Способ определения теплопроводности материалов

 

Способ определения теплопроводности материалов относится к технической физике , в частности к теплофизическим измерениям . Сущность способа заключается в Следующем: на теплоизолированную за счет охранного кольца поверхность полубесконечного в тепловом отношении исследуемого тела воздействуют источником тепла. Измеряют мощность теплового