Способ определения теплофизических свойств материалов

Способ определения теплофизических свойств материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕШЮФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ по авт.св. № 1032382, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей осуществляют нагрев образцов линейным источником энергии, расположенным перпендикулярно к направлению движения.образца, после чего по соответствующим формулам рассчитывают искомые величины.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

69) (11) З(51) С 01 N 25/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ г, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1032382 (21) 3416060/18-25 (22) 31.03.82 (46) 30.06.84. Бюл. М - 24 (72) В.В. Березин, В.И. Коростелев, Ю.А. Попов, В.Г. Семенов и С.N. Скорняков (71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени геологоразведочный институт им. Серго Орджоникидзе (53) 536.629.7(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 1032382, кл. G 01 N 25/18, 1981 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ MATEPHAJIOB no авт.св. Р 1032382, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей осуществляют нагрев образцов линейным источником энергии, расположенным перпендикулярно к направлению движения-.образца, после чего по соответствующим формулам рассчитывают искомые величины.

49 2

1 11005

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при определении теплофизических свойств материалов.

По основному авт.св. Р.1032382 известен способ определения теплофизических свойств материалов, включающий нагрев поверхностей последовательно расположенных эталонного и исследуемых образцов подвижным 10 точечным источником энергии и измерение предельной избыточной температуры.поверхнрсти образца по линии перемещения источника энергии. датчиком температуры, двигающимся с фиксированным отставанием от источника энергии j)j .

Недостатком известного способа является невозможность определения всего комплекса теплофизических свойств материала.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей способа.

Цель достигается тем, что согласно способу определения теплофизических свойств материалов осуществляют нагрев образцов линейным источником энергии, расположенным перпендикулярно к направлению движения, по:сле чего по соответствующим формулам рассчитывают искомые величины.

На фиг. 1 приведена схема расположения сосредоточенного источника энергии и датчика температуры относительно эталона с известными коэффициентом теплопроводности и объемной З5 теплеемкостью исследуемых образцов, на фиг. 2 — схема расположения линейного источника энергии температуры относительно эталона с извест 40 ным коэффициентом теплопроводности и объемной теплоемкостью. и исследуемых образцов.

Сосредоточенный источник 1 энергии и датчик 2 температуры помеще45 ны над эталоном 3 и исследуемыми образцами 4. Буквой Н обозначено направление перемещения сосредоточенного источника 1 энергии и датчика 2 температуры относительно эта- о . лона 3 и исследуемых образцов 4, Х расстояние отставания области измере" ния температуры датчиком температуры от пятна нагрева поверхности твердых тел сосредоточенным источником энер- 55 гии, X, — расстояние отставания области измерения температуры датчиком температуры от линии нагрева поверхности твердых тел линейным источником энергии.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

Измеряют начальные температуры поверхности эталона с известными коэффициентом теплопроводности и объемной теплоемкостью и поверхностей исследуемых образцов. Начальные температуры можно определить, перемещая датчик температуры вдоль поверхностей эталона и исследуемых образцов или измеряя температуры эталона и исследуемых образцов в любой точке их поверхностей, поскольку в пределах эталона и каждого из исследуемых образцов температура перед началом измерений должна быть одинакова, Затем сосредоточенный источник 1 тепловой энергии постоянной мощности (фиг. 1), например электрическую лампу типа КЗ-8-50 с малопротяженной нитью накала с встроенным сферическим зеркальным отражателем н малым пятном нагрева, сфокусированным на поверхности нагреваемых твердых тел и датчик температуры 2 (например, бесконтактный датчик, регистрирующий температуру нагреваемой поверхности по ее электромагнитному излучению оптическим способом), жестко связанный с сосредоточенным источником 1, начинают перемещаться с одинаковой и постоянной скоростью вдоль поверхности эталона 3 с известными коэффициентом теплопроводности и объемной теплоемкостью поверхностей исследуемых образцов 4 в направлении Н, при этом датчик 2 температуры располагается так, чтобы он измерял температуру нагреваемых поверхностей по линии перемещения пятна нагрева сосредоточенного источника 1.

Расстояние отставания Х области измерения температуры датчиком 2 температуры от пятна нагрева сосредоточенного.истдчника 1 устанавливают таким, чтобы выполнялось соотношение где К .- коэффициент сосредоточенности источника 1 энергии, который позволяет рассматривать источник как точечный.

Толщины эталона 3 и исследуемых образцов 4 должны быть не меньше расстояния отставания Х, чтобы можно было рассматривать процесс их нагрева как нагрев точечным источником полубесконечного тела.

3 1100549 4

После окончания периода теплона- Линейный источник 1 энергии и датсыщения датчик 2 температуры реги-, чик 2 температуры, жестко связанный стрирует предельную температуру на- с линейным источником 1 энергии, перегреваемой поверхности эталона 3, со- мешают вдоль поверхности эталона 3 и ответствующую установившемуся квази- исследуемых образцов 4 с одинаковой стационарному режиму нагрева. Ана- и постоянной скоростью.

