Способ определения теплового потока
Патент 448375
Авторы
Классы МПК
Способ определения теплового потока
Иллюстрации
Реферат
Оп ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социапистииеских
Республик (11) 448375 (61) Зависимое от авт. свидетельства— (22) Заявлен 4 3 «Оф, 72 (21)I775I49/ (б1) М. Кл. с присоединением заявки—
0- 0.1;й 25/I8
Государственный комитет
Совета Министров СССР
А0 делам изаоретеиий и открытий (32) Приоритет—
ОпубликовандОХО«74 Бюллетень № НО
Дата опубликования описания ?О«П «74 (53) удк об»2 (088»8) Ю.П Бобков С«И» Кулнпина I Л K. Сильвестров (72) Авторы изобретения
Всесоюзный научно-исследовательский институт прииенения газа в нарсднРм хозяйстве (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА
Изобретение относится к области определения теплопровопности
Л, теплоемкости Сс и температуропроводности а твердых тел и может быть использовано, напри- — s мер, в горной промышленности.
Среди известных методов определения теплофизических свойств, например, замороженных дисперснйх горных пород, наибольшей просто- 10 тои и наглядйостью обладает метод плоского теплового импульса, основанный на решении линейного дифференциального уравнения теплопровопности применительно к полуогра- 1а ниченному телу, когда на его конце в начальный момент времени действует мгновенный источник тепла мощностью Я,„ . КЯ о 4цГ 20 и -t = е и л уаг
rme4- температура в начальный момент времени 7 = о;
„„ <,4- температура а момент време- 25
2 — мощность источника — время действия источника; а — коэффициент температуропроводности исслецуемого образца;
x — расстояние до фиксированной точки в образце.
Из атой зайисимости следует, что изменение температуры со временем в фиксированной точке проходит через максимум 4м,к, которому соответствует промежуток времени Г . Тогда, если найти производную от температуры по времени и приравнять ее нулю, получим расчетное уравнение для коэффициента температуропроводности а=
Я т ми.кс
Коэффициент теплопроводности определяется из соотношения: о,гЛ а. с
F Хаме,кикс где Р— поверхность теплообмена.
Таким образом, для определения а и Я необходимо из опыта найти величину теплового импульса„ максимальную температуру в фиксированной точке образца и время поступления этого максимума.
Имеется разновипность этого метопа пля сферического образца, однако массовое изготовление сферических образцов достаточно сложно, что сужает область применения метопа. о
У
Для массовых испытаний наиболее приемлемым является плоский
Образец, например такой, который используется в способе определения удельной "åïëîåìêoñòè метопом мгновенного теплового импульса. Опнако опрепеление опной теплоемкости соверщенно непостаточно.
Известен также способ, когда в одном эксперименте определяют сразу две (т,е. практически все) теплофизические характеристики, учитывая существующую межпу ними зависимость 25
Я =аСо (Ц причем .данные измеряются в следующйх ениницах: л — крл-м . час. град; а — и /час.
c, — ккал/м - гра,п.
Норянок эксперимента слепую:ций.
0 серецину образца имеющего фовму ring сечением 0,2 х 0,2 м и цлйной 0,4 м, заклапйвают йолый лат нный пйск. Диск имеет трубки цля залива в йего жиц и установки термометра, которым измеряют его температуру. На некотором расСТОЯНИИ ОТ ПЛОСКОСти писка протИв
его центра в образце устанавливают термометр или термопару. Образец термостатируют Вместе с писком, после чего в начальный момент эксперимента в циск заливают опрепеленное количество рабочей жипкооти (воны), температура которой отличается от температуры образца. В результате в образце по обе стороны. " от циока симметрично сознаются тепловые волны, имитирующие волну мгновенного теплового импульса при которой температура в любой . точке образца повышается, постигает максимума, затем снижается (для случая охлажйения изменение бупет обратным, т.е. бунет происходить понижение темйературы, а затем повышение ее).
Рабочую жидкость через некоторое время выпускают из писка, предварительно измерив ее конечную
5 температуру, что пает возможность по ее теплоемкости определить интенсивность импульса, » гпе y — интенсивность импульса, ккал/м ;
Ю вЂ” мои ость источника;
F — площадь теплообмена, В эксперименте измеряют также время Z, в течение которого в точке образца .постигается максимальная (или минимальная) темпеатура, и величину последней йм ° о этим .данным вычисляют вначале температуропроводность образца:
2 Гма.кс где A. — расстояние точки замера от плоскости диска, м;
Г - время достижения максимума, час, а затем объемную теплоемкость по формуле х2 оо
Я
1/2 < 4at (-,) F X .77С F Х:(ф-й ) Fgg;tÄ) ® где Q — половина количества тепла, отпанного рабочей жидкостью за время пействия импульса, ккал, б- — w 7 — Л
Сж — теплоункость рабочей жидкости, ккал/м ; д — объем рабочей жидкости, м„
t»4 -- начальная и конечнац температура рабочей жицкости, С;
F — расчетная площапь образца (диска), м ;
- — йачальная температура образ. ца и максимальная температура его на расстоянии м от писка, С.
Теплопровонность опрепеляется расчетом по формуле (I).
