Устройство для определения коэффициента теплопроводности твердых материалов

Устройство для определения коэффициента теплопроводности твердых материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ, содержащее пакет, собранный из пластин исследуемого материала, между тсоторыми расположен нагреватель, теплоприемники, теплозащитные экраны, -отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения коэффициента теплопроводности и распшрения диапазона измерений, пакет выполнен из двух частей, размещенных одна внутри другой с зазором, при этом внутренняя часть пакета установлена с возможностью контакта по всей поверхности с теплоприемниками, а наружная часть - с теплозащитными экранами , выполненными в виде сосудов, причем теплоприемники охвачены теплозащитW ными экранами с зазором.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК . аюВ <ш зш G О! N 25/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3580290/18-25

{22) 12.04.83 (46) 07.10.84. Бюл. Ф 37 (72) В.Г.Даниленко, В.К.Литвинов, Л.Г.Большинский и П.П.Гудилин (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро Донецкого физикотехнического института АН УкраинСКОН (53) 536.629.7 (088.8) (56) 1. Осипова В.А. Экспериментальное исследование процессов теплообмена N. "Энергия, 1969, с. 41-42.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 253412, кл. G 01 К 17/02, 1970. (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ, содержащее пакет, собранный из пластин исследуемого материала, между которыми расположен нагреватель, теплоприемники, теплозащитные экраны, о т л и ч а ю щ е— е с я тем, что, с целью повышения точности определения коэффициента. теплопроводности и расширения диапазона измерений, пакет выполнен из двух частей, размещенных одна внутри другой с зазором, при этом внутренняя часть пакета установлена с возможностью контакта по всей поверхности с теплоприемниками, а наружная часть — с теплозащитными экранами, выполненными в виде сосудов, причем теплоприемники охвачены теплоэащитными экранами с зазором.

l l l 75!! этом внутренняя часть пакета установлены с. воэможностью контакта по всей вертикальной поверхности с теплоприемииками R наружная часть — с теплозащитным . экранами, выполненными в виде сосудов,, причем теплопрпем охва«ены теплозащитными экранами с зазором.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг.2 — разрез А-А на фнг.1; ла фиг,3 — наружная часть пакета; на фиг.4 — внутренняя часть пакета; на фиг.5 — сборка пакета; на фиг.6 калориметрическая часть устройства, включающая теплаприемники и теплозащитные экрана.

Устройство содержит пакет, который выполнен из двух -астей — наружной части 1 и внутренней части 2. Внутренняя часть 2 пакета "остов.г из пластин 3 исследуемого материала и нагревателя

4, расположенного между ними (фиг.2).

Пластины 3, установленные во внутренней части 2 пакета, являю ."ся исследуемыми образцами, именно в этой, внутренней части 2 пакета производят измерение параметров исследуемого материала (фиг.4), Наружная часть 1 пакета имеет форму, например, прямоугольника и сос тоит из пластин 5 (фиг.3}, выполненных также из исследуемого материала и наг— ревателя 6, расположенного между ними„

Внутренняя часть 2 пакета установлена внутри наружной части 1 пакета с зазором, при этом наружная часть 1 пакета выполняет роль теплозащитного элемента (фиг.5) )Внутренняя часть 2 пакета установлена между теплоприемниками

7 и 8, выполненных в виде сосудов, заполненных охлалдающей жидкостью,, а наружная часть — между .теплозащитными экранами 9 и 10. Для завдты емники 7 и 8 охвачены соотвественно теллозащнтными экранами 9 и 10 с зазором, выполненными в виде сосудов с охлаждающей жидкостью (фиг.6). H теплоприемниках 7 и 8 установлены датчики 11 уровня. В верхней части теплоприемники 7 и 8 соединены трубопроводом 12 с системой измерения 13, а теплозащитные экраны 9 и 10 — трубопроводом; 14 и через вентиль 15 открыты на дренаж. В нижней части теплоприемники 7.8 и теплозащитные экрань; 9 и I 0 соединены с коаксиапьным т убопроводом 16. Теплоприемннки

7 и 8 соединены с теплозащитными экранами 9 и 10 в единые силовые конИзобретение относится к теплофиЗическим измерениям и служит для определения коэффициента теплопроводности различных теплоизоляционных материалов при криогенных температурах.

Известно устройство для определения коэффициента теплопроводности, состоящее иэ двух холодильников, двух горизонтально расположенных образцов, размещенного между образцами 10 электрического нагревателя, заключенНой в кожух теплоизоляции и подставки (l)

Недостатком устройства является то, что при горизонтальном располо- 15 женин исследуемых образцов условия теплосъема с охлаждаемых поверхностей различны, так как коэффициент теплоотдачи в верхнем холодильнике примерно в два раза выше, чем в ниж- 2О нем холодильнике при условии использования испарительных систем, характерных при проведении исследований на криогенных жидкостях. Определяемые с помощью устройства значения 25 коэффициента теплопроводности относятся к средней температуре образцов.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для определения теплопровод- Зо ности, состоящее из вертикально установленного нагревателя и прижатых к нему с двух сторон образцов иссле— дуемых материалов, пластин сердечника и поджимных пластин. Снаружи вся сборка окружена теплозащитными экранами.

Недостатком известного устройства является невозможность проведения исследований при криогенных температурах, так как с помощью пластин сердечника, выступающих в роли теплопри- от внешних теплопритоков теплоприемников, нельзя создать криогенные температуры на охлаждающей поверхности исследуемых пластин. 45

Целью изобретения является повышение, точности определения коэффициента теплопроводности материалов и расширение диапазона измерений.

Поставленная цель достигается тем,50 что в устройстве для определения коэффициента теплопроводности твердых материалов, содержащем пакет, собранный из пластин исследуемых образцов, между которыми расположен нагреватель, 55 теплоприемники, теплозащитные экраны, пакет выполнен из двух частей, размещенных одна внутри другой с зазором, при

1117 струкции, представляющие собой кало1 риметрические ячейки. Калориметрическая ячейка, состоящая из теплоприемника 8 и теплозащитного экрана

10 выполнена с возможностью перемеще- 5 ния и соединена с устройством 17 для поджима пакета. Устройство для измерения коэффициента теплопроводности помещено в вакуумную камеру (не показана), !0

Устройство работает следующим образом.

11аружную и внутреннюю части 1 и

2 пакета устанавливают соответствен. но между теплоприемниками 7 и 8 и теплозащитными экранами 9 и 10. Перемещением подвижной калориметрической ячейки с помощью устройства 17 поджимают пакет на заданную по условиям эксперимента величину, т.е. обес-, печивают контакт вертикальных поверхностей наружной части пакета с теплозащитными экранами 9 и !О, а внутренней части 2 пакета с теплоприемниками 7 и 8. По внутренней трубе трубопровода !6 охлаждающей жидкостью заполняют до заданного уровня теплоприемниками 7 и 8, а по наружной полости . — теплозащитные экраны 9 и 10.

Наличие зазора между теплозащитными 30 экранами 9, 10 и теплоприемниками

7 и 8 исключает внешние теплопритоки к последним; Тепловой поток от нагревателя 4, проходя через внутреннюю часть 2 пакета, вызывает испарение охлаждаюцей жидкости в теплоприемниках ? и 8. Пары жидкости поступают в систему измерения 13 параметров паров, где по их расходу и параметрам определяется тепловой поток, про- 4О шедший через внутреннюю часть 2 пакета. Кроме того, тепловой поток измеряется по количеству электроэнергии, расходуемой нагревателем 4. Уровень жидкости в теплоприемниках 7 и 8 под- 45 держивается постоянным системой поддержания уровня (не показана) по сигналам датчиков 11 уровня . Тепловой поток от нагревателя 6, проходя через наружную 1 часть пакета, вызывает ис- О парение охлаждающей жидкости в теплозащитных экранах 9 и 10, откуда пары жидкости по трубопроводу 14 через вентиль 15 дренируются в атмосферу. При этом температура нагревателей 4 и 6 поддерживается одинаковой. Благодаря тому, что температуры на поверхностях пластин 3 и 5, прилегающих соответст511 4 венно к нагревателям 4 и 6, равны и равны температуры поверхностей пластин 3 и 5, прилегающих соответственно к приемникам 7 и 8, в зазоре между внутренней частью 2 и наружной частью

1 не создается градиент температур.Такие условия исключают как тепловые потери с торцов внутренней части 2 пакета, так и внешние теплопритоки к ней, так как наружная часть 1 пакета, охватывая внутреннюю часть 2 пакета, является теплозащитным экраном для торцовых поверхностей внутренней части 2.

Таким образом, устройство позволяет измерять коэффициент теплопроводности материалов-с высокой точностью.

Эта достигается благодаря получению идентичного температурного распределения в поперечном направлении частей

1 и 2 пакета на обращенных друг к другу поверхностях. Такие условия обеспечиваются выполнением пакета из частей

1 и 2, расположенных одна внутри другой с зазором. При отсутствии градиента температур в поперечном направлении между частями 1 и 2 пакета (в зазоре между ними) отсутствуют потери тепла с торцовых поверхностей внутренней части 2 пакета.

Выполнением теплоприемников 7 и 8 в виде сосудов, эаполненйых охлаждающей жидкостью и охваченных с зазором теплозащитными экранами 9 и 10, выполненными также в виде сосудов, заполненных охлаждающей жидкостью, позволяет исключать как внешние теплопритоки к исследуемой внутренней части 2 пакета, так и потери тепла с ее торцевых поверхностей, что повьппает точность эксперимента. Конструкция теплоприемников и теплозащитных экранов — выполнение их в виде сосудов, дает воэможность опрецелять коэффициент теплопроводности материалов в широком диапазоне температур.

Предлагаемое устройство повышает точность определения коэффициента теплопроводности за счет исключения внешних теплопритоков к теплоприемникам и тепловых потерь с торцовых поверхностей исследуемых пластин. Это достигается как выполнением пакета из наружной и внутренней частей, расположенных одна внутри другой с зазором и снабженных каждая нагревателем, так и выполнением теплозащитных экранов в виде сосудов с охлаждЖацей жидкостью и охватывающих теплоприемники.

Филиал ППП "Патент", г. Укгород, ул. Проектная, 4