Способ определения теплофизических характеристик материалов

Способ определения теплофизических характеристик материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

AR

; л р,еЙкблкмтаик щ А

Союз Советскии

Социалистических

Республик

С)П ИКАНИЕ

pl >Q5P ETE Н И Я

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

479 03I (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 22.01.73 (21) 1876832/26-25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритст—

Опубликовано 30.07.75. Бюллетень ¹ 28

Дата опубликования описания 27.02.76 (51) М. Кл. G 01п 25/18

Государственный комитет

Совета Министров СССР оо делам иэооретений н открытий (53) УДК 536.2 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. Н. Кириллов, В. А. Вертоградский и В. А. Ефимов (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ

ХАРАКТ ЕР И СТ И К МАТЕ P ИАЛ ОВ

Изобретение относится к определению теплофизических характеристик (коэффициентов теплопроводности, температуропроводности удельной теплоем кости) преимущественно пеметаллических материалов.

Применительно к плоской форме образцов известен способ, по которому производят нагрев пакета, состоящего из четырех идентичных образцов, центрального и двух поверхностных нагревателей; при этом на центральный нагреватель подают постоянную мощность, а температуру поверхностных нагревателей изменяют с постоянной скоростью.

Температуру образцов измеряют в трех точках: в центре пакета (у центрального нагревателя), у поверхностного нагревателя и между образцами. По этим измерениям вычисляют комплекс теплофизических характеристик. В такой схеме могут возникнуть обычные при теплофизических измерениях систематические погрешности, в частности, связанные с неидентичностью термо-э.д.с. или с,погрешностями градуировки термопар.

Учесть эти погрешности расчетным путем затруднительно.

Цель изобретения — повышение точности и достоверности экспериментальных данных, в частности, за счет сведения к минимуму указанных выше погрешностей.

Определение теплофизических характери2 стик материалов осуществляют на симметричном пакете из 2-х образцов, путем нагрева их центральным и поверхностным нагревателями и измерения температур в заданных точках образца.

По предлагаемому способу при постоянной мощности тепловыделения центрального нагревателя чередуют два режима нагрева— при поддержании температуры наружных по1п верхностей образцов равной температуре центра пакета и температуре на половине толщины образца. Затем сопоставляют результаты, полученные при указанных режимах, например, перепады температур, и по

15 ним судят о достоверности эксперимента, а при наличии, систематических погрешностей производят исключение их расчетным путем.

Измерение температур осуществляют в

3-х точках пакета: у центрального и поверх20 ностных нагревателей и на половине толщины образца.

Проведение двух чередующихся режимог нагрева на одном и том же пакете без егг разборки позволяет по получаемым в опытах

25 величинам (перепады температур и скоросп нагрева) произвести независимые вычисления всех теплофизических характеристик, Преимущество предлагаемого способа заключается в том, что сопоставление перепа30 дов температур и скоростей нагрева, изме479031

12 а—

2Ati аг.

Ф ат.

x get

2М1 рснных нри двух режимах нагрева позволяет исключить ряд систематических погрешностей измерений. При этом используется то обстоятельство, что теоретическое отношение перепадов температур и скоростей нагревов в двух режимах постоянно (конкретные значен ия зависят от формы образцов).

Предлагаемый способ и один из вариантов его реализации (применительно к плоской форме образцов) иллюстрируется чертежом.

Собирают пакет, состоящий из двух идентичных образцов 1 толщиной 10 — 12 мм и трех малоинерционных нагревателей 2, 3, выполненных из константановой фольги, толщиной "-10 мм. Измерение температур осуществляют посредством медь-константановых термопар 4, 5, 6; 4, 5, 6 толщиной

0,1 мм. Для заделки термопар на поверхностях образца делают прорези, корольки спаев располагают в центральной части пакета.

Для заделки термопар 5 и 5, предназначенных для измерения температуры на половине толщины образца, делают сверления. Для упрощения сборки образец можно делать разъемным, в этом случае пакет будет состоять из четырех идентичных образцов толщиной 5 — 6 мм. Регулирующие термопары (на чертеже не показаны) заделывают вблизи измерительных.