Однако при использовании этого известного способа применяются громозпкие образцы, точное измерение импульса затруннено, так как надежно измерить среннюю температу ру ограниченного объема жидкости при интенсивном теплообмене практически невозможно, а теплоемкость жипкости изменяется с изменением температуры. Кроме того, расчетное определение теплопровопйости дает значительную погрешность, которую трупно оценить и проконтролировать; термостатирование громозпкого образца требует много времени. цель изобретения — повышение
НЯЗЬ точности, ускорение процесса измерения тейлофизических характеристик и обеспечение возможности экспериментального определения теплопроводности. 5
Цель достигается тем, что пло ский тепловой импульс создают отмеренным количеством кипящей жидкости с температурой кипения ниже температуры образца и измеряют )О время ее выкипания.
В качестве рабочей жидкости применяют жидкий азот.
С целью предотвращения искажающего измерейия паразитного под- . ls тока тепла с боковых поверхностей образца после выкипания жидкости. их временно теплоизолируют.
Для предотвращения утечки рабочей жидкости при ее подаче на ра- ю бочую поверхность применяют ограждающую непроницаемую для жидкости оболочку образца, которую выполняют из тонкого малотеплопроводного материала.
Теплоjизичeскиe характеристики твердых тел определяют следующим образом.
На горйзонтальную поверхность предварительно термостатированного )бразца подают отмеренное количест))о рабочей жидкости, кипящей при атмосферном давлений с температурой) кишения ниже, чем температура обра; ца; измеряют площадь этой поверхности, вре)ля выкипания жидкости, .иреия с момента подачи жидко-. сти на образец до момента, когда в
1 очке на расстоянии от поверхности образца температура достигнет своего минимального значения, минимальную температуру в указанной точке.
Ilo полученным .данным расчитывают те;.)пературопроводность по фор- 4" муле (I) объемную теплоемкость по ормуле (3) и теплопроводность по рму))е
Я &сх Q д, so ик ) / „2 (4-4к) 7 „ где к -время выкипания рабочей жидкости, час; — нло)))ядь рабочей поверхности образца, на котоуой выкипает рабочая жидкость, м ; температура рабочей жидкooTEEЭ ОО формула (4) получена из общеll,")нестного выражения HJI6 интегрально) о теплопритока к поверхности
6 полуограниченного тела с постоянной начальной температурой при . граничном условии первого рода.
Фактическая максимальная относительная погрешность эксперимента определяется из условия (I), например, по выражению
Пример . Устройство для определения теплофизических свойств твердых тел по предлагаемому способу должно содержать термостатирующую камеру (для выдерживания образцов), автоматический электронный потейциометр .для фиксирования изменения температуры в точке образца, секундомер .для отсчета времени выкипания, сосуд Дьюара для хранения рабочей жидкости и мерный сосуд для подачи рабочей жидкости на поверхность образца.
В исследуемом образце на расстоянии Х = 15-20 мм от торцовой рабочей поверхности образца извест ной площади сверлят канал .до оси образца диаметром окою I мм, куца вставляют термопару. Канал заделывают более теплопроводным, чем образец, материалом. Образец по образующей склеивают лентой,диаграммной бумаги выступающей над рабочеи поверхностью на 3Д-ao m. Oo разец выдержанный в камере при заданной температуре, подключают к потенциометру, отметив нача,ьную температуру образца, как можно быстрее (I-3 сек) на рабочую поверхность последнего подают отмеренное количество рабочей жидкости, одновременно включают секундомер и диаграммную ленту потенциометра. Кипение рабочей жидкости на поверхности образца является пузырьковым и происходит при коэффициенте теплоотдачи IO — IO ккал/м час граь
При этих .условиях температура поверхности практически равна температуре рабочей жидкости. Визуально отмечают момент выкипанйя жидкости на поверхности образца, выключают секундомер, фиксируя время выкипания жидкости t, на потенциометре записывается изменение температуры в точке образца на расстоянии х, пока не будет отмечен минимум температуры.
По записи отмечают время Г ! достижения минимума температуры tÄ
: в точке х
По полученным трем эксперимен. тальным параметрам t, t, t, 7
4485 известной теплоте исп ения рабочей жидкости ы, кка кг, и ее объемному весу I,, кг/м,,йлощади рабочей поверхности образца F, м4, температуре кипения рабочей жидкости,„ >начальной температуре образца . вычисляют величины а,сд, Я по формулам (I), (3), (4), а затем оценйвают погрешность экс- !о перимента по соотношению (5). б
8 Р@Впт зэОБРетениЯ способ определения теплового потока, подводимого к предварительно. термостатированному образцу при теплофизических измерениях, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса измерения, определенное количество жидкости -с температурой кипения ниже температуры образца подают на поверхность образца и измеряют время выкипания asmêîñòè.
Составитель BGPTOГ Рб«!!СКИЙ
Редактор И ОРЛОВ Э Техред Л. ЧаВУШЬЯН Корректор Ме НЭСтбфс) Щ
Заказ Я gQ Изд. га @) Тираж QQJ
Подписное
ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР ио делам изобретений и открытий
Москва, ll3035, Раушская наб., 4
Предприятие «Патент», Москва, Г-59, Бережковская иаб., 24