды которой ф = 0,15 мм сварены встык и расположены параллельно линиям действия источников тепла. При проведении эксперимента на каждый источник одновременно подавалась мощность Q = 78 Вт/м, изглерялась температура в интервале 3540, а с момента подачи теплового импульса погрешность температурно-временных измерений не превышала 3-5%, коэффициент температуропроводности при этом получился а = 1,14 -10 м /с.

2,01 - 10 - -, отсюда погрешность измерений в первом случае 6,2% а во втором случае 4,8%, по сравнению со справочными данными для исследуемого материала. Время проведения эксперимента в предлагаемом способе не более 1 мин (длительность импульсного теплового воздействия

1-2 с ), а в известном способе время эксперимента не менее 5-6 ч, так как время термостатирования образца между циклами измерения 30-40 мин, а число циклов 6-10, то очевидно,что время проведения эксперимента в пред-35 лагаемом способе сократилось более, чем в 300 раз.

В известном способе значение измеряемой температуры определяется как где Q — общая мощность теплового воздействия, которая подается вначале на один источник, затем делится поровну на два источника, три, четыре и т д. до и.

В предлагаемом способе амплитудное значение измеряемой температуры равйо где n — число источников тепла;

Я, — мощность одного источника, равная общей мощности всех источников в известном способе.

Отсюда амплитудное значение контролируемой в процессе эксперимента температуры в предлагаемом способе в и раз больше, чем в известном. Относительная погрешность измерения температуры в известном способе определяется по формуле где +дТ вЂ” абсолютная погрешность измерения в первом и втором случаях.

Из формул (4) и (5) очевидно,что погрешность температурных измерений в предлагаемом способе в и раз меньше, чем в известном, так как

Т (х,у„, т ) в и раз больше, чем

Т (хо,yo, 1,.а время проведения эксперимента сократилось более, чем в 300 раз.

Таким образом, однократное тепловое воздействие на образец и выбор мощности каждого источника из условия, что избыточная температура исследуемого образца при тепловом воздействии будет на 10-153 меньше температуры фазового перехода (это условие с заданным запасом позволяет сохранить структуру и теплофизические свойства исследуемого материала), в отличие от известного способа повышает быстродействие и уменьшает погрешность температурно-временных измерений, что позволяет с большей производительностью и точностью определять тепловые свойства исследуемых веществ материалов и широко применять способ в практике теплофизических измерений.