Способ определения теплопроводности материалов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

ХЯ%МЮЮ РЕСПУБЛИК

ИЕ (В

y g 6 01 М 25/18 г г. i

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕРАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (54)(57) 1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ, включающий установку плоского образца между тер. мостатированными пластинами, поддер(21) 3294485/18-25 . (22) 02.06.81 . (46). 30.07.83. Бал. и 28 (72) Е.Л. Высочанский, A.Ã. Гуревич, Б.А. Славский и Л.-Х.Б. Цимерманис (71) Латвийский научно-исследовательский и экспериментально-технологический институт строительства (53) 536.629.7(088.8) (56} 1, Авторское свидетельство СССР

Н 347643, кл. G 01 И 25/18, 1Я70.

2. Иатериалы строительные. Метод определения теплопроводности.

ГОСТ 7076-78 (прототип). жанне с их помощью на противоположных поверхностях образца постоянных различных температур, измерение плотности установившегося теплового потоka и расчет искомой величины по формуле, отличающийся тем, что, с целью сокращения длительности определения, перед установкой образца его температуру доводят до значения, равного среднему арифметическому температур термостатированных пластин.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а ющ и и .с я тем, что измерение плотности установившегося теплового потока ведут в толще образца в. плоскости, расположенной на расстоянии 1/4 его ф толщины от поверхности любой из термостатированных пластин, . при нестационарном температурном поле в образца.

©, 103238 l

Изобретение относится к теплофизическим измерениям строительных материалов и может быть использовано в раэличныхоотраслях промышленности, Известен способ определения .тепло- S проводности материалов в стационарном тепловом режиме, включающий поддержание постоянных различных температур на противоположных гюверхностях плоского образца, измерение плотности 10 установившегося теплового потока через образец, расчет искомой величины по соответствующей формуле, Способ позволяет проводить испытания материалов с существенно разными значениями теплопроводности 1 ). о

Недостаток указанного способа заключается в длительности установления стационарного теплового режима.

Наиболее близким к предлагаемому 20 по технической сущности и достигаемому результату является способ опреде" ления теплопроводности материалов, включающий установку плоского образца( между термостатированными пластинами, 25 поддержание с их помощью на противоположных поверхностях образца постоянных различных температур, измерение плотности установившегося теплового потока через образец и расчет искомой величины по формуле $ 2), К недостаткам известного сгюсоба относится длительность установления рабочего стационарного режима, что затрудняет повторное проведение эксперимента.

Цель изобретения - сокращение длительности определения теплопроводности материала.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения теплопроводности материалов, включающему установку плоского образца между термостатированными пластинами, поддержание с их помощью на противогюлож" 45 ных поверхностях образца постоянных различных температур, измерение плотности установившегося теплового потока и расчет искомой величины по формуле, перед установкой образца его температуру доводят до значения,равного среднему арифметическому температур термостатированных пластин, Измерение плотности установившего- ся теплового потока ведут в толще об- 55 раэца в плоскости, расгюложенной на расстоянии 1/4 его толщины от поверхности любой иэ термостатированных пла(.гин, при нестационарном температурном поле в образце.

Математически задача формулируется следующим образом;

d(.(x,v) d t(x,ã), 0 х Ы, t>i 0 с (1) у» (х,о) То; (2) (о,t) - Т,, (3)

< (К, ) = Т, (4) где а - температуропроводность материала пластины (образца); д - толщина пластины; х - координата;

- время;

- текущая температура;

То - начальная температура;

Т, Т - температура гюверхности образца при х 0 и х = О соответственно.

Решение задачи (1) - (4) имеет вид

k(х,х)=т+ — (т-т)- х х Во х(и(ихх(0) с В (-Дi(T,-Т,) (s) учитывая, что

С (1() g ЪЕ(Ч, С) ( ах сюлучим ,((x,т) = — (т,-т„) <-z z, 1 И= q >p ) 1 с У ) т -т„) где - теплопроводность;

q(x,Ч:) - тепловои поток.

