Способ неразрушающего контроля теплопроводности и температуропроводности материалов

 

0 ПИС А Н И Е,00

И 3 а Б Р ЕтЕ Н И и

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сеюэ.Советснид

Социал истичеснив

Респубаин (61) Дополнительное к авт. саид-ву- (22) Заявлено 310881 (21) 3351968/18-25 (И)М.Кл з

G 01 М 25/18 с присоединением заявки ¹Государственный комнтет

СССР по делам нзобретеннй н открытнй (23) ПриоритетОпубликовано 150383, Бюллетень ¹ 10 (33) УЙК 536. 6 (088 ° 8) Дата опубликования описания 150383 е л 5

Е.A.Áåëîâ, Б,Б.Курепив, Е.П.Плат @ Й :ЩИ уритарье

Ленинградский технологический институт холодильной промыаленности (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ НЕРАЗРУШИОЩЕГО КОНТРОЛЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ

И ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к теплофизическим измерениям и может быть использовано при исследовании теплопроводности ) и температуропровод- 5 ности а теплонагруженных строительных конструкций и обвектов холодной техники.

Известен способт согласно которому для измерения теплопроводности íà 10 плоском участке исследуемого тела размещают зонд в виде пластины с точечным нагревателем на контактной поверхности. О величине теплопроводности судят по времени наступления максимальной температуры на расстоя нии 4 мм от нагревателя. Зонд градуируется на наборе образцовых материалов (11.

Недостатком известного способа является предположение о равномерности начального температурного поля в материале, поэтому он не может применяться для исследования теплонагруженных конструкций. Кроме того, способ характеризуется необходимостью градуировки устройства на наборе образцовЫх,мер теплопроводности.

Известен также способ комплексного определения теплопроводности g и температуропроводностио материалов, основанный на закономерностях распространения тепла от линейноГо импульсного источника на поверхности исследуемого тела, согласно которому измеряют время наступления и амплитуду пика температурного возмущения на поверхности исследуемого тела на фиксированном расстоянии от нагревателя с последующим расчетом величин k u С1 по известным формулам(2) .

Однако способ -не применим к исследованию материалов с градиентом температуры в направлении, перпейдикулярном поверхности. Кроме того, предположение об адиабатизации поверхности тела, положенное в основу вывода расчетных формул, исключает возможность применения данного метода к исследованию эффективных теплоиэоляторов.

Наиболее близким к изобретению является способ неразрушающего конт-. роля теплопроводности и температуропроводности при наличии в них градиента температуры в направлении, перпендикулярном поверхности, заключающийся в поддержании на круглой площадке поверхности исследуемого тела постоянного перегрева от1004843 носительно начальной температуры поверхности и измерении тепловой энергии, поступающей в тело через площадку )3) .

Однако величины теплопроводности и температуропроводности вычисляют по наблюдаемым в опыте значениям теплового потока и температуры в центре нагревателя на основании заранее составленных таблиц. Теоретическая модель метода предполагает равномерность температурных полей в исследуемом теле и эталоне и делает невозможным исследование материала с градиентом температуры в направлении, перпендикулярном поверх- 15 ности, Целью изобретения является ïoâûшение точности измерения теплопроводности и температуропроводности материалов за счет учета теплового Щ потока, поступающего из материала.

Цель достигается тем, что согласно способу. контроля теплопроводности материалов, заключающемуся в поддержании на круглой площадке поверхности исследуемого тела постоянного перегрева относительно начальной температуры поверхности и измерении тепловой энергии, поступающей в те- ло через площадку, дополнительно проводят измерение тепловой энергии через интервал времени 30-40 мин с температурами перегрева, отноше ние которых составляет 1,5-2, и по З5 результатам обоих измерений контролируют необходимые параметры.

Сущность способа заключается в следующем. 4О

Исследуемый материал рассматривается как полуограниченный массив с постоянными теплофизическими характеристиками ). и cl . Начальное температурное поле Т = bZ где Ь— градиент температуры в направлении, перпендикулярном поверхности (К/м), ось Z имеет ноль на поверхности тела и направлена вглубь материала.

