Способ определения теплофизических характеристик материалов

 

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для определения теплофизических характеристик материалов. Цель изобретения - повышение точности определения теплофизических характеристик. Теплопроводность, объемную теплоемкость и температуропроводность определяют квазистационарным методом нагрева образца, в среднем слое которого размещен нагреватель, при двух режимах нагрева. Нагрев образца на втором режиме уменьшают до величины, обеспечивающей соотношение первоначального темпа нагрева и последующего в диапазоне 1,8 ... 5,0. 1 ил.

(1) С 0 1 N 25/18

I fI„."" ß ;iAJ ц .. „ ч:Д >g?.;,;;; j1." ;<íë < йБЛИ1Т

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ф

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСН

=,. у,. / -. РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н А ВТОРСНОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4412021/31-25 (22) 19. 04.88 (46) 07.05.90. Бюл. N 17 (71) Киевский технологический институт пищевой промышленности (72) А.В. Ковалев, 8.И. Теличкун, B.Í. Пахомов, С,Д. Дудко и К.И. Гуме" ров (53) 536.6(088.8) (56) Пивень A.H, и др. Теплофизические свойства полимерных материалов.

- Киев: Вища школа, 1976, с. 34-36.

Беликов Н.B. и др. Теплофизические характеристики материалов подиков хлебопекарных печей. — Хлебопекарная и кондитерская промышленность, 1958, М 4, с. 3-6.

Изобретение относится к теплофи1 зическим измерениям и может быть использовано при определении теплофизических характеристик материалов.

Целью изобретения является повышение точности определения теплофизических характеристик.

Изобретение основано на измерении тепловой мощности нагревателя, расположенного между пластинами составного образца. и температур поверхностей пластин при двух темпах нагрева

U u U . При этом отношение темпов нагрева лежит в диапазоне 1,8+v /U„<5.

Переход на новый режим осуществляется при условии, чтобы квазистационарный тепловой режим при двух раз„,SU„, ßßßÈÎ А I

2 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОфИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для определения теплофизических характеристик материалов. Цель изобретения - повышение точности определения теплофизических характеристик.

Теплопроводность, объемную теплоемкость и температуропроводность определяют квазистационарным методом нагрева образца, в среднем слое которого размещен нагревате< ь, при двух режимах нагрева. Нагрев образца на втором режиме уменьшают до величины, обеспечивающей соотношение первоначального темпа нагрева и последующего в диапазоне 1,8-5,0, E ил. личных темпах нагрева образца начинался при одинаковых среднеинтегральных его температурах.

Расчет теплофизических характеристик при двух тепловых режимах, соотношение темпов нагрева которых попадает в указанный интервал, проводится по формулам

h$V< (q<+q ) 1 „(q < +qà))

Ъ—

U,(h, t" "+ дс" ) — U„(ht +At>)

2 p(q ht +q< gt ) (Ч, ht, +qz Ь "а ))

C Р hEu (Ft +Ft,")-< «(с< +at,) j

h jU, (q, +q )-U< (q,+Ч )) 2((q,6с, +q htq) (q< <+q 4 <) j

1562820 где h толщина пластины образца; (Ч, Ч,6 t, Аф соответственно теп1 ловые потоки на внутренней поверхности образца и перепады температуры по толщине образца пластин при темпе нагрева U, q q 6 t,ht- вышеуказанные пара((((и (( метры при темпе нагрева U,t(.

Данные формулы получены на основа- 15 нии решения уравнения сохранения энергии для двух тепловых режимов.

КоэФфициент теплппроводности g npu известном тепловом потоке на обеих плоскостях плоскопараллельной пласти- 2О ны определяется по формуле (Чд + Чв) Ь

7 (1)

2 6t

У где Ч, q — соответственно плотности

D теплового потока на про- 25 тивоположных йоверхностях пластины;

h — толщина пластины; — разность температур по толщине h.

