Способ определения теплофизических свойств материалов

Иллюстрации

Способ определения теплофизических свойств материалов (патент 1099253)
Способ определения теплофизических свойств материалов (патент 1099253)
Способ определения теплофизических свойств материалов (патент 1099253)
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.