Способ измерения коэффициента температуропроводности материалов

 

Изобретение относится к исследованию теплофизических характеристик материалов, а именно к определению коэффициента температуропроводности. Целью изобретения является расширение технологических возможностей способа за счет области жидких состояний. Способ реализуется в устройстве, имеющем источник модулированного теплового потока, воздействующий на поверхность образца типа полуограниченного цилиндра, помещенного в вакуумную камеру, заполненную инертным газом, и возбуждающий в образце температурную волну. Колебания температуры на этой поверхности преобразуются термоэлектрическим преобразователем в электрический сигнал, который поступает в приемник сигнала, где происходит оценивание сдвига фаз между колебаниями теплового потока. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (1)5 С 01 N 25/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4382359/31-25 (22) 25.02.88 (46) 30.10.99. Бюл. Р 40 (71) Свердловский горный институт им. В.В.Вахрушева (72) А.Д.Ивлиев, А.А. Куриченко, А. Н.Поздеев и В. В. Морил ов (53) 536.41(038.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 800847, л. Г. 01 N 25/18, 15,02.81.

Ивлиев А.Д., Зиновьев В.С. Экспериментальная установка для исследования температуропроводности, использующая изменения ОКГ. - Физические свойства металлов и сплавов. Свердловск: Межвузовский сборник, с; 118122.

Изобретение относится к исследованию теплойизических характеристик материалов, а именно к определению коэффициента температуропроводности.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей способа за счет области жидких состояний °

На чертеже показано устройство, реализующее способ.

Устройство содержит источник модулированного теплового потока 1, образец 2 типа полуограниченного цилинд2 (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА

ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к исследованию теплофизических характеристик материалов, а именно к определению коэйАициента.температуропроводности.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей способа за счет области жидких сос. тояний, Способ реализуется в устройстве, имеющем источник модулированного теплового потока, воздействующий на поверхность образца типа полуограниченного цилиндра, помещенного в вакуумную камеру, заполненную инертным газом, и возбуждающий в образце температурную волну. Колебания температуры на этой поверхности преобразуются термоэлектрическим преобразо»ателем в электрический сигнал, который поступает в приемник сигнала, где происходит оценивание сдвига фаэ между колебаниями температуры и колебаниями теплового потока. 1 ил. ра, помещенный в вакуумную камеру 3 с инертным газом, термоэлектрический реобразователь 4 и приемник 5 сигнала.

Способ осуществляют следующим образом.

Модулированный по частоте тепловой поток источника 1 гоздействует на поверхность образца 2 в вакуумной камере 3, возбу с;ая в нем температурную волну. Колебания температуры на той же повер.;»ncти образца преобра1603271 зуются термоэлектрическим преобразователем 4 в электрический сигнал, который поступает в приемник сигнала 5, где -происходит оценивание сдвига фаз мвчду колебаниями температуры и колебаниями теплового потека. Для дальнейшей оценки коэффициента температуропроводности па измеренному сдвигу фаз может быть использовано выражение, которое является результатом решения следующей заДачи.

Пусть в центр образца, изображенного на фиг. 1, падает модулированный тепловой потрк с поверхностной плотностью q=q e™, где Я вЂ” частота мо1Я4 о дуляции, а t — вРемя. Система координат показана на чертеже, Тогда математически с учетом осевой симметрии задача сводится к решению двумерного уравнения теплопроводности

25 где Т вЂ” температура образца;

% и а — коэффициенты тепло- и темпера».35 туропроводности вещества образца соответственно;

Я,д,tf — соответственно постоянная Стефана-Больцмана, приведенная. степень черноты и коэффициент 40 облученности;

9 - эффективный коэффициент теплопроводности инертного газа;

R — радиус образца;

Ь вЂ” радиус светового пятна, вы- 45 свечиваемого лазером на поверхности образца;

Т1, Т вЂ” температуры стенок камеры; I.1 и 1. — расстояния от них до образца, Предположение, что для температурной волны в образце, (д t

Т (r, Z, t) =Т{ r, Е) +9 (r, Z) е справедливо 9 (r, Z) с< T(r, Z),, где Т и Π— соответственно постоянная ! и переменная составляющие температур ной волны, позволяет разделить задачу (1) на две задачи — для Т и9. За- 2У j ДТ ДгТ ДТ а(+- — + — -) =— (1)

Згв r дг gZ 3t с граничными условиями

ST à 4 4 TТ (Z=0 % — +ЯОю(Т -Т )+Э

3Z t . Т

Ч, ОсгаЬ

О, Ь r йВ., где 1 и Z — цилиндрические координаты;

Z =oo: T=con.st(t);

30 (4 4 Т Т2

r-К Я + д (Т -Т ) +3 — - -=Π— д! дача для переменной составляющей

g(r,Е) выглядит так: 29 1 38 328 — -+- — + о-" " i-00

Зг г 3г ДЕ а при (2) о (9, 0

)g Ч

AZ++0 = О

Е= дэ: =О

36 г=К: — +p(9 =0, о г

4И Тз e 4@Ц>Тз bc где h = — — - — + — -, М = — — "- -+ г

Т и Т - среднее температуры поК в ерх наст ей абра зца типа полуограниченного цилиндра.

В результате решения задачи (2) имеет выражение для 9 (r, Z), из которого легко получить для сдвига фаэ:

I""e(r О)

Qg =arctg-ш — - — -=

Re 9(r, О) — - n Ви

5=1 В2+ (Ав+0 1)

=arctg - Иь (A +11)

«С ф

c — В +(а„+Ы,) (3) где gq — сдвиг фаз межпу колебаниями температуры на поверхности образца и колебаниями воздействующего на нее теплового потока;

I< (lu b I0,(g„r}yн (p р) (y г+g,) А =1 в =1

2 — Т, — функции Бесселя, 1 ="

G3

1"

„находится из уравнения (Ц,,Х, („К) — / I в(P R) =0.

При заданных геометрических пара метрах задачи выражение (3) представляет иэ себя зависимость 6Я(Я,а, М ) (обычно М, Nz) . Поэтому достаточно измерить ЬЦ), {Я,,а,Ы) и 6q ({0„aФ), чтобы из двух полученных уравнений определить искомый коэффициент температуропроводности.

Формула из обретения

Способ измерения коэффициента температуропроводности материалов включающий воздействие на поверх5 1603271 6 ность образца модулированным тепло- лью расширения технологических воз" вым потоком, регистрацию сдвига фаз можностей способа в область жидких

1 4

:между колебаниями температуры и коле- состояний, регистрацию сдвига фаз баниями этого потока при двух часто- . между колебаниями температуры и коЭ тах его модуляции, расчет коэффици- лебаниями этого потока производят ента температуропроводности, о т- на поверхности образца, подвергаел и ч а ю шийся тем, что, с це- мой воздействию теплового потока. Г

Редактор Н.Горват

Заказ 3380 Тираж 498 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям н открытиям при ГКНТ СССР

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

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

t !

Составитель Е.Сиренко

Техред М.Ходанич Корректор M.Самборская