Способ определения коэффициента теплопроводности частично прозрачных для теплового излучения материалов

 

СО1ОЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Ai (51)4 С 01 N 25/18

1 9 в. фС1 :",-л п =. n Ц ц

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ е в.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3792854/24-25 (22) 24.09.84 (46) 30.10.86. Бюл. Ф 40 (71) Московский институт радиотехники, электроники и автоматики (72) В.К.Битюков, В.А..Петров, С.В.Степанов и А.К.Захаров (53) 536.24 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 440588, кл. G 01 N 25/18, 1972.

Авторское свидетельство СССР

В 767631, кл. G 01 N 25/18, 1978. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА

ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ЧАСТИЧНО ПРОЗРАЧНЫХ

ДЛЯ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к области теплофизических измерений, а именно к способам определения теплопроводности частично прозрачных для тепло вого излучения материалов. Целью изо„. SU„„1267240. бретения является уменьшение погрешности определения коэффициента теплопроводности. В рабочую камеру помещают образец параллельно плоскости нагревателя. Роль холодильника выполняет внутренняя поверхность камеры. После вакуумирования камеры выводят образец из эоны нагрева и вводят экран, выполненный из того же материала, что и образец, устанавливают температуру нагревателя на 200-300 К

У выше заданной, отжигают его в течение

9-11 ч. После отключения нагревателя образец и экран возвращают в исходное положение. Затем снова включают наг-. реватель и в стационарном состоянии измеряют температуру нагревателя, холодильника и разность температур . на образцах. По этим данным вычисляют коэффициент теплопроводности образца. 2 ил.

1 126

Изобретение относится к теплофизическим измерениям свойств частично прозрачных для теплового излучения материалов (стекло, кристаллы, расплавы солей и т.д .), в частности к способу определения коэффициента теплопроводности материала, и межет быть использовано в химической, электротехнической и других отраслях промышленности для определения физических свойств материалов.

Цель изобретения — уменьшение погрешности определения коэффициента теплопроводности при высоких температурах, т.е. температурах, при которых перенос энергии в частично прозрачных материалах происходит одновременно теплопроводностью и излучением.

На фиг.1 изображена схема экспериментальной установки, реализующей предлагаемый способ; на фиг.2 — влияние времени отжига материала нагревателя на пропускание образца частично прозрачного материала.

Способ осуществляют следующим образом.

В рабочую камеру плоскопараллельно нагревателю помещают образец. Роль холодильника выполняет внутренняя поверхность камеры. После вакуумиро.вания камеры вводят образец из эоны нагрева и вводят экран, выполненный из того же материала, что и образец.

Устанавливают температуру нагревателя на 200-300 К выше заданной, отжи- гают нагреватель 9 — -11 ч. После отключения нагрева образец и экран возвращают в исходное положение. После включения нагрева в стационарном состоянии измеряют температуру нагревателя, холодильника ;. и разность температур на образце. Определение искомой величины проводят численным решением на ЭВМ (типа БЭСМ-6) обратной задачи стационарного радиационно-кондуктивного переноса энергии в плоском слое, отделенном диатермическими зазорами от нагревателя и холодильника.

-„-„-1"- — — +гЛ „1 (r. т,)Уарад)=0, ьа» где х — координата точки в слое (хC(-1,1) );

Р /совЧ /;

Ф вЂ” угол, отсчитываемый от положительного направления оси Х; f

7240 ный ум19ожитель 25, нижний поглотитель энергии 26, эталонный оптичес50 кий пирометр 27, нижнее смещаемое зеркало 28, нижнюю диафрагму 29, нижнее флюоритовое окно 30, дно камеры 3 1, неподвижный токоподвод 32.

В вакуумной водоохлаждаемой камере 1 на съемных токоподводах 2 укреплены вольфрамовые нагреватели 3 и 5, над которыми с зазором 2 — 4 мм установлена охранная плита 4 из кварцевого стекла, укрепленная с помощью

40 молибденовых подвесок 7 к поглотителю энергии 16.

В охранной плите 4 крепится образец 6 кварцевого стекла, вывод излучения с обеих поверхностей которого осуществляется через флюоритовые окна 10 и 30, перед которыми установлены апертурные диафрагмы 9 и 29.

Оптическая система собрана на зеркалах 11, 14,15,21 и 28 с внешним алюминированнем, Перед экспериментом устанавливают охранную плиту 4 с образцом б, поглотитель энергии 16 и нижний поглотитель энергии 26 так, как показано на фиг,1. При этом эк-

55 ран, выполненный из того же материала, что и исследуемый образец (не показан), установлен в одной горизонтальной плоскости с образцом, на

25.) — коэффициент теплопроводности; д — частота;

Т вЂ” температура;

t(-) — интенсивность излучения вперед (назад);

h — полутолщина образца.