При известном тепловом потоке на одной поверхности исследуемой пластины исключаем тепловой поток q

Ч в= Чд (Ч °

Тогда уравнение (1) можно переписать в виде (2Ч д — a Ч) ф

2 Д1

Выражая величину Ь Ч через объем40 ную теплоемкость (((q = C hU, получаем =- (2Ч вЂ” C hU) h/2Ь t.

Составляем систему уравнений для двух опытов при различных тепловых

45 режимах

29gt =(2q — CphU )h для первого теплового режима

29йс =-(2q -CP >6 )h — для второго теплового ре- >О жима.

Решив эту систему уравнений относительно 9, и С р находим зависимости для расчета теплопроводности и объем5S ной теплоемкости

h(q((U — q(U )

h t1 U, — K t U (( (2) 2(q, Ü t" .- A t q",) ср = (3)

h(Uht" - UÄ at )

Для определения теплопроводности для двух пластин с расположенным между ними нагревателем воспользуемся уравнением (2) для первой пластины для второй пластины

Q (Qt V — 5 с U < ) =1i(Ч,ц,-q U )

Для определения объемной теплоемкости используют уравнение (3), а ко-. эффициент температуропроводности находится из известного соотношения а =З/Ср:

Cph(U 5t У," (ег) =2(Ч,Ас -b t q") .

На чертеже изображена схема измерительного устройства, поясняющая способ определения теплофизических характеристик.

Испытуемый образец, состоящий из двух плоскоаараллельных пластин 1 и 2 равной толщины с одинаковыми теплофи" зическими свойствами, помещен в теплоизолирующую камеру 5. Иежду пластинами находится плоский нагреватель, состоящий из центрального 3 и охранного ч. К нагревателю подводят постоянную электрическую мощность. Поддерживая температуры поверхностей образца и поверхности камеры одинаковыми, исключают тепловое излучение между образцом и стенками камеры. После наступления квазистационарного теплового режима фиксируют температуры на внешней и внутренней поверхностях пластин, время эксперимента и тепловую мощность нагревателя. Второй тепловой режим осуществляют при умень" шении темпа нагрева образца путем подвода к нагревателю энергии меньшей величины, причем новый темп нагрева находится из диапазона 1,8 с0, /U(((5.

Данный диапазон получен на основании проведенного экспериментального исследования при различных темпах нагрева. Сравнение результатов определения теплофизических характеристик проводилось по отношению к стационар" ному методу с погрешностью менее 33.

На основании проведенного исследования было установлено, что при U(/UÄ<5 и U(/U„ ) 1,8 отклонение величины теплопроводности от величины, полученной стационарным методом, составляет меньше 14 и имеет минимум при V,/U(=2,8 ° з 15

Предлагаемый способ позволяет повысить точность определения искомых характеристик за счет увеличения информативности способа.

Формула изобретения

Способ определения теплофизических характеристик материалов на образце в виде плоских пластин, включающий нагрев образца нагревателем, размещенным между пластинами, поддержание нулевой разности температур между образцом и теплоизолирующей камерой, изме рение в квазистационарном режиме мощности нагревателя, температуры на поверхностях пластин и определение темпа нагрева образца, по которым рассчитываются искомые характеристики, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения теплофизических характеристик, .уменьшают мощность нагревателя до величины, обеспечивающей соотношение первоначального темпа нагрева U и последующего U в диапазоне 1>8 i U /Ц,(5, 62820 d а теплопроводность $ исследуемого материала, его объемную теплоемкость Ср

4 и коэффициент температуропроеодности а определяют по формулам

Ь(Б,(q" +с ")-11„ (q +qz))

U,(d t, +«",)-U„(Ь t,+«,) ((At" +4 ")-Ui(« +At )j а- \

2((q, At", +qð4t )-(q,ht, +qäМ )g

35 Л толщина пластины образца;

Ч q2 At>,Ь t - соответственно тепI 1 I ловые потоки на внутренней поверх20 ности образца и перепады температуры по толщине пластин при темпе нагрева 4>

q", q",,4 t, 4t" — etimeyKB38HH|>le пара метры при темпе нагрева U,.