Способ комплексного определения теплофизических характеристик материалов
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
3(511 0 01 11 25/18 ф« 1ф A «» .. ф ., t
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ° ll ... ° «1. «- .
1 ф i ° .,«1 1
Ы11 с.-. 1 :. 1 ю .
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3495374/18-25 (22) 01.10.8.2 (46) 15.02.84. Бюл. Р 6 (72). A.Г.Гуревич и И.В.Балтер (71) Латвийский научно-исследовательский и экспериментально-технический институт строительства (53) 536.6(088.8) ( (56 1. Авторское свидетельство СССР и 100931, кл, 0 01 И 25/20, 1953.
2. Авторское свидетельство СССР
Р 817563, кл. 0 01 11 25/18, 1979 (прототип).
„„Su„„1073663 А (.,4)(57) СПОСОБ КОМПЛЕКСНОГО ОПРЕЦЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕС1 ИХ ХАРАКТЕРИСТИК
МАТЕРИАЛОВ на плоских образцах в квазистационарном режиме путем измерения температур и плотностей теплового потока и последующего расчета искомых величин, о т л и ч а ю щ и йс.я тем, что, с целью уменьшения погрешности определения, исследуемый образец помещают между двумя эталонными образцами, датчики температуры размещают в эталонных образцах, на поверхности эталонных образцов, не контактирующие с исследуемым образ.цом, воздействуют тепловыми потоками постоянной различной . плотности.
1073663 пс формулам
5(3
9 р х Ы k ((x )-"():„k- —.ь ()(о
2<(+<) -х 2 х у г г () (1 "(S "
L7 р "р ( (d- р.-х Ф р з, ("k
»
3i = —
Изобретение относится,< теплофизическим измерениям свойств материалов, например 11инолеума, в частносТИ К СПОСОбу комплексного определения теплофиэических характеристик,. и может быть использовано в промью(леь(. ности строительных материалов, химической технологии и т.п.
Известен способ комплексного определения теплофизических характеристик,ТОХ ) материалов в плоском слое в квазистационарном тепловом режиме при симметричном нагреве (охлаждении образца тег(ловыми потоками постоянной мощности либо при
Нагреве в среде, температура которой изменяется с постоянной скоростью,; Согласно =-тому способу измеряЮ Т Т 3 М П Е Р а (."y P Ь! 5 Р а 3 Л и Ч Н Ь! Х Т 0 Ч К а Х исследуемого образца в функции време!IH I. тягловой поток, расходуемыи на нагрев образца (11(.
Недостатком этого способа является необходимостгь размещения датчиков температуры в исследуемом образце, что связано с нарушением целосНости образца и снижением точности определения Тф(< из-за погрещностей, возникающих при определении коордиHaò дат и-ков температуры.
Наиболее близким к изобретению пс техничоской сущности и достигаемому резул!..тату является сг(особ к<э((г(лексного Определения теплофизических Lx<а()p <теристик ма.териалов
1 (<2 плОск. ;."х "—,б!Оа зцах в . ; в а 3 !.с а(.,иО—
Hpp:-(О .-. ре>з) лэ путе i и"-мерения ".емпегэату:.3 .: (tif(o=íooòàÉ теп.1ового по-.о к» и после !ч((г(с г о pic tå-. a и- комых
