Способ определения коэффициента поверхностной теплоотдачи

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (g1) 4 G 01 N 25/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4130815/31-25 (22) 10 ° 07 ° 86 (46) 29 ° 02 ° 88. Бюл.М 8 (71) Московский вечерний металлургический институт (72) НН,Прохоров» В.С.Деденев»

А ° 3.Пименова и В.М.Полунин (53) 536 ° 24(088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 146542, кл G О) N 25/00, 1961. (54) СПОСОБ ОПРЕДЮБНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА

ПОВЕРХНОСТНОЙ ТКШ1ООТДАЧИ (57) Изобретение относится к области испытаний, точнее к области измерения теплофизических характеристик. Целью изобретения является повышение точности измерений и снижение их трудоемкости. Образец выполняют из испытываемого материала в виде пластины с тем же состоянием поверхности и с теми же условиями контакта по поверхности пластины, что и при сварке, тепло подводят от концентрированного источника тепла, имитирующего линей„„SU„„137?697 А1 ный мгновенный источник в течение короткого интервала времени (d t « gc) в одной точке в центре образца-пластины температуру измеряют в одной точке на расстоянии r от точки приложения тепла, причем r > (2-3)d где

d — диаметр пятна нагрева в ряд моментов времени Т,(t „), T (t >),. °

Tg(t„), »T.„(t „), причем, (2-3)".,1» а величину коэффициента поверхностной теплоотдачи a(определяют по формуле а =pq g сГ» где д - толщина .пластины-образца, g — обьемная теплоемкость материала образца; величина, минимизирующая средний квадрат ошибки ь (P ((. -А Ф ) Щ

4 = )/пК (р;/t,е

1=1 — T,(ñ.), где й, = 8/(4Дф н И

В = -r /(4(» ), 9 — количество введенного в образец тепла, коэффициенты теплопроводности и температуропроводности соответственно материала образца. 1 табл.

1377697

r и В

2. 4ц

Ц, в„-,д, (4) Изобретение относится к испытаниям, точнее к области измерения теплофизических характеристик.

Цель изобретения — обеспечение точности измерения и снижение трудоемкости эксперимента..

Способ .осущестВляется следующим образоме

Образец изготавливают в Виде пластины из того же материала, который используется при сварке Пластин, и той же или меньшей толщины, что и при сварке для обеспечения по возможности равномерного разогрева верхней

I и нижней поверхностей пластины при нагреве. Это условие можно считать выполнимым, если при использовании концентрированного источника тепла (например, сварочного) испытываемая пластина-проплавляется по толщине полностью, а расстояние r до точки, в которой измеряется температура, выбирается не менее г Ъ (2-3)d. Длину и ширину пластины-образца целесообразно брать одинаковой Для стальных образцов при времени перераспределения тепла (времени эксперимента) не более 1 мин и количестве тепла на единицу толщины образца не более

40 кДж/см достаточно иметь образецпластину размером не более 100

«100 мм. В общем случае величина может быть оценена по выражению (7 4 at(fn Q — Рп(д<Р ).-- 4,8 (1)

При выполнении условия (1) боковые границы пластины практически не ока" зывают влияния на результаты измерения температуры, так как границы образца-пластины практически не разогреваются.

Чтобы не-оказывать влияния в точке измерения температуры на термический цикл, продолжительность:действия источника (pt) должна быть достаточно малой, т.е. должно выполняться условие 3t t, 2-3 ° Этого требует так называемый принцип временного влияния. При соблюдении названного условия источник тепла можно считать мгновенным и не учитывать характер тепловыделения во времени.

Сложный характер удельного теплового потока источника тепла оказывает влияние на термический цикл, претерпеваежж точками вблизи этого источника. Согласно принципу местного влияния на удалении в плоскости поверхности пластины r (2-3)d, где d — диаметр пятна нагрева, характер термического цикла не зависит от

5 характера распределения удельного теплового потока источника. Для устранения влияния характера тепловыделения источника на температурное поле в области измерения температуры источник тепла следует брать концентрированным (например, сварочная дуга, сварочный электронный луч, лазер)» а температуру измерять на расстоянии r от центра источника, оговоренном вьппе.

