Способ определения теплофизических характеристик материалов

 

Изобретение относится к области тепловых испытаний, а именно к измерению теплофизических характеристик материалов. Цель изобретения - расширение области применения способа за счет использования при испытаниях сред с изменяющейся во времени температурой и расширение информативности за счет дополнительного измерения коэффициента теплоотдачи среды. Используют образцы в форме пластины, цилиндра или шара. Термостатируют образец при исходной температуре. Помещают его в среду с постоянным коэффициентом теплоотдачи. Допускается монотонное изменение температуры среды за счет ее теплообмена с образцом. Регистрируют изменение температуры образца в двух точках и изменение температуры среды. Положительный эффект способа - возможность проведения испытаний в средах с изменяющейся температурой, а также возможность получения дополнительной по сравнению со способомпрототипом информации - коэффициента теплоотдачи среды.

А1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„.SU„„1539 2 (51)5 G 01 М 25/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4344607/31-25 (22) 16.12.87 (46) 30.01.90. Бюл. Р 4 (71) Сибирский металлургический институт им. Серго Орджоникидзе (72) В.П. Конышев, Н.Н. Ивашенкова и Г.В..Назарова (53) 536.6 (088,8) (56) Чудновский А.Ф. Теплофизические характеристики дисперсных материалов.

М.: Фиэматиздат, 1962, с. 155-158.

Авторское свидетельство СССР

Р 1460684, кл. (01 N 25/18, 1986 ° (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕС-

КИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к области тепловых испытаний, а именно к измерению теплофизических характеристик материалов. Цель изобретения — расширение области применения способа за

Изобретение касается тепловых испытаний, а именно измерения теплофизических характеристик материалов.

Цель изобретения — расширение области применения способа за счет использования при испытаниях сред с изменяющейся во времени температурой и расширение информативности за счет дополнительного измерения коэффициента теплоотдачи среды.

Сущность способа состоит в следующем.

Используют образец в форме пластины, цилиндра или шара. Термостатируют при исходной температуре. Перемещают счет использования при испытаниях сред с изменяющейся во времени температурой и расширение информативности за счет дополнительного измерения коэффициента теплоотдачи среды. Используют образцы в форме пластины, цилиндра или шара.Термостатируют образец при исходной температуре, Помещают его в среду с постоянным коэффициентом теплоотдачи. Допускается монотонное изменение температуры среды за счет ее теплообмена с образцом. Регистрируют изменение температуры образца в двух точках и изменение температуры среды. Положительный эффект способа— возможность проведения испытаний в средах с изменяющейся температурой,а также возможность получения дополнительной по сравнению со способом-прототипом информации — коэффициента теплоотдачи среды. образец в среду с постоянным коэффициентом теплоотдачи с температурой, которая может монотонно изменяться во времени. Регистрируют изменения во времени температуры образца в двух точках на различных расстояниях от центра и температуры среды. Измерения ведут до момента установления температуры равновесия в системе образец— среда.

По полученным данным рассчитывают коэффициент температуропроводности а, кроме того, имеется возможность дополнительно рассчитать коэффициент теплоотдачи

1539629 (T o — Тс ()) ((х — х ) а

CO

2(1+i) 5 1Т(х „ — Т(х,,".) d i 2hR ) 1Т (х, < 3 — Т (лгь) d< о где

2Л 8 ч-82

R 8|

o( (R — хг) (IT(x i j Тс (43$ d 7 а

Т вЂ” температура термостатио рования;

Тс — температура среды, Т () — установившаяся темперас тура среды;

Т вЂ” температура образца; х,, х — расстояние от центра образца до точек измере- 15 ния температур (х „(х ) у

С вЂ” время, — параметр формы тела (i = 0 для пластины, 1 для цилиндра, — 2 для шара)

R — расстояние от центра до поверхности образца — теплопроводность образца.

