Способ определения истинного коэффициента теплопроводности частично прозрачных материалов

Способ определения истинного коэффициента теплопроводности частично прозрачных материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е п 473940

ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Соек Сплетении

Социалистических

Республик (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 29.04.72 (21) 1778449/26-25 с присоединением заявки № (32) Приоритет

Опубликовано 14.06.75. Бюллетень ¹ 22

Дата опубликования описания 26.09.75 (51) М. Кл. G Oln 25/18

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 536,2(088.8) (72) Авторы изобретения

В. А. Петров, В, Ю. Резник и С. В. Степанов

Институт высоких температур АН СССР (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИСТИННОГО КОЭФФИЦИЕНТА

ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ЧАСТИЧНО ПРОЗРАЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к области теплофизических измерений твердых частично прозрачных нерассеивающих материалов (стекол, монокристаллов окислов и солей) при высоких температурах, когда температурное поле формируется одновременно двумя процессами переноса энергии — переносом излучения и переносом тепла путем теплопроводности.

Известны способы определения истинного коэффициента теплопроводности частично прозрачных материалов при высоких температурах, которые основаны либо на непосредственном измерении температур на поверхности и внутри образца с помощью термопар, либо на измерении термопарами температур металлических прокладок, контактирующих с образцом.

В первом варианте с использованием непосредственного измерения температуры частично прозрачного материала с помощью термопар значительная погрешность обусловлена лучистым теплообменом между неизотермическими участками образца и термопарой, что приводит к регистрации некоторой фиктивной температуры, не соответствующей температуре образца в месте закрепления термочары. Кроме того, в этом случае трудно добиться хорошего контакта термопары с образцом и избавиться от погрешности, вызванной возмущением теплового поля при введении термопары в образец.

Во втором варианте при измерении температуры металлическиx прокладок значительная погрешность обусловлена контактным термическим сопротивлением между прокладкой и образцом.

Для уменьшения контактного сопротивления используют фольгу из мягкого высокотеплопроводного металла (медь, серебро, золото), которую прижимают к поверхностям об>0 разца. Применение этих мер позволяет снизить погрешность, вызванную несовершенством контакта. Однако даже в самых прецизионных исследованиях эта погрешность составляет не менее 3,50/О. Кроме того, одним из не15 достатков применения металлических прокладок, особенно при температурах выше 1500 С, является их взаимодействие с исследуемыми материалами, и, как следствие этого, неконтролируемое изменение коэффициента отраже20 ния на границе.

Для повышения точности измерения по предлагаемому способу нагрев образца осуществляют радиационным нагревателем, не контактирующим с образцом, а затем измеря25 ют температуру радиационного нагревателя и полный поток энергии.

Нагреватель может быть изготовлен из плоской металлической пластинки, например, из платины или вольфрама с известными on30 тическими характеристиками. Температуру нагревателя, который имеет в центральной

473940

Индексы + и — указывают на то, что интенсивность определяется для углов

0(6 (— и — (0 (-"

2 2 ат =0; пх,х=й (5) 15

/-(+h, (.") = - (h, Е) R(O). (6) H — — s i 1, (!, Ь) cos(3dvdQ (7) (г) (4.-) Предмет изобретения

1т (З) Способ определения истинного коэффициенdx Ix= — и 50 та теплопроводности частично прозрачных маIi (1 — Ri (9 )) (1 — R (6)) п териалов с использованием стационарного метода плоского слоя, отличающийся тем, — д, (":) Я (О) что, с целью повышения точности измерения, 1 (—" )) (1 — ) (О)) Ri ((*) „образец нагревают изотермичным радиацион1 — R, (8*) R (0) 55 ным нагревателем, измеряют температуру на(4) гревания и полный поток энергии, по которогде R) — коэффициент отражения. му судят об искомой величине.

Составитель А. Глушко

Редактор И. Шубина Техред 3. Тараненок Корректор Е, рогайлина

Заказ 2310/9 Изд. № 1556 Тираж 902 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 части изотермическую зону, можно измерять любым известным методом (контактным или бесконтактным). Кроме того, сам нагреватель на опытном участке может служить термометром сопротивления.

Вблизи нагревателя помещают плоский образец исследуемого частично прозрачного материала. Со стороны образца, противоположной нагревателю, помещают холодильник, в качестве которого может использоваться либо холодная модель черного тела, либо холодная металлическая пластина с известными оптическими характеристиками.

В качестве примера рассмотрим один из вариантов расчетной схемы, которая может быть использована для вычисления истинного коэффициента теплопроводности.

Уравнения лучисто-кондуктивного переноса в плоском слое поглощающей нерассеивающей среды толщиной 2h с известными оптическими свойствами при условии нагрева образца изотермичным радиационным нагревателем с известной температурой и оптическими свойствами с учетом излучения образца в направлении холодной модели черного тела (ось Х совпадает с направлением теплового потока) следующие:

dl„

-„ - сов О = — 1, и +аЧ,, /г.,; (1) — Л вЂ” +j j 1 соБО dv4Q)= — О, (2)

dx., х

d i d dx T i r I ð r i (;) (4-..) где I, — интенсивность излучения (функция

Х и О); Π— угол, отсчитываемый от положительного направления оси Х); Й., — коэффициент поглощения; n., — коэффициент преломления; ) — коэффициент теплопроводности; Т вЂ” температура; И вЂ” телесный угол от

0 до 4зт,. v — частота (указывает на спектральную зависимость); p — относится к черному телу; величины, не имеющие индекса, относятся к образцу.

Для упрощения записи в дальнейшем индекс v опускается.

Для однозначного решения задачи необходимо задание граничных условий. На левой границе: соответственно; 1 — относится к нагревателю.

Угол О" связан с углом 0 законом Снелла.

Коэффициент отражения исследуемого образ10 ца определяется через его оптические постоянные и и и по формулам Френеля.

На правой границе:

Уравнения (1 и 2) с граничными условиями

20 (3 — 6) определяют интенсивность 1, (О), а с ней и полный полусферический поток энергии

25 как функцию оптических параметров и, Й, R> геометрического параметра h, коэффициента теплопроводности i. и измеряемого параметра

Т. В том случае, когда используют приемник

30 излучения конечным углом визирования, интегрирование в уравнении (7) производят не по всему полусферическому телесному углу

4л, а по углу, соответствующему углу визирования.

35 Для известных параметров Й, /е и R), заданной толщины слоя 2п и измеренной в опыте температуры Т, строят график функции О =

= /тд().), и по-известному О, измеренному в опытах, определяют истинный коэффициент

40 теплопроводности.

Таким образом, предло>кепный способ определения истинного коэффициента теплопроводности твердых частично прозрачных нерассеивающих материалов позволяет повысить

45 точность измерений.