Начиная с момента времени Г = О, на круговой области радиуса на поверхности тела Z. = О скачком поднимается и поддерживается постоянная температура ТК. При этом, если . теплообменом с части поверхности материала 2= 0,1-> yo, можно пренебречь по сравнению с энергией, поступающей в материал через контактное пятно

Г «У"о, то энергия может быть найдена по известной формуле.

Зависимость поправки на температур-60 ный градиент вдоль оси Z от величины перегрева Т позволяет исключить ее влияние на результат измерения теплопроводности 7 . Действительно, проводя опыты при двух эначениях перегрева Т к, получим соответ,ственно два значения y(O)

Ър(О)=Л-А 4 1 т к b „(о) -X - - — „, 7C. .t) (a)

Исключив (3 из системы (1) и (2 получим расчетную формулу метода

) =3„(o) "" tw„(o)-у (о)). к1 к2

Наклон прямой (2)определяется комплексом Щд и, следовательно, позволяет рассчитать величину темпераЬуропроводности 0

44о тс 319. где 3 =A И .

Выбор температур перегрева ТК „и ТК может быть сделан на основании следующих соображений. Предположение о постоянстве коэффициентов переноса и д, как показывает опыт, ограничивает величину перегрева в пределах 10-15 К. Из (3) видно, что точность учета поправки на градиент температуры тем выше, чем больше разность TK- T С другой стороны, так

1 как величина Ткограничена, то увеличение разности Т вЂ” ТК может быть к1 к достигнуто лишь за счет снижения величины перегрева ТК . Однако такое снижение приводит к снижению точности измерения величин Тк и (О), Опыты показывают, что оптимальным является отношение Т /T„ — 1,5+2.

Возможность учета температурного градиента при Т = О можно получить из соотношения

Q=-Я ) ЬТ". . (4)

Знак "минус" в формуле(4)показывает, что энергия поступает через контактную площадку от тела в термозонд, поддержающий требуемые граничные условия на поверхности. Сопоставление соотношений (1) и (4) позволяет получить расчетные формулы для искомых характеристик.,1: и O . Однако практическое осуществление такого режима нецелесообразно, так как приведение измерительного зонда в состояние с T = О, т.е. в состояа ние с температурой, равной начальной температуре материала, требует создания громоздкой системы регулирования температуры и приводит к существенному возрастанию времени опыта.

Формула изобретения

Способ неразрушающего контроля теплопроводности и температуропровод1004843

Составитель А.Платова

Техред К. Мыцьо Корректор Г. Огар

Редактор М. Бандура

Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 1872,/54

Филиал IIIIII "Патент", r. ужгород, ул. Проектная, 4 ности материалов. заключающийся в поддержании на круглой площадке поверхности исследуемого тела постоянного перегрева относительно начальной температуры поверхности и измерении тепловой энергии, поступающей в тело через площадку, о т л ич а ю щ и. и с я тем, что, с целью повышения точности измерений эа счет учета теплового потока, поступающего из материала, дополнительно ® проводят измерение тепловой энергии через интервал времени 30-40 мин с температурами перегрева, отношение которых составляет 1,5-2 и по результатам обоих измерений контролируют не45 обходимые параметры.

Источники информации. принятые во внимание при экспертизе

1. Рыбаков В.И., Матвеев m.A.. и др. Прибор с точечным нагревателем для определения коэффициентов теплопроводности иэотропных материалов.

Научные труды НИИМОССТРОЯ. Вып.б, М., 1969 °

2. Фомин С.Л, Петров О.A. и др.

Расчет конструкций подземных сооружений. Сборник, Киев "Будивельник", 1976, с. 66"71.

3. Серых Г.М., Гергесов Б.A.

Изв.высш.учеб.заведений. Пищевая техйология, 1976, 9 2, с.162-163 (прототип)