Экспериментальная установка, реализующая предлагаемый способ, содержит вакуумную водоохлаждаемую камеру

1, съемный токоподвод 2, охранный нагреватель 3, охранную плиту 4, центральный нагреватель 5, образец 6, молибденовую подвеску 7, манометрические преобразователи 8, верхнюю диафрагму 9, верхнее флюоритовое окно 10, верхнее смещаемое зеркало 11, инфракрасный пирометр частичного излучения

12, задвижку 13, плоское зеркало 14, сферическое зеркало 15, поглотитель энергии 16, инфракрасный приемник излучения 17, инфракрасный фильтр 18, диафрагму 19, модулятор 20, зеркалозадвижку 21, уплотнение для ввода термопар 22, диафрагму для ФЭУ 23, (интерференциальный фильтр для види1 мой части спектра 24, фотоэлектрон267240

55

3 1 молибденовых подвесках закреплен к поглотителю энергии 16 и смещен на

80 — 100 град. относительно охранной плиты 4. Для вывода излучения с ниж- ней поверхности образца 6 в центральном нагревателе сделано отверстие равное 1,2 — 1,5 мм. Проверяют юстировку оптической системы для измерения температуры нагревателя пирометром 27, образца — пирометром 12 и разности температур на образце инфракрасным приемником излучения 17 с фильтром 18, диафрагмой 19 и модулятором 20, а также плоскопараллельность охранной плиты 4 с образцом 6 и нагревателем 3 и 5. Затем поворачивая поглотитель энергии на угол примерно 90 град. выводят охранную плиту

4 из зоны нагрева, а экран, выполненный из того же материала, что и образец, вводят на его место. При этом поглотитель энергии 16 и нижний поглотитель 26 занимают место, отмеченное на фиг.1 пунктиром. Вакуумируют камеру (контроль осуществляют по преобразователям 8). Затем устанавливают температуру нагревателей 3 и

5 на 200 — 300 К выше температуры стационарного изотермического радиационного нагрева. После этого отжигают нагреватели в течение заданного времени (9 — 11 ч). При этом условия формирования поверхностного слоя нагревателей, а значит и их оптические свойства идентичны как при отжиге, так и при эксперименте. Тот факт что отжиг проводят при более высокой температуре, способствует уменьшению запыления парами. нагревателя в процессе эксперимента образца. Затем отключают нагрев, возвращают экран и охранную плиту с образцом в исходное положение, включают нагрев, в стационарном режиме измеряют соответствующие параметры, после чего численно решают на ЭВМ обратную задачу теплопроводности в условиях радиационно-кондуктивного переноса энергии в плоском слое конденсированной среды с полупрозрачными границами и с селективными оптическими свойствами.

При использовании в качестве нагревателя вольфрама, .образца и экрана кварцевого стекла (внутренняя поверхность камеры и всех остальных узлов в ней была покрыта графитовой сажей, степень черноты которой равно

0,97), для температуры нагрева 2500 К.

40 отжиг нагревателя проводят 1О ч при

2750 К.

На фиг.2 показана зависимость спектрального пропускания кварцевого стекла КВ, нагретого до температуры

1500 К и вьдержанного в течение одного часа над вольфрамовым нагревателем, отожженным предварительно при температуре 2500 К в течение часа (кривая 33), 5 ч (кривая 34) и 10 ч (кривая 35), причем пропускание исходного стекла и стекла после нагрева над отожженным в течение 10 ч нагревателем не изменяется (измерение пропускания материала выполнено на спектрофотометре S pecord 75 IR).

Аналогичный график иллюстрирует влияние превышения температуры нагревателя над заданной. Экспериментально установлено, что превышение на 200 — 300 К температуры нагревателя, при которой проводится опыт, приводит к стабилизации эмиссионных свойств материала нагревателя. Например, вьдержка в течение часа образца кварцевого стекла над вольфрамовым нагревателем, имеющим температуру 1900 К и предварительно отожженным при температуре 2200 К в течение °

10 ч, не привела к изменению оптических свойств частично прозрачного материала.

Резальтаты измерения коэффициента теплопроводности кварцевого стекла предлагаемым способом в интервале температур 600 — 1500 К аппроксимированы полиномом первой степени

A =0,69+1 56 . 10-э Т (2) где измеряется в Вт/(м. К);

Т вЂ” в градусах К.

Использование предлагаемого способа определения теплопроводности частично проэрачньм для теплового излучения материалов позволяет уменьшить погрешность определения теплопроводности указанных материалов при высоких температурах из-за неточности знания оптических свойств нагревателя.

Формула изобретения

Способ определения коэффициента теплопроводности частично прозрачных для теплового излучения материалов, включающий стационарный изотермичес- кий радиационный нагрев плоского об$ 1267240 4 разца, расположенного между нагрева- чения во время .изменений: энергетнтелем и холодильником, измерение тем- чески, устойчивого состояния нагревапературы нагревателя и холодильника теля, предварительно помещают на,меси разности температур на образце, то расположения образца экран, выполрасчет коэффициента теплопроводности > ненный из того же материала, что и по известному соотношению, о т л и — образец, и поддерживают в течение ч а ю шийся тем, что, с целью 9 — 11 ч температуру нагревателя, уменьшения погрешности определения превышающую на 200 — 300 К темперакоэффициента теплопроводности при туру стационарного изотермического высоких температурах за счет обеспе- 1р радиационного нагрева. акууч фи8. У

2,5 т

80 бО

Z4t geest -1 авиа.2

Составитель В. Зайченко

Редактор Т.Митейко Техред N. Ходаиич Корректор М.Максимишинец

«, ° З».

Заказ 5764/39 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета. СССР по делам изобретений и.открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие., r Ужгород, ул. Проектная, 4„