Количество тепла Я, вводимое источником, например, в виде сварочной дуги, определяется как Q = UUIq t, 2р где Х, U u q — - соответственно ток и напряжение на дуге и эффектный

КПД нагрева изделия сварочным током.

При непостоянстве тока и напряжения для определения Й должны быть исполь

25 зованы соответственно интегральные характеристики.

Измерение температуры следует выполнять применительнб к нескольким моментам времени T„(t,), Т,(t )...

30 Т;(t ), ° ..Т „(t „). Желательно вести измерения на этапах нагрева и охлаждения. Общее число замеров (и) желательно брать не менее 5, Для увепичения тбчности получаемых результатов возможно повторение эксперимента с включением результатов в даль» нейшую математическую обработку ° (После проведения всех измерений 1 искомую величину a(определяют по

40 формул е

2 (2) где  — величина, минимизирующая

45 среднни квадрат ошибки:

1 В„ и и

Ь - — M ° (— е — 7;(t,.)) -1 (3) а величины В и В определяются равенствами

Пример, Коэффициент поверхностной теплоотдачи o определяли применительно к области зоны термиче ского влияния, нагреваемой при сварке стальной пластины. Толщина пластин

1377697

Температура Т, С 401 425 406 251

139

)09

Время 1, с

3 S

30

35 (5) Способ определения коэффициента и темп поверхностной теплоотдачи материалов,50, териал

Составитель А.Кульков

Редактор М,Товтин Техред А.Кравчук Корректор

М.Поко

Заказ 863/38 Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4

2 мм, сварку вели вольфрамовым электродом на AmocoaoA подушке в аргоне, Для эксперимента были изготовлены образцы 80"80»2 мм. В центр образца в течение 1 с подводили тепло сварочной дуги. Средние значения тока и .напряжения составляли соответственно

277А и 25 В. Эффективный КПД процесса нагрева пластины дугой составлял 10

0,52 (теплофизические коэффициенты

Полученные данные использовали для определения величины Вв, минимизирующей выражение (3). Для этого по формулам (4) применительно к вышеописанным условиям вычислили значения

В = 3807 с С и В, = -3,167 и, за (° давшись начальным приближением В =

= 0 (соответствует полному отсутствию поверхностной теплоотдачи), рассчитывали В методом последовательных в приближений по известным формулам где Т; и t; берутся из вьппеприведенной таблицы °

Значение В, полученное таким обв э

- разом, в четвертом приближении составило В =. 5,6719 10 . Отсюда .согласно равенству (2) В = 2,7027»:

«10 Дж/см с С, d = 2,7027»

«10 Дж/см с С.

Формула изобретения примените2 ьно к использованной низкоуглеродистой стали были приняты при расчетах равными Я = 0,8762 Дж/смв С; с у= 4 ° 765 Дж/смвс С).

Температуру нагревного образца измеряли на расстоянии 10 см от центра приложения тепла. В результате эксперимента били получены значения температуры, использованные в дальнейшем при расчетах, см, таблицу включающий нагрев материала и регистрацию его. температуры, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений и снижения их трудоемкости, нагрев производят линейным мгновенным источником в течение интервала времени 4t < 2 с В одной точке в центре поверхности образца в виде пластины, температуру измеряют в одной точке на расстоянии г > (2-3)d от точки приложения тепла, где d - диаметр пятна нагрева, в моменты времени T „(t,), T (t, ), . ° °,T (t„), причем t „> (2-3)dt, а величийу коэффициента поверхностной теплоотдачи a(определяют по фор муле

В с

2 где. у- толщина пластины, с - объемная теплоемкость;  — величина, средний квадрат ошибкй, определяемая из формулы

В2

1 В. % вз 12

6=-. . -> е — T (t,-Ц, -и;, t; а л, =- — -иВ2= —, 4О а(4аЮ

Я вЂ” количество введенного тепла в образец;

Д, Ы вЂ” коэффициенты теллопроводности ературопроводности маа соответственно.