Устройство для определениятеплопроводности тонкостенных цилинд-pob

Устройство для определениятеплопроводности тонкостенных цилинд-pob

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОЛ ИСАЙИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСЙОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ/ (i I) 823999

Cons . Советских

Социалистические республик (61) Дополнительное.к авт. свид-ву (5l)M. Кл. (22)Заявлено09.11.78 (21) 2683404/18-25

G 01 N 25/18 с присоединением заявки М фвудерстеевнЫ1 кейитет

СССР вв делен неееретенкИ н втерытвй (5З) ЯК 536.6 (088. 8) (23)йрноритетОпубликовано 23.04.81 Бюллетень М

Дата опубликования описания 25.04. 81

Г. А. Алексеев и В. Д. Дараган, ""- -"- - -" "..." .. ч ф

-..li B рчь > (72) Авторы . изобретения (7I) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ

ТОНКОСТЕННЫХ ЦИЛИНДРОВ

Изобретение относится к теплофизи-.. ческим измерениям, а точнее к устройствам, служащим для определения теплопроводности тонкостенных цилиндров.

Известно устройство для определения коэффициента теплопроводности труб чатых образцов, содержащее нагреватель, установленный внутри образца и теплосъемник, представляющий собой во- . доохлаждаемую систему плотно контактирующую с внешней поверхностью образца P). .Однако в устройстве из-за различия коэффициентов термического расширения материалов нагревателя теплосъемника и исследуемого образца образуется зазор между исследуемым образцом с одной стороны и нагревателем и теплосъемником с другой.Это приводит к неучитываемой погрешности в определении тенлопроводности из-за дополнительного термического сопротивления в зоне контакта исследуемого образца с теп-: лосъемником и нагревателем.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения теплопроводности трубчатых образцов, содержащее нагреватель, контактирующий с внешней поверхностью образца, и теплосъемник, вставленный во внутреннюю полость об- . разца, при этом датчики температур установлены непосредственно на нагревателе и в тенлосъемнике Р). . Одиако использование данного уст" ройства сопряжено с появлением большого неконтролируемого контактного сопротивления, так как классические методики уменьшения этого эффекта в данном случае неприемлемы. При сколь" зящей посадке между контактируемыми поверхностями средняя величина sasopa составляет примерно 50 мк, что да" же в случае использования высокотеплопроводного инертного газа гелия, при тепловом потоке примерно 0,5 10 ,6 Вт мй ° приводит к паразитному перепаду тем8239

3 ператур примерно )00 K. При теплопро

Вт водности обоймы примерно 3 — добавочная погрешность при определении теплопроводности достигает 50Хе Кроме того, ввиду малой толщины образ.цов имеется ограничение на минималь:но допустимый тепловой поток.

Цель йзобретения - повышение точности измерений теплопроводности. 10

Поставленная цель достигается теМ, что между нагревателем и тенлосъемником коаксиально по отношению к ним. установлены две цилиндрические разрезные втулки из высокотеплопроводно- 15

ro материала, выполненные таким образом, что при наличии радиального радиента температур зазоры за счет еплового расширения, между ниии изменяются, а. датчики температур закреплены во втулках, при этом исследуемый образец расположен между втулками. Втулки выполнены с осевым раз, резом. Разрез втулок обеспечивает свободное и в то же время плотное облегание втулкамн поверхности исследуемого цилиндра.

На чертеже схематически изображен измерительный узел, разрез.

Узел содержит образец 1, изготовленный, например, из слоистого матес риала, вставленный в зазор,образованный цилиндрическими разрезными медными втулками 2, которые установлены коакеиально по отношению к нагревате35 лю 3 и водоохлаждаемому теплосъемнику 4, а датчики 5 температуры расположены в осевых пазах, выполненных на втулках.

Ф 40

Во время измерений при увеличении теплового потока перепад температур между медными втулками увеличивается и .оин плотно облегают исследуемую обойму. Применение высокотеплопровод"

« 45 ного материала, например меди, направлено на уменьшение контактного сопротивления и на усреднение температур и тепловых потоков по поверхности измерительного узла. Выбор величины теп лового потока, при котором обеспечива- 50 ется плотный контакт проводится при испытаниях сборки в вакууме, аргоне, гелии, которые позволяют оценить величину контактного сопротивления, Датчики 5 температур располржены непосредственно Во втулках и с помощью градуировок можно достаточно точно измерить радиальный перепад температур и

99 4 по известным формулам рассчитать теплопроводность.