Из выражения (7) следует, что величина теплового гютока в некотором сечении пластины становится постоянной и равной тепловому потоку в стационарном режиме, когда сумма бесконечного ряда в (7 ) становится бесконечно малой величиной. Время убывания суммы ряда в выражении (7) до бесконечно малой величины определяется первыми,отличными от нуля членами ряда. В сЛучае (Т + Т.с)/2 Т первые пять .членов ряда имеют вид:

О;-соб рхp (-16рь — ) ;ц

1032 откуда следует, что при произвольном х, в том числе при х = 0 или х = К (координаты поверхностей пластины), первым отличным рт нуля членом ряда является член скорости убывания которого характеризуется ехр(-4,), а при х = d /4 первым отличным от нуля членом ряда является член ряда, скорость убывания которого характеризуется ехр(-167Г 0

На чертеже представлены графики,, 15 на которых показана зависимость отношения Секущего значения плотности теплового потока {q) к ее установившемуся значению (ц„) от времени {3): кривая 1.- зависимость от времени плот- 20 ности теплового потока (q) на контактирующей с одной иэ термостатированных пластин поверхности образца (перлитовый песок), температура которого к моменту начала испытаний доведена до значения, равного среднему арифметическому температур термостатированных пластин; кривая 2 - -зависимость от времени плотности теплового потока, измерейного в толще образца на 30 расстоянии 1/4 его толщины от поверх-, ности одной иэ термостатированных пластин; кривая 3 - зависимость от времени плотности теплового потока (q) на контактирующей с одной из

35 термостатированных пластин поверхности образца, температура которого к моменту начала испытаний ниже температуры любой из термостатированных пластин.

Пример. Для определения коэффициента теплопроводности перлитового песка его помещают в обойму, имеющую размеры 0,25.0, 25-0,05 м, представляющую собой коробку с деревянными стенками толщиной 0,005 м и с дном из полиэтиленовой пленки.

Температуру обоймы с перлитовым песком доводят в термостате до 30 С, после чего обойму помещают между двумя термостатированными пластинами, имеющими постоянную температуру 20 и 40 С соответственно, измеряют вели0 чину плотности теплового потока, проходящего через образец, фиксируют ее установившееся значение и по извест381 4 ным формулам рассчитывают коэффициент тег1лопроводности . Общее время измерения при начальной температуре образца 30 С составляет 18 мин при измерении плотности теплового потока на поверхности образца и 6 мин при измерении плотности теплового потока в его толще, в плоскости, расположенной на расстоянии 1/4 толщины образца от поверхности одной иэ термостатированных пластин. При начальной тем" пературе образца 18 С и измерении плотности теплового потока на поверхности образца общее время измерения составляет 75 мин.

В процессе испытания определены установившиеся значения плотности теп. лового потока (q), равные 23,17;

23,54 и 23,32 Вт/м соответственно.

Термическое сопротивление R образца и его теплопроводность определяют по формулам:

1 = — -R Л =—

«ь1 . Д т где b,t - разность температур термостатированных пластин;

R - термическое сопротивление тепломера (R 0,03 и К/Вт)

Для .теплопроводности перлитового песка,:найденной при указанных начальных температурах образца и способах измерения установившегося теплового потока, получены следующие значения:

) - 0,060 Вт/мК«

0 05

20/23, 17-0,03

) - 4 0 061 Вт/мК1

0 05

20/23,54-0,03

p.— 0,060 Вт/мК

0 05

20/23,32-0,03 которые отличаются между собой не более чем íà 33

Использование изобретения позволяет сократить общую продолжительность определения теплопроводности в 4 раза, а для листовых и сыпучих материалов - в 12 раз, что значительно облегчает проведение повторных измерений . Сокращение времени измерения особенно важно при испытаниях образ-. цов большой толщины (20"30 см), для которых время измерения коэффициента теплопроводности стандартным способом составляет 24-72 ч.

ВНИИПИ Заказ 5394/49 Тираж 873 Подписное

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