Способ определения теплопроводности материалов

 

Изобретение относится к теплофизическим измерениям и может быть использовано для определения теплопроводности материалов. Цель изобретения - упрощение способа и повышение точности определения теплопроводности. Определение теплопроводности включает измерение перепада температуры по толщине исследуемого и эталонного материалов между их поверхностью и точкой на расстоянии 1/3 радиуса образцов в процессе их монотонного охлаждения. Измерение перепада температуры осуществляют в моменты времени, когда температуры на поверхностях образцов в сходственных точках достигают заданного равного значения, при этом критерий Фурье должен быть не менее 0,25. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЩ4АЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1578612 щ) G 01 N 25/18

1 .. -..";i t li - A;q

; 1 ь", . I

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbtTHRM

ПРИ П1НТ СССР

1 (21) 4492345/31-25 (22) 19.09.88 (46) 15.07.90. Бюл. Р 26 (75) Л.M.Äðàáêèí (53) 536.6 (088.8) (56) Осипова В.А. Экспериментальное исследование процессов теплообмена—

М.: Энергия, 1969, с. 109-110,, Чиркин В.С. Теплопроводность промышленных материалов. — М.: ГНТИМЛ, 1962, с. 139-140. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕКИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относигся,к теплофиэическим измерениям и может быть использовано для определения теплопроИзобретение относится к теплофиэическим измерениям и может быть использовано для определения теплопроводности материалов.

Цель изобретения — упрощение способа и повышение точности определения искомой характеристики.

Способ определения теплопроводности материалов заключается в измерении теплового состояния идентичных образцов из исследуемого и эталонного материала в моменты времени, когда температуры их поверхности в сходственных точках достигают заданного. равного значения. Для обеспечения работоспособности способа вводятся два ограничения:. критерий Фурье (F0) должен быть больше 0,25, а отношение теплопроводности исследуемого материала и эталонного не должно превышать

2 водности материалов. Цель изобрете" ния — упрощение способа и повышение точности определения теплопроводности. Определение теплопроводноати включает измерение перепада температуры по толщине исследуемого и эталонного материалов между их поверхностью и точкой ьа расстоянии 1/3 радиуса образцов в процессе их монотонного охлаждения. Измерение перепада темпе» ратуры осуществляют в моменты времени, когда температуры на поверхностях образцов в сходственных точках достигают заданного равного значения, при этом критерий Фурье должен быть не менее 0,25. 3 ил. десяти. Оба ограничения позволяют

° .реализовать кваэилинейный профиль между поверхностью образцов и точкой, расположенной на расстоянии 1/3 радиуса от их оси.

На фиг ° 1 показано устройство для осуществления предложенного способа; на фиг.2 — схема включения термопар; на фиг.3 — кривые, иллюстрирующие обработку результатов измерения температур, Устройство содержит два измерительных. прибора (например, потенциометра) 1 и 2, к которым на изолированЪ ных термоэлектродах 3 присоединены Ъ эталонный 4 и рабочий 5 образцы, имеющие одинаковые размеры и форму. Для крепления образцов к термоэлектродам и одновременного измерения температуры и перепада температур в характер15786! 2 ных точках образцов горячие спаи термопар закрепляют на одинаковой глубине на 1/3 радиуса от центра и на поверхности образцов. Электропечь 6

> устанавливают на поверхности столика

7> поддерживаемого пружиной 8 на оси

9. Цилиндрические экраны 10 с двойными стенками жестко закрепляют на неподвижной крышке 11. Стержни 12 предназначены для фиксации поворотного столика относительно неподвижной крьш ки. Для определения коэффициента теплопроводности эталонный 4 и рабочий 5 образцы нагревают в электропечи 5

6 до заданной температуры, после чего опускают столик 7, выводя иэ цилиндрических экранов 10 нагретые образцы, поворачивают столик 7 до упора и поднимают его. При этом нагретые образцы 20 оказываются внутри охлаждаемых экранов

10 на воздухе.

