Способ определения теплофизических свойств материалов

Способ определения теплофизических свойств материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ, состоящий в том, что при отсутствии теплообмена с окружающей средой последовательно осуществляют подвод тепла к поверхностям исследуемого и контрольного образцов от точечного источника, перемещаемого по прямой линии с постоянной скоростью, регистрируют значение температуры на той же линии при фиксированном отставании от источника, о т л ичающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей способа за счет дополнительного измерения коэффициента температуропроводности , дополнительно осуществляют конвективный теплообмен поверхности ; образцов с окружающей средой при фиксированном значении коэффициента теплоотдачи и подвод тепла к поверхностям образцов, при этом коэффициент температуропроводности определяют по формуле

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (П) Э(51) G 0 1 N 25 18

GANCAHHE ИЗОБРЕТЕНИ

К ABTOPCHOhhV СВИДЕТЕЛЬСТВУ еь„»,:; ( ()o

Qg

1-—

7 () o коэффициенты температуропроводности исследуемого и контрольного образцов; избыточные предельные температуры поверхности гдеа и а в исследуемого образца соР ответственно при отсутс"гвии и наличии теплообмена с окружающей средой; избыточные предельнйе температуры поверхности для. контрольного образца. гдеа „и —

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3560989/18-25 (22) 09.03.83 (46) 23.06.84. Бюл. )) 23 (72) 10.A.Ïoïoâ (71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени геолого-разведочный институт им. Серго Орджоникидзе (53),536.2(088.8) (56) 1. Попов 10.A. и др. Обнаружение отслоений в трехслойных изделиях с использованием быстродействующего тепловизора. "Дефектоскопия", 1975, )) 6, с.62.

2. Авторское свидетельство СССР но заявке )) 3379088/26-25, кл. G 01 N 25/18, 27.09.82 (прототип) . (54.) (57 ) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОИСТВ МАТЕРИАЛОВ, состоящий в том, что при отсутствии теплообмена с окружающей средой последовательно осуществляют подвод тепла к поверхностям исследуемого и контрольного образцов от точечного источника, перемещаемого по прямой линии с постоянной скоростью, регистрируют значение температуры на той же линии при фиксированном отставании от источника, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей способа за счет дополнительного измерения коэффициента температуропроводности, дополнительно осуществляют конвективный теплообмен поверхности . образцов с окружающей средой при фиксированном значении коэффициента теплоотдачи и подвод тепла к поверхностям образцов, при этом коэффициент температуропроводности определяют по формуле

1099253

Указанная цель достигается тем, что согласно способу определения теплофизических свойств материалов, состоящему в том, что при отсутствии теплообмена с окружающей средой последовательно осуществляют подвод тепла к поверхностям исследуемого и контрольного образцов от точечного источника, перемещаемого по прямой 60 линии с постоянной скоростью, регистрируют значение температуры на той же линиии при фиксированном отставании от источника, дополнительно осуществляют конвективный теплообмен по- у

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для определения теплофизических свойств материалов, например при геофизических исследованиях.

Известен способ определения тепло- 5 физических свойств твердых тел, заключающийся в том, что поверхность тела, теплофизические особенности которого предстоит исследовать, нагревают в течение определенного интервала времени равномерно распределенным источником, а затем после выключения источника через некоторое время задержки регистрируют температурное распределение на- 15 гретой поверхности и по температурным аномалиям судят о наличии областей, отличающихся от соседних областей измененными теплопроводностью и теплоемкостью (1).

Недостатком такого способа является необходимость строгого выдерживания временного интервала нагрева образца и временной задержки между моментом окончания нагрева и моментом регистрации температурного распределения нагретой поверхности, что приводит к усложнению способа и снижению его эффективности.

Известен способ определения теплофизических свойств материалов,заклю- 30 чающийся в том, что при отсутствии теплообмена с окружающей средой, последовательно осуществляют подвод тепла к поверхностям исследуемого и .контрольного образцов от точечного З5 источника, перемещаемого по прямой. линии с постоянной скоростью и регистрируют значения температуры на той же линии при фиксированном отставании от источника j2) .

Однако ввиду использования только одного режима изменения- теглового состояния образцов функциональные воэможности способа являются узкимипозволяют определять лишь теплопроводность и не позволяют определять температуропроводность образцов.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей способа за счет дополнительного измерения коэффициента температуро- 50 проводности. верхности образцов с окружающей средой при фиксированном значении коэффициента теплоотдачи и подвод тепла к поверхностям образцов, при этом коэффициент температуропроводности определяют по формуле где О и а„— коэффициенты температуропроводности исследуемого и контрольного образцов.

9 н 8 — избыточные предельные температуры поверхности исследуемого образца соответственно при отсутствии и наличии теплообмена с окружающей средой;

8 и6„ — избыточные предельные ок температуры поверхности.

На чертеже схематично показана установка, реализующая предлагаемый способ.