Пример 1. Температуропровод- 25 ность железа и коэффициент теплоотдачи для спокойной воды определяли в температурном интервале (0-100) С с помощью железного шара радиусом

R - =5 см, в центре которого (r =0) и на поверхности (r <=R) закрепляли две термопары, выводы которых подсоединяли к четырехканальному самописцу термографа. Шар выдерживали при Т, =

100 С в температурно-регулируемой печи, а потом быстро помещали в ледя- З5 ную воду, объем которой пятикратно превосходил объем шара, и регистрировали кривые охлаждения T(r „=О, t), Т(г -R; С) и Тс(t) в течение 1015 мин, причем холодные спаи всех ю 40 трех термопар -помещали в другой сосуд с ледяной водой, сохранявший в течение опыта температуру 0 0. После стабилизации, температуры воды, ох45 лаждающей шар, определяли величину

Т (о) ° Она оказалась равной 14,5 С.

Далее графически (с помощью планиметра) определяли площади, заключенные, между кривыми охлаждения T(r,=0; t)

T(r<=R; t) для шара и кривой нагре50 ва Т,(t) для воды.

Температуропроводность определяли по формуле (1). Значение а для железа получилось равным 21,1 10 м с г

Коэффициент теплоотдачи воды опре- 55 деляли по формуле (2) (К хг) S YT (х„ь) — Т (Л 3 . .Дь (2) являющейся частным случаем формулы (2) для образца в форме шара. Значение с оказалось равным 2000 Вт/мг К.

Пример 2. Температуропроводность алюминия и коэффициент теплоотдачи спокойной воды определяли в температурном интервале (22-62) С по теплофизической схеме примера 1 с помощью алюминиевой пластины с размерами 6"24 ?4 см, в центре которой

° (х, =О) и на поверхности (х = — ) были

1 2 установлены термопары, выводы которых, как и вывод термопары, фиксирующей изменение температуры Т(С) среды, охлаждающей пластину, подсоединяли к четырехканальному самописцу термографа. Пластину выдерживали при

To = 62 С и быстро помещали в воду с Т с(0) = 22 С, объем которой пятикратно превосходил объем пластины, и в течение 10 мин снимали кривые охлаждения T(x =0 t) Т(х г =

t) и кривую нагрева Т (t) относительно сосуда с водой, сохранявшей о в течение опыта температуру Т z = 22 С.

После стабилизации температуры воды определяли ее величину Т с(o ), оказавшуюся равной 28,5 С. Далее графически определяли площади S, и Б меж1 ду кривыми Т(х,=0, t), Т(х = —,, t) и кривой T (t) соответственно. Получено: а = 82,4 10-ь м с, с(= — 1799 Вт.м - K

Положительный эффект способа— возможность проведения испытаний с использованием сред с изменяющейся во времени температурой, что расширяет область его применения ° Кроме того, положительный эффект состоит в расширении информативности способа-прототипа: помимо температуропроводности имеется возможность измерения коэффициента теплоотдачи среды.

Способ может найти применение при массовых измерениях теплофизических свойств материалов и при оценке теп" лоотдачи охлаждающих сред.

СВ

Х ) j {Т(Х i ) Т (7)) di — (R (Вг где

Тс

1.с

Х„Х, Составитель В. Вертоградский

Техред М. Ходанич Корректор Т. Палий

Редактор А. Маковская

Тираж 490

Заказ 212 Подписное .ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский. комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101

5 15396

Формула изобретения

Способ определения теплофизических характеристик материалов, состоящий

5 в том, что термостатируют образец при исходной температуре и измеряют эту температуру, перемещают его в среду с постоянным коэффициентом теплоотдачи, регистрируют изменение во Времени 1О температур в двух точках образца разностоящих от его центра, о т л и2 В R I «Т(Х,".1 — Т(Х,е } (е температуропроводность материала, м ° С коэффициент теплоотдачи среды,Вт.м К " температура термостатирования, температура среды; установившаяся температура среды; температура образца расстояния от центра образца до точек. изме29 6 чающийся тем, чт о, с целью расширения класса исследуемых образцов и расширения информативности за счет дополнительного измерения коэффициента теплоотдачи, регистрируют изменение температуры среды во времени, а искомые величины определяют по соотношениям (То-Т ()l (Х < — Х, ) а 1

2(1+i) 1 (Т(Х,, i ) Т(Х 7)) Й

2,j ТЕХ,;7- Тс(")

1 рения температур образца (Х, (Х ); время; параметр формы тела (i = 0 для пластины, — 1 для цилиндра, 2 для шара), расстояние от центра до поверхности образца; теплопроводность образца, Вт-м К