Процесс охлаждения эталона и рабочего образцов внутри охлаждаемых экранов описывается следующими урав- 25 нениями: для эталона

Эт

ЗО для образца

dt

06 бр 1о6 о6р tutor "о Р, (2)

o6ð где — коэффициент теплоотдачи; . 35

Л вЂ” теплопроводность;

Qt — перепад температуры по толщине образца;

r — радиус образца;

F — боковая поверхность образца; 40 температура окружающей среды и поверхности образца соответственно.

Индекс "обр" относится к исследуемому образцу, а индекс "эт" — к образ-45 цу из эталонного материала.

Поскольку образец и эталон изготовляются одинаковых размеров и формы, а термопары устанавливаются в сходственных точках на равных расстояниях 5О

Fэт F rýò гО

Кроме того, если измерение теплопроводности производить в моменты .времени, когда температуры на поверх- 55 ности образца и эталона равны Г® — то, разделив выражение (1) на

Мэг выражение (2), находим: эт

= В (3) дбр эт дСОГр

При получении уравнения (3) учитывается, что для моментов, когда — конвективные составляющие коэффициентов теплоотдачи от образца о( о р и эталона о э к окружающему воздуху с температурой tr =idem равны, оказываются равными в эти моменты и лучистые составляющие коэффициентов теплоотдачи ар о6 и э причем при Выполнении экранов из материалов со сте- пенью черноты с на порядок меньше, чем у образцов (например; при б =0,0304), последнее усло выполняется при различных интегральb ных коэффициентах излучения поверхно- стей эталона и образца.

Следовательно, для нахождения коэфФициента теплопроводности по предложенному способу достаточно измерить температуры в двух сходственных точках исследуемого образца. Предложенный способ не имеет ограничений по числу одновременно исследуемых образцов и . позволяет получить температурную зависимость коэффициента теплопроводности в любом интервале температур.

На фиг.3 в качестве примера показаны кривые охлаждения рабочего образца (кривая м ) и эталона (кривая о) внутри охлаждаемых экранов, при этом кривые а и Б характеризуют изменение температуры на поверхности образца и эталона, а кривые B и -- перепад температур йг. на 1/3 радиуса от центра и на поверхности образца z» эталона, Для нахождения теплопроводности при некоторой темпратуре, например через координату г. проводится прямая, параллельная оси времени (абсцисс),до пересечения с кривыми изменения температур на поверхности образца (кривая a) и эталона (кривая

6), из точек пересечения проводятся. прямые, параллельные оси ординат, до пересечения с кривыми изменения перепадов температур. Полученные точ-. ки пересечения дают значения dt rr и ht в моменты, когда Т,, =,ц, /

0 р 9 э Г

Эти значения подставляются в расчетное уравнение (3).

Аналогично определяются значения коэффициентов теплоправодности при других температурах.

Таким образом, предложенный способ достаточно прост в реализации, позволяет за один опыт определить темпера5 l ) 7361" 6 турные эави< ими ти теплонр<. годности, щим вычислением искомой характеристиу большого числа образцов. 1!ри выпол- ки, отличающийся тем, что, ненни услоаия, что отличие коэффици- с целью упрощения способа и повьппения ентов теплопроводности образца и эта- точности, охлаждение исследуемого и

5 лона не более чем в пять раз, погреш- эталонного образцов с отношением тепность способа не превьппает 37., при лопроводностей не более пяти осуществразнице в 10 раз погрешность достига- ляют в среде с постоянной температует 5,2X. рой, а перепад температуры по толщине образцов измеряют на расстоянии 1/3, Формула и з о б р е т е н и я радиуса от оси и на их поверхности

Способ определения теплопроводно- в сходственных точках при критерии сти материалов в режиме их монотонного Фурье не менее 0,25 в моменты времени, Ъ охлаждения, включающий измерение пере- когда температуры на поверхностях обпада температуры по толщине исследуе- 1 разцов достигают заданного равного мого и эталонного образцов с последую- значения.

1578612

f,c

Составитель В.Марченко

Редактор Х.Бандура Техред М.Ходанич . Корректор Т.Палий

Заказ 19t2 Тираж 495 Подписное

Ф

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул, Гагарина, 101