ВЕЛИЧИН ПО СС ОТВЕТ С T!), (Мгj!-.М 0)ОР; !У,)1ек !. 2» -! .!. ocl ом i(33.-c o. - с, особа
Hl- „ . .HB1O(t 3 =! 3ЧИ:. ЕЛЬ»1 ая ПОГРЕ(((НОСТ)Ь . свяэB. -(нB)я с нHОб xОДимост.зю (3(iе(ре
H((те!.(пе ра ур;-(:- г!Ов; —.:рхност11 н .<-".L е,.,уемо о D5p3 3.1.-) ..(of <)å()(;-(oo; ь н(,:;;. -., (ри .pëo((.. ()ящике 1.: а ..7. л у )(логo .) бр аз 13 . на! р(" " Pp,:p и ((с. (ан),"1" .-1ИСтг)=.-;,(., пп ((О НЫ-.;.(а-,",-!"Ч-;ПЛОВ, "oE а гол(((- - а исcf!PÄx:ßìo! "! Образца сои, эгле р(((ла о тол!!иной —.;а — .-и ка ) ()»z(—
Порат pL! . КоорД:-1 на : а;. аэ(.iPL!!P.I! 1я Датч . ка сем."„- çi)э тург!,(pа:<тич»)ски не Оп-,()едЕЛРНа. Пель л .)Обрэгеiч);я — умР((ь(((-ние
ПС .. ОЕ!((НОС Г). ОПРЕДаЛРI!т ,. Ос-:.:-.—:.е-. Ся q" —: -- соглас(с спОсОб„ - <.)мпле!<снсгo Определения (ЕП ЛОфи 3 (тЧЕ С - <ИХ ХНЭаК ТЕ О)Е С Т(Л К Ма
Гериалсв на глОских Обрз(Б")а "< в ква— зиста:.,ио .-1рном режиме -.утем измере(!ИЯ ТЕМПО, .3=:Ò",)Р И ПЛО":. HOÑТЕ((С<ЕПЛОВО " гс поток=. и госледую (его расчета искомь(х эелн-:и"1 ПО oo73oгствующим
)Ъорм()лам ° (СЛ(3 (tу РМ(= и Обг) а -3 Е Ц ЛОМЕ щают межд дв мя э (а»!Оннь!г!и Обра3 1!а-: ми, датчики температуры размещают
B эталонных образцах, на поверхности эталонных образцов, не контактирующие с исследуемым образцом, воздействуют тепловыми потоками постоян.
5 ной различной плотности.
Пример. В качестве объекта исследования выбран поливинилхло— ридный линолеум плотностью =.1,6 х х 10 кг/м
1О Изготавливают образец в виде диска диаметрогл 0,05 м и толщиной
0,003 м, Эталонные образцы в виде дисков диаметром 0,05 м и толщиной
0)006 м изготавливают иэ полиметилметакрилата (оргстекла(, имеющего слел)(р(((ие .характеристики: go=- 1,17 х х 10 кг/м, г(ра 0,187 Вт/(м Ii(;
С <) = 1440 Дж/(кг.К), ар — — 1,111 х х 10 м /о.
Н а левую грань трехслойного образца (координата х = О), состоящего из образца линолеума, помещенного между двумя эталонными образца ми, подается тепловой поток постоянной плотности q „ = 116,3 Вт/м, правая грань трехслойного образца (коОрдината х = 0,015 м (теплоизолируется, z.e. q = О. В ходе экспериг!сита фиксируются показания датчиков температуры, размещенных в эталог(ных образцах, Датчики температуры !Lxðoìåëü-копелевые термопары из
I,-.o ëoëo1<ê диаметром 0,1 мм! размещаются в эталонных образцах симметрично oòíoñI(òå !üíoão Образца и име3 ют координаты х = 0 003 и х
-(l 3 — 0,0" 2 м.
1<ритерь!ем наступления квазистац)(онарногс) режима является установление постоянной скорости изменения (0 показания термопар и постоянной разност(л их показаний. В стадии квазиста.„-онар. (OI"o режима, наступающей через 20 !.(ин фиксируют следующие всличины: температура Т (х() 26,370 С, х(".åìïåðàòóðà Т (х-,,, 23,-971 С; скорость !..:-. oнения температуры "ь = 4,228 х х .0=""/с начальная температура
Обра 31)а -,. — ) 0 С)
Искомые величины расчитываютт
1073663 где (О 4< 0 при г) х < ог г.о"
О при 00+0 4 Х (20 +d"
4!
