Способ комплексного определения теплофизических характеристик материалов без нарушения их целостности

 

СПОСОБ КОМПЛЕКСНОГО ОПРЕДЕДЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ БЕЗ НАРУШЕНИЯ ИХ ЦЕЛОСТНОСТИ, состоящий в тепловом воздействии на теплоизолированную поверхность полубесконечного в тепловом отношении исследуемого тела от линейного источни ка тепла и температурно-временных измере ,ниях в двух разноогстоящих от линии действия источника точках поверхности и иЗ морения мощности теплового воздействия, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, воздействие на поверхность исследуемого тела осуществляют тепловыми импульсами с заданной скважностью н фиксируют число импульсов , нанесенных на поверхность тела источником тепла, от начала теплового воздействия до момента, когда температура в точке контроля, расположенной на ближнем расстоянии от линии действия источника. достигнет установившегося неизменного знйчения , затем фиксируют число импульсов от начала теплового воздействия до момен га, когда температура во второй точке контроля станет неизменной, после чего теплофизическне характеристики определяют по соответствующим формулам: ( °4лСе„п,/Пг Q . ( J JL .t (о) - 2 ; 44a-4i , где X, , Xg- соответственно расстояния от линии действия источника тепла до т;очек контроля температуры; П, - число импульсов от источника тепла на поверхность исследуемого тела до момента времени, когда температура в точке Xt достигла установившегося значения, равного UCT. i-// Ид - число импульсов от источника тепла,(О поданных до момента времени, когда темпе- QQ рагура в точке Xj достигнет установившего- fl ся значения; - скважность импульсов не-fn точника тепла; (; - i л , i - натураль-fn ный ряд чисел; Q - мощность линейного импульсного источника тепла; Л, а - соответственно коэффициенты теплои температуропроводности .

(19) (11)

СОЮЗ .СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (511 4 G 01 и 25/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3741643/24-25 .(22) 16.05.84 (46) 23.11.85. Бюл. Р 43 (71) Тамбовский институт химического машиностроения (72) В. Н. Чернышов, Т. И. Рожнова и В. А. Попов (53) 536.6 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 305397, кл. G 01 N 25/18, 1969.

Авторское свидетельство СССР М 458753, кл. G 01 N 25/8, 1972.

Авторское свидетельство СССР М 834480, кл. G 01 N 24/18,1978.

L (54) (57) СПОСОБ КОМПЛЕКСНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ БЕЗ НАРУШЕНИЯ

ИХ ЦЕЛОСТНОСТИ, состоящий в тепловом воздействии на теплоизолированную поверхность полубесконечного в тепловом отношении исследуемого тела от линейного источника тепла и температурно-временных измере,ниях в двух разноотстоящих от линии действия источника точках поверхности и из1 мерения мощности теплового воздействия, отличающийся тем,что,сцелью повышения точности измерения, воздействие на поверхность исследуемого .тела осуществляют тепловыми импульсами с заданной скважностью и фиксируют число импульсов, нанесенных на поверхность тела источником тепла, от начала теплового воздействия до момента, когда температура в точке контроля, расположенной на ближнем расстоянии от линии действия источника, достигнет установившегося неизменного значения, затем фиксируют число импульсов от начала теплового воздействия до момента, когда температура во второй точке контроля станет неизменной, после чего теплофизические характеристики определяют по соответствующим формулам: (xz/п х (и )

O=

4а2 B„n,/п д

2%Т:(стл (х1 ) 1 "i i 4д"" ( где Х, Х вЂ” соответственно расстояния от линии действия источника тепла до точек контроля температуры; П, — число импульсов от источника тепла на поверхность исследуемого тела до момента времени, когда температура в .точке Х, достигла установивщегося значения, равного Т,/Х,, /

1(а — число импульсов от источника тейла, поданных до момента времени, когда температура в точке X достигнет установившегося значения; — скважность импульсов uc/\ точника тепла; ь, = 1 а, 1 — натуральный ряд чисел; Q — мощность линейного . импульсного источника тепла; h, а — соответственно коэффициенты тепло- и гемпературопров одно сти.

1193555 2 точника; g () — дельта-функция (функция Лирака); ь — время.

Решение задачи (1) - (4) для поверхности тела (г, =О) имеет вид

5 (5) х =0

Изобретение относится к гехнической, физике, в частности к теплофизическим измерениям.

Цель изобретения — повышение точности определения теплофизических характеристик материалов.

Сущность способа заключается в следующем.

На теплоиэолированную поверхность исследуемого тела помещают линейный источник тепла заданной мощности и осуществляют тепловое воздействие на тело импульсами с заданной скважностью (для материалов с от 0,05 до 5 Br/(м К) скважность следует задавать в диапазоне от 5 до 60 с).