Установка содержит точечный источник 1 энергии, датчик 2 температуры, узел 3 охлаждения, помещенные над контрольным образом 4 и испытуемыми

Образцами 5. Стрелкой Н обозначено направление .перемещения точечного источника 1 энергии, датчика 2 температуры и узла 3 охлаждения относительно образцов 4 и 5.

Способ осуществляют следующим образом.

Нагревают контрольный образец 4 и испытуемые образцы 5 при отсутствии их теплообмена с окружающей средой подвижным точечным источником 1 тепла, измеряют датчиком температуры, движущимся вслед за источником энергии с такой же скоростью, предельные приращения температур от начального уровня:око контрольного образца и

8o„ бог г о, исследуемых образцов °

На основании полученных данных определяют коэффициент теплопроводимости каждого из исследуемых образцов

5 по формуле ок (2) где Я, и A — коэффициенты теплопроводности -го и контрольного образцов;

8ки 6о; — избыточные предельные температуры контрольного и -го исследуе. мого образцов.

Затем Dcóöåñòâëÿþò конвективный тенлообмен поверхностей образцов с окружающей средой при фиксированном значении коэффициента теплоотдачи, достигаемый за счет узла 3 охлаждения, например компрессора или вентилятора, направляющего поток воздуха на нагреваемые поверхности.

Далее, как и на предыдущем этапе испы1099253 (3) Составитель В.Вертоградский

Редактор Р.Цицика Техред М. Гергель

Корректор А.Зимокосов

Заказ 4365/37 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4 тания, осуществляют подвод, тепла к поверхностям образцов от точечного источника тепла, перемещаемого по прямой линии с постоянной скоростью, и регистрируют значения предельных приращений температур: 9к контрольного образца и 6, В,,..., 8; исследуемых образцов.

При этом для каждого из образцов

5 справедливо соотношение где о — коэффициент теплоотдачи;

al — коэффициент температуропроводности; скорость движения источника и измерителя температуры; расстояние между точками теплового воздействия и регистрации температуры на поверхности образца.

Формула (3) справедлива при выполнении условия Х )

7 5а

Ч

Из формул .(2) и (3) для исследуемого и контрольного образцов следует формула (1) .

Пример. При определении теплофизических свойств трех образцов твердых тел (образцов горных пород) в качестве подвижного точечного источника тепловой энергии используют луч лазера непрерывного действия типа,ИЛГН-705 с постоянной мощностью л 1 Вт и дйаметром пятна нагрева 2 мм. Избыточную предельную температуру регистрируют бесконтактным датчиком по электромагнитному излучению поверхности нагреваемых образцов.

Устанавливают исследуемые и контрольный образцы на рабочую площадку установки. В качестве контрольного образца используют стекло

KB для которого Ъ =1,35 Вт/ (м к), а = 8,27. 10 м7с.

Нагревают образцы подвижным лучом и регистрируют избыточные предельные температуры нагрева датчиком температуры, перемещающимся со скоростью ,Ч =5 10 м/с при фиксированном отставании jx(= 2,0 10 м от источника энергии.

Избыточные предельные температуры нагрева равны; С: Око =5 9, Юо, =6 ° 2þ i90z = 5,, 9оз = 4 9 °

По ФоРмУле (2) определяют тепло5 проводность каждого из исследуемых образцов: 3g =1,28 Ьт/(м Е); 3

1,48 Вт/(м ° K) A =1,63 Вт/(м К) .

Повторно нагревают образцы подвижным лучом, одновременно нагреваемые поверхности образцов подвергают охлаждению струей сжатого воздуха при расходе воздуха 0,3 10 м /с, при этом регистрируют избыточные предельные температуры нагрева образцов датчиком температуры, перемещающимся с прежними скоростью и отставанием от источника энергии.

Повторно зарегистрированные избыточные предельные температуры нагрева равны, С: 9к =3,8; 9 =3,9;

20 9 =3 5; 6 =3 2.

По формуле (1) определяют темпе-ратуропроводность каждого из исследуемых образцов, м /c: а, =8,14 10

Og =9,65. 10; а =.1,14. 10.

25 Преимущество предлагаемого способа заключается в том, что он позволяет за одно измерение определить совместно теплопроводность,температуропроводность исследуемых материалов. щ .При этом можно определить как теплофизические свойства образца в целом, так и теплофизические свойства каждой области образцов в отдельности.

Технико-экономическая эффективность способа заключается в повышении производительности труда за счет сокращения времени единичного измерения и точности измерений.

По сравнению с базовым объектом— стационарным способом измерения на . образцах в виде пластин время экспе.

45 римента сокращается приблизительно в 10 раз. При этом возрастает точность определения локальйых значений тепло физических коэффициентов в 1,5-2

-раза.

Способ может найти применение при определении теплофизических свойств горных пород, строительных материалов, в.исследовательской практике и при технологическом контроле.