2(т(а) — т(" }) коэффициент теплопроводности; коэФФициент температуропроводности; массовая теплоемкость; плотность; толщина образца, координаты датчиков температуры в эталонных образцах х1(00 б" +с)" < х (2g,y) .г 0
q — плотность теплггвого потока в плоскости х = О, †.плотность теплового потока в плоскости х = 20;,+ )" (г)„и qz положительны, если 15 найравлены внутрь эталонного образца);
Ь вЂ” скорость изменения температуры образцов;
T(x „),T(x )температуры в точках эталонных образцов с кординатами х 1 н х> соответственно, индекс. С, относится к характеристикам эталонных образов, Обработка результатов эксперимента.по формулам (1) — (3) позволяет
:c=. получить следующие значения теплофизических характеристик линолеума:
3 = 0,33 Вт/(м К), С = 1г4? х х 10 Юм/(кг-1,), а = 1 40 10 г м Л/с.
13 частном случае, когда эталонные образцы отсутствуют, т.е. б о = О и измеряется разность температур поверхности исследуемого образца (х„= О, х> = б), формулы (1), (2) принимают вид с), г- с), Cy = (s)
40 сг о совпадающей с точностью до зцака с расчетными формулами способа по выражению (2) различие знака ч о6условлено различием в направлений, 45 принятом для q2 положительным.
Расчетная формула (1 ) существенно упрощается, если разместить датчики температуры в эталонных образцах симметрично относительно исследуемо- 50 го образца, т.е., если
Х = 2с)"0 + д — х1. (6,)
При выполнении условия (6 ) форму ла (1 ) имеет вид
Теоретическим обоснованием спо- 60 соба является обо;ее решение уравнения теплопроводности для неограниченной трехслойной пластины,нагреваемой тепловыми потоками постоянной мощности.,) ля симметричной трехслойной пластины в стадии квазистационарного режима это решение имеет вид при Oix Мг), d" с(и,г)-г,: „ {)1 Н(гг,.иг). о +2N +1- E «+ — iE — +Е-В г (6) 1 ЕК 2 K МФ„Ф, 822 С(М,Р }-1 = 7, (1+Е) 2)о+ + 2 0 0 О К2 (E- — — ЕЕ) Е 1+ — 2 +2ЕŠ—.+1-8 .г (9) 4)Ng F )-1 = (1+Е) 2F+Ц2— -ггпу )г, ) г)г —. +s) sf Ио) 1 ) г 2 2 3 EK! K EK к2 И= —," 2+ — "„ Ь= ()+Е) + + + +8 —; 6 Е 6 6 1 24, FК г К2 ог 7 о Го 1г2 Е(7" -М 0 — ( 0 Ро+d"- х г,) 20" + c -у. 0 .3 0о время; начальная температура ipexo слойной пластины, Режимы экспериментов следует выбирать таким образом, чтобы перепад температур по толщине трехслойного образца (эталонный образец+ исследуемый+ эталонный ) не превышал 5+10 С. о При этом ТФХ исследуемого образца, определенные по формулам (1) †(3), 1073663 Составитель В.Битюков Техред В.Палекорей Корректор Л.Зимокосов Редактор Л.Алексеенко Заказ 320/42 Тираж 823 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 и ТФХ эталонных образцов с достаточной степенью точности соответствуют температуре, равной среднеарифметическому температур Т (х),и Т(х ), а погрешности закономерностей кв&истационарного режима, обусловленные зависимостью ТФХ от температуры, не превышают 1%. Наиболее просто указанное условие удовлетворяет-, ся,если один из потоков q „ и.q °, ра-. вен нулю, или если они фмеют разные знаки, так как в этом стуча,расиределение температуры по толщине трехслойного образца являются монотонйой функцией и предварительная оцеика : величины разности Т (х „) — Т «х ), например, по формуле (1) позволяет выбрать допустимые значения потоков q и q . В случае же, когда потоки q u q одного энака,для опре1 деления допустимых значений q u 1 при которых выполняется указан5 ное ограничение на перепады температур, можно воспользоваться соотношениями (8 ) — (10}. Формулы (8 ) и (10 ) могут быть также использованы для определения ТФХ исследуемого g образца по показаниям одной термопары. Однако в этом случае возникает дополнительная погрешность, связанная с необходимостью определения зависимости температуры от ! 5 времени и учета начальных условий °