Измерительные термопары выводят на самописец. Поверхности пакета тщательно изолируют. Собранный пакет помещают в струбцину, обеспечивающую постоянное поджатие. При работе в отрицательном температурном диапазоне собранный пакет помещают в вакуумную камеру. На центральный нагреватель подают постоянную мощность.

Мощность, подаваемая на нагреватели, расположенные на поверхностях, зависит от осуществления граничных условий: температура поверхностей поддерживается равной температуре центра или температуре на половине толщины образца. Для поддержания равенства температур в обоих случаях применяют одну и ту же систему автоматического регулирования.

Эксперимент можно проводить двояким путем: последовательно проводить два опыта с постоянными граничными условиями или чередовать регулирование мощности поверхностных нагревателей в течение одного опыта.

Измерения температур проводят после установления квазистационарного теплового режима. В первом случае замеры начинают с момента времени, когда Fo = 05 (Fo — критерий Фурье) после включения нагревателей, во втором — с момента времени, когда

Fo 0 5 после переключения мощностей поверхностных нагревателей. При использовании плоских образцов вычисления проводят по формулам: с= . а;.

il o а-. поверхпакета;

5 — при поддержании температуры на ностях, равной температуре в центре

2 @el P — а =

3 Мз М д Тз

I ат с—

2 9с1

3 /, а2т2 а10

Из сопоставления двух групп формул видно, что теоретическое отношение перепадов

35 температур в двух режимах при отсутствии погрешностей равно — = 4/3, аналогично, /з 11 соотношение скоростей нагрева

Совпадение отношений теоретических значений перепадов температур или скоростей

45 нагрева с экспериментальными свидетельствует об отсутствии погрешностей.

При наличии погрешности, вызванной градуировкой термопар или невыявленным различием их термо-ЭДС, измеренные перепады

50 будут равны:

Л изм.1 Мист.i+O

At изм.2 At ист.2+ 5 + 0 (O)

55 1дЕ Atи,з.м„..1 I,At из,„At ист.1 I At ист.2 ИзМЕрЕН ные и истинные перепады температур, 6 — погрешность, вызванная градуировкой термопар или невыявленным различием их термо-ЭДС, 0 (6) — величина, малая по сравнению с 6.

Совместное решение двух последних уравнеМист. 2 4 ний с учетом позволяет найти 6

1 (и ст. 1 3 и тем самым исключить систематическую по— при поддержании температуры на поверхностях, равной температуре на половине толщины образца.

Здесь л, а — коэффициенты теплопроводности и температуропроводности, с — удельная теплоемкость, q, — мощность, выделяемая на центральном нагревателе, о, — плотность исследуемого материала, At1 и At2 — перепады температур между температурами на поверхностях

25 (центре) пакета и половине толщины образца и между температурой в центре пакета и температурой на половине толщины образца соответственно, аТ1 аТ, 30 — и — скорости нагрева двух режимов нагрева.

479031

Составитель В. Юргов

Техред 3. Тараненко

Редактор H. Коляда

Корректор Т. Гревцова

Заказ 7688 Изд. № 1653 Тираж 902 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

МОТ, Загорский филиал

5 грешпость при определении теплофнзическпх характеристик по расчетным зависимостям.

Исключение погрешности б особенно важно при проведении экспериментов с малыми At (порядка нескольких градусов), так как по мере уменьшения перепадов At в„вклад величины Ь в At „.„, становится все более значительныM. Уменьшение же перепадов желательно для сведения к минимуму погрешностей, обусловленных зависимостью измеряемых теплофизических свойств от температуры.

Дополнительным средством контроля является сопоставление скоростей нагрева.

Предлагаемый способ может оыть реализован также при цилиндрической и шаровой форме образцов.

Праздноl пзобрстеппrl

Способ определения теплофизических характеристик материалов, путем нагрева пакета из двух образцов, центральным и поверхностным нагревателями и измерениятемператур в заданных точках образца, отличаюи ийся тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения систематических погрешностей, задают постоянную мощность тепловыделения центрального нагревателя и чередуют два режима нагрева — при поддержании температуры наружных поверхностей образцов равной температуре центра пакета и температуре на половине толщины образца, а затем сопоставляют результаты, полученные при указанных режимах, например, перепады температур, и по ним судят о достоверности эксперимента, а при наличии систематических погрешностей производят ис20 ключение их расчетным путем.