I логично датчик 2 температуры реги- Расстояние отставания Х области стрирует предельные температуры по- измерения температуры датчиком 2 верхностей, нагреваемых сосредото- температуры от линии нагрева поверхноченным источником 1, для каждого из сти эталона 3 и исследуемых образцов исследуемых образцов 4. 4 линейным источником устанавливаПо разности предельной температу- ют таким, чтобы выполнялось соотноры нагрева эталона 3 и измеренной шение ранее начальной температуры этого, T5a эталона 3 определяют избыточную пре- 15 дельную температуру нагрева его по ;де Q — верхняя граница диапазона верхности. Затем по разности превозможного изменения коэфдельной температуры нагрева и измефициента температуропроводренной ранее начальной температуры ности для исследуемьм тверкаждого из исследуемых образцов. 4 2б дых тел определяют избыточную предельную ч — скорость перемещения. температуру нагрева поверхности для

После окончания периода теплонасыкаждого из исследуемых образцов 4. щения датчик 2 температуры регистрируДля каждого исследуемого образца ет предельную температуру нагреваемой коэффициент теплопроводности опре- .25 поверхности эталона 3, соответствуюделяют по формуле .. щую установившемуся квазистационар. ному режиму нагрева. Аналогично датT ово зт— 06P чик 2 температуры регистрирует прегдеЗО,3 — коэффициенты теплопро-. дельные температуры поверхностей, водности образца и зта- ЗО нагреваемых линейным источником 1 лона соответственно, энергии, для каждого из исследуемых

Тоз,T T- избыточные предельные . образцов 4. температуры образца и По разности предельной темпераэталона соответственно, туры нагрева эталона 3 линейным

После выравнивания температур по Ь5 источник0м 1 и измеренной ранее уста-. объему эталона и исследуемых образцов, новившейся температуры эталона 3 опреих измеряют. деляют избыточную предельную темПосле этого начинают перемещать ператУРУ нагРева его повеРхности . .линейный источник 1 тепловой энер- линейным источником 1 ° Затем по разгии постоянной мощности и датчик 40 ности предельной температуры нагрева

2 температуры в направлении Н вдоль по- 1 линейным источником 1 и измеРенной верхностей эталона 3 и исследуемых ранее установившейся температуры образцов 4,при этом располагают линей- каждого из исследуемых образцов 4 ный источник энергии 1 вдоль поверх-, определяют избыточную предельную Ф ности 3 и исследуемых .образцов 4 пер-45 температуру нагрева поверхности линейпендикулярно к направлению перемеще- . . ным источником 1 для каждого из исния Н. В качестве. линейного источни- следуемых обРазцов 4 ° ка 1 энергии можно использовать, на- При нагреве поверхности полубес= пример, электрическую лампу типа . конечного тела линейным подвижным ucKl" 220-1000 с протяженной прямой .50 точником энергии избыточная предельнитью, длина которой составляет 15 см, :ная температура нагреваемой поверхи с цилиндрическим отражателем, фоку- . ности этого тела в точке, перемещасирующим излучение лампы на поверх- ющейся вслед за источником с такой ность эталона и исследуемых образцов .же скоростью, что и источник, опредев виде прямой линии. Линейный источ-. Я ляется формулой ник 1 энергии можно также получить путем развертки вдоль прямой линии ауча лазера непрерывного действия.

1100549 где Т

Х

<0 мента Х лЕ2а 1 0

ВНИИПИ Заказ 4573/34 Тираж 823 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул,Проектная, 4 избыточная предельная температура нагреваемой поверхности полубесконечного твердого тела в точке, следующей за линейным источником с такой же скоростью, что и источник, — мощность линейного источника на единицу его длины, — коэффициент теплопроводности полубесконечного тела, — расстояние отставания точки, в которой определяется температура тела, от источника, — коэффициент температуропроводности твердого тела, — функция Бесселя второго рода нулевого порядка от аргу

Известно, что при расстоянии отставания, удовлетворяющем условию

7 5а

Х> — - — можно упростить функцию

Чх

Бесселя K0(ä ) следующим образом:

VX"

Подставляя упрощенное значение функции Бесселя в формулу для избыI точной предельной температуры Т нагреваемой поверхности полубесконечного твердого тела в точке, следующей за линейным источником с такой же скоростью, что и источник, и х.хнтывая, что

"A

5 а= —, ср где сп — объемная теплоемкость твердого тела, получают т vx в . % I VN i 2а % 2а Г iQ 2а

7i > на сан« ХЯЙх,,Г,--с

Это выражение справедливо и для эталона с известными коэффициентом теплопроводности " $> и объемной теплоемкостью (С Р ), которым соответствует измеренная для эталона при нагреве линейным источником избы- точная предельная температура Т

f и для каждого из исследуемых образцов с определенными для них ранее кОэффициентами тенлопроводности Я а и неизвестной объемной теплоемкостью (С ) Та««а«аааининаХ ДНХ остается йостоянной во время всего процесса нагрева линейным источником эталона и исследуемых образцов, то

30 объемную теплоемкость для каждого исследуемого образца можно определить по формуле:

Х эт ) ээ (салат (ср)„= Qbp