Две разрезные втулки позволяют уменьшить неконтролируемое тепловое сопротивление, при .этом обеспечивают свободное и в то же время плотное облегание образца.

Количество пазов на наружных образующих втулок определено целесообразностью точности измерений температуры. В предлагаемом устройстве их че-. тыре, хотя при отлаженной методике их может быть один.

Величина разреза определена иэ характеристики теплового расширения ма: териалов, таким образом, чтобы при максимальном тепловом потоке торцы разреза соединялись.

Величина разреза внутренней втулки расположенной у нагревателя, определена соотношением где d . d — средние диаметры втулки и ерш образца соответственно;

,g — коэффициенты линейного расширения втулки. образца;

Т0 T ; Т начальная температура и температуры втулки образца;

8 - величина технологического зазора между втулкой и образцом;

П - коэффициент.формы.

Величина разреза наружной втулки, расположенной у холодильника, определена соотношением где с з,4 р - средние диаметры втулки ср.З с и образца соответственно;

Ô,á - коэффициент линейного расширения втулки образца;, Т ;Т, Т2 - начальная температура и температура втулки и образца.

Предлагаемое устройство отработано при измерениях теплопроводности цилиндров из пирографита ПГВ толщиной до

0,6 мм и Карбида циркония, толщиной до 0,8 мм.

Устройство отработано прн измерении теплопроводности цилиндра, толщиной

5 мм из графита марки APB..

82399

30 гдето. d ср

0(З gz

Формула изобретения

TpФТз э TR

Работает устройство следующим об а

:разом.

Исследуемый цилиндр из карбида, циркония,. диаметром 60 мм, по скользящей посадке,вставляетсяв две медные раз реэные втулки, ширина разреза внутрен:ней втулки 2,7 мм, а наружной 0,3 мм.

В них зачеканиваются по четыре термо.пары .градуировки ХА. При повышении уровня теплового потока до 0,3 ° 1О Вт/ 10

; /м тепловое сопротивление зазоров между медными втулками и поверхностью образца не превыпало 20Х. Дальнейшее повышение теплового потока практически не влияет на величину теплового 15 сопротивления.

Эффект теплового сопротивления за-зоров оценивается при.смене гелия на аргон и при испытаниях в вакууме. Полученные значения теплопроводности 26 цилиндра из APH хорошо (в пределах

20X) согласуются с.литературными данными, что позволяет сделать вывод о предельной погрешности определения эффективной теплопроводности не более 2З ..ЗОХ. Разрушение обойм не происходит.

Точность измерений повышают при помощи описанного устройства для определения теплопроводности тонкостен.ных цилиндров путем проведения методических экспериментов в вакууме и в среде газов с различной теплопроводностью, в ходе которых выделяют . величину контактного сопротивления,, 1 что позволяет повышать точность измерений теплопроводности до 15-20Х.

l . .Устройство для определения теило40 проводности тонкостенных цилиндров, включающее коаксиально расположенные нагреватель, холодильник и датчик температуры, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности

45 измерений при высоких температурах, устройство дополнительно содержит две цилиндрические разреэные втулки, на наружной образующей которых выполнены . пазы для установки датчиков температу- 11 ры, указанные втулки выполнены из высо9 4 котеплопроводного материала и установлены между нагревателем и холодильни- . ком, а между втулками по скользящей посадке расположен образец.

2. Устройство по и. 1„ о т л и — . ч а ю щ е е с я тем, что, величина разреза внутренней втулки, расположен- ной у нагревателя, определена соотношением где. 4 . d — средний диаметр втулки ср Щ2.. и образца соответствен. но; („,4, — коэффициенты линейного расширения втулки и образца;

Т,;Т„; Т - начальная температура и температура втулки и образца;

8 . — величина технического за3 зора между втулкой и об-. разцом.

3. Устройство по пп. 1 и 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что величина разреза наружной втулки, расположенной у холодильника, определена соотношением средний диаметр втулки и образца соответственно; коэффициент линейного расширения втулки и образца; начальная температура и температуры втулки и образца1 величина технологического зазора между образцом и г. втулкой.

Источники информации, принятые во внимание нри экспертизе

l. Авторское свидетельство СССР

В 156323, кл. 6 01 и 25/18, 1961.

2. Патент США У 3592060, кл. 73-15, 1971 (прототип).

823999

Составитель В. Гусева

Редактор Л. Кеви . Техред Ж.Кастелевич

Ко ректорС. Шекмар

Заказ 2096/61 Тираж 907

BHHHGH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Раушская наб. д. 4/5

Подписное

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