Затем фиксируют число импульсов, нанесенных на поверхность тела, or начала теплового воздействия до момента установления неизменного значения температуры в точке контроля, расположенной на заданном ближнем расстоянии Х, от линии действия источника.

После этого фиксируют число импульсов от начала теплового воздействия до момента, когда гемпература во второй точке, удаленной на большее расстояние X< or источника теплового воздействия, достигнет установившегося значения. Установившееся значение температуры в точке контроля Х1 и Хг наступает тогда, когда очередной тепловой импульс из серии импульсов теплового воздействия не изменяет температуры соответствен-. но в начале в точке Х,, затем в точке Хг . Зная значения этих температур и число насыщения для первой и второй точки контроля, искомые теплофиэические характеристики определяют ло соогвегствующим формулам.

Тепловой процесс при действии линейного импульсного исгочника тепла на поверхность лолуограниченного в тепловом отношении тела описывается следующей. краевой задачей теплолроводности.

ЯТ(, 7, -,) Э Т(х,7„;) a т(х,7 Я)

3 3х г

X,Z, ° 0;

Т(,>,a) О;т(х,7.,-. ) =О; РихЛ.— Ь)

Т(х,х,o) =O, т (х,,. ) =O; при х, Эт(х,к,-.) (С S(".),npk х=к=о;

Д7 О, лр х О,,=О;

=О

Эт(х,zя,) (4) ах где — - ре углерагура; X, ". -- текущие коор лила ры; Я,,.1 - коэффициенты тепло- и темпера гуролроволносги; Q - количесгво гелла, выделяемое с единицы шрилрл линейного исТемпературное поле в результате действия

10 г1 импульсов соответственно в точках Х1 и

X описывается зависмостями а л 1 Хг у" "" г" "- "р у <-.-.у гб)

15 а лх 1 Хх ус12("2 l= -„, .„„eyp — — „*„ 2kk1; у.-; у)с1ф ",,)

После несложных математических преобразований (б) и (7), используя соотношение ь = 1 ау, где Ау — скважность тепло20 1 вых импульсов, а „вЂ” натуральный ряд чисел, получим следующие формулы для расчета искомых теплофизических характеристик:

4 " Е„(n /л,) (8)

1 (х, " трасту("у, ) 1=1 "1 Х уа 1 у (9)

3р где Xk Ìг — соответственно расстояния от линии действия источника тепла до точек контроля температуры; 11 — число импульсов, наложенных на поверхность исследуемого тела от источника тепла, до момента времени, когда температура в точке Х< доетигает установившегося значения, равного Т

Чсг,1 (X, "„); л — число импульсов, поданных на теле от источника тепла до момента времени, когда температура в точке )г г достигает уста40 нов ившегося значения 4, k скважность импульсов источника тепла ° = s h г

1 1 натуральный ряд чисел; g — мощность линейного импульсного иеточника тепла; Я, q— коэффициенты тепло- и температуропроводности соответственно.

Таким образом, определив число импульсов теплового воэДействиЯ 11 и И г и знаЯ значение установившейся температуры в точке М1 и мощность одного теплового импульса, по k

50 формулам (8) и (9) можно рассчитать значения коэффициентов гепло- и температуропроводности исследуемых тел.

Определение числа нанесенных импульсов

11, и Г1г на повеРхность гела источника тепла or начала теплового воздействия до момен55

ra, когда температура в точке контроля достигнет неизменного значения, обеспечивает точность и помехозащищенность при олределе нии геллофиэических харак герис гик.!!93555

Ногрешносгь определения геллофизических характерисгик в предлагаемом способе значительно меньше, чем в известном способе по следующим причинам. Например, в известном способе погрешность определения коэффициента температуроироводности определяется как

x x, га ° - — — * — — — ь к

2Ь"м8 11 1пг (I0) В предлагаемом способе погрешность вычисления этого же коэффициента определяется как

Составитель В. Битюков

Техред M.Ïàðoöûé 1<оРРектОР. А. Зимокосов

Редакгор А. 1!1андор

Заказ 7309/4{ò

Тираж 896 Подписное

ВНИИПИ,Государственного коми гета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Х,-Хг Хг "Хе

Ьа* Ь + „4Х

ы.t, ик

Из анализа формул (10) и (11) очевидно, что погрешность определения данного коэффициента в предлагаемом способе меньше на величину первого слагаемого в выражении (10). А так как эта величина вносит не менее 70% общей погрешности, то способ позволяет повысить точность определения коэффициента температуропроводности не менее чем в 2-3 раза.