Способ определения теплофизических свойств материалов

Иллюстрации

Способ определения теплофизических свойств материалов (патент 1100549)
Способ определения теплофизических свойств материалов (патент 1100549)
Способ определения теплофизических свойств материалов (патент 1100549)
Способ определения теплофизических свойств материалов (патент 1100549)
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