Способ определения теплофизических свойств материалов

Способ определения теплофизических свойств материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к тепловым испытаниям, а именно к определению теплофизических свойств материалов. Цель изобретения - повышение точности определения. Измерение проводят на плоском образце, зажатом между двумя протяженными контрольными образцами, В одной плоскости контакта задают периодические колебания теплового потока , а в другой плоскости регистрируют изменения температуры. Измеряют термические сопротивления и теплоемкости контактных слоев, исходя из их геометрических размеров и теплофизических характеристик. Эти же величины могут быть определены на основании измерений постоянных составляющих температуры на контактных поверхностях контрольных образцов и измерений постоянной составляющей теплового потока. Тепловые сопротивления и теплоемкости контактных слоев используются для вычисления поправки к расчетному расстоянию между источником тепла и регистратором температуры. Введение этой поправки обеспечивает повьшение точности. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. (О

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (50 4 G 01 N 25 18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 1004844 (21) 3915962/3 1-25 (22) 29.04.85 (46) 23.08.87. Бюл. N - 31 (71) Казанский государственный университет им. В.И.Ульянова-Ленина (72) С.А.Николаев, А.Н.Саламатин и Н.Г.Николаева (53) 536.2(088.8) (56) Филиппов Л.П. Измерение тепловых свойств твердых и жидких металлов при высоких температурах -М.: МГУ, с. 141-146.

Авторское свидетельство СССР

У 1004844, кл. G 01 N 25/18, 1980. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к тепловым испытаниям, а именно к определению теплофизических свойств материалов.

Цель изобретения — повышение точности определения. Измерение проводят на плоском образце, зажатом между двумя протяженными контрольными образцами,.

В одной плоскости контакта задают периодические колебания теплового потока, а в другой плоскости регистрируют изменения температуры. Измеряют термические сопротивления и теплоемкости контактных слоев, исходя из их геометрических размеров и теплофизических характеристик. Эти же величины могут быть определены на основании измерений постоянных составляющих температуры на контактных поверхностях контрольных образцов и измерений постоянной составляющей теплового потока. Тепловые сопротивления и теплоемкости контактных слоев используются уу для вычисления поправки к расчетному расстоянию между источником тепла и регистратором температуры. Введение этой поправки обеспечивает повышение точности. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1332210

Изобретение относится к тепловым испытаниям, а именно к определению теплофизических свойств материалов.

Целью изобретения является повы5 шение точности определения.

На чертеже представлена схема взаимного расположения образцов, источника тепла и измерителей температуры. 10

На схеме показаны контрольные образцы 1 с известными и равными теплофизическими свойствами, представляющие собой полубесконечные среды, плоский источник 2 периодических колебаний теплового потока, например элект1 рический нагреватель из металлической фольги, контактные зазоры 3, включающие, в частности, клеевые слои, фольгу и диэлектрическую подложку плоского нагревателя,, слои наполнителя, компенсирующие шероховатость и волнистость контактируемых поверхностей образца и контрольных тел, иссле— дуемый образец 4 в форме пластины, 2б датчики 5 температуры.

Способ определения теплофизических свойств материалов осуществляется следующим образом.

Задают фиксированные частоту и ам- ЗО плитуду синусоидальных тепловых колебаний нагревателя. Производят измерение амплитуды и сдвига фазы синусоидальных колебаний температуры во вто— ром контрольном образце. Определяют термические сопротивления теплоемкости контактных зазоров, исходя из размеров и теплофизических свойств материалов, размещенных в контактных зонах. Рассчитывают искомые характерис40 тики, при этом входящее в расчет расстояние между источником тепла и измерителем температуры корректируют с учетом указанных параметров. Повышение точности при этом непосредственно

45 связано с учетом влияния промежуточных термических слоев на характер теплопереноса в системе из исследуемого и контрольного образцов.

Когда определение свойств контакт- . ных слоев, исходя из их геометрических и теплофизических характеристик, является не эффективным с точки зрения точности, они определяются на основании регистрации постоянных составляющих температуры на поверхностях контрольных образпов, сопрягаемых с исследуемым образцом, и регистрации постоянной составляющей теплового потока. Посредством этого достигается повышение точности, обусловленное учетом влияния промежуточных термических слоев.

Пример 1. Образец (плавленый кварц) толщиной 12 мм помещают между контрольными образцами из плавленого кварца с теплопроводностью 1,34 В,/м К

7 и температуропроводностью 8,3 10 м /c.

Задают колебания теплового потока амплитудой 315 Вт/м и частотой

0,0314 рад, с,. Чистота обработки образца и контрольных тел 8 класс. На границе сопряжения образца с полуограниченным телом помещается плоский нагреватель„ выполненный из нихромовой фольги толщиной 2 10, приклеен— ной на торец полуограниченного тела, с другой стороны нагревателя приклеена диэлектрическая подложка из слюды толщиной 1 10 м. Датчики температуры расположены на торцах полуограни ченных тел, а плоскость контакта и полуограниченных тел заполнена глицерином.

Измеряемые параметры — амплитуда колебаний температуры равна 0,1117 К, а определяемые теплофизические свойства образца без учета параметров зазора равны соответственно

1,25 Вт/м ° К, а = 7,85 ° 10 м /с. Как следует из данных аттестации образца, погрешность определения теплопроводности образца порядка 7%, а температуропроводности 5%. В этом теплофизическом эксперименте параметры контактных зазоров можно определить путем измерения толщины зазоров при известных теплофизических свойствах заполнителя, а термическое сопротивление и теплоемкость этих зазоров r„

28 ° 10 м1/Вт, r = 01 10 мК/Вт, c> = 147 Дж,/м -К; с = 1 Дж/м K, C ° учетом термических сопротивлений и теплоемкости контактных зазоров теплопроводность и температуропроводность образца равны соответственно

1,33 Вт/м К, а = 8,28 ° 10 м /с.

Следовательно, при определении термического сопротивления и теплоемкостей зазоров с последующим учетом прИ определении теплофизических свойств образца погрешность определения уменьшается в несколько раз.

Пример 2. Условия проведения эксперимента те же, что в примере 1.

Образец — горная порода (крупнозер— нистый песчаник) толщиной 15 мм. Для крупнозернистого песчаника параметры контактного зазора нельзя опреде1332210

/,Га, +, /,1 ), где, а а

L д 1 .(г„+г )

;)), где Т,, Т

45 лить с высокой степенью достоверности путем измерения толщины и заполнения зазора веществом с известными теплофизическими свойствами из-за больших неоднородностей в шероховатости образца. Поэтому определение термического сопротивления и теплоемкости зазоров проводится по временному измерению регулярной составляющей температуры с последующим учетом этих параметров при определении теплофизических свойств образца. Амплитуда колебаний температуры равна 0,0731 К, а определяемые теплофизические свойства образца без учета термического сопротивления и теплоемкости зазоров соответственно равны Д = 1,58 Вт/м К, a = 7,86 10 м /с.

Изменение регулярной составляющей

20 температуры на торцах полуограниченных тел для левого и правого зазоров соответственно равны Т = 3,15 К,.

Т = 1,62 К, а значения термических сопротивлений и теплоемкостей контактных зазоров — r<+r 2 = 8,2 10 м К/Вт, с +с = 620 Дж/м К соответственно.

1 2

Значение теплопроводности и температуропроводности образца с учетом параметров контактного слоя соответст30 венно равны ((= 1,96 Вт/м К, а

9, 05- 10 м /с.

Определение теплофизических свойст по предлагаемому способу позволяет значительно уменьшить погрешность определений и упростить подготовку образцов. формула изобретения

Способ определения теплофизических свойств материалов по авт. св.

Р 1004844, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения, дополнительно измеряют термические сопротивления и теплоемкости зон тепловых контактов и определяют поправку к используемому при расчете расстоянию между поверхностью первого контрольного образца, контактирующей с исследуемым образцом и точкой регистрации температуры по формуле ?,=(Я Л (г",+r )+4а а (с, +с :) /Д,(/а/ теплопроводность, температуропроводность исследуемого образца соответственно, теплопроводность, тепературопроводность контрольных образцов;.

r„, r„, с, с — термические сопротивления и теплоемкости контактных зазоров между измеряемым и контрольным образцами.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что определения термических сопротивлений и теплоемкости контактных зазоров осуществляют путем измерения постоянных составляющих температуры на поверхности контрольных образцов, сопрягаемых с исследуемым образцом и постоянной составляющей теплового потока по формулам

r +г =2(Т -Т ) /Q(1 — (1.,L/2((й„а,()— значения постоянной составляющей температуры на торцах контрольных образцов, постоянная составляющая теплового потока, время измерения температуры.

Составитель В.Вертоградский

Редактор И.Шулла ТехредМ.Ходанич Корректор А.Обручар

Заказ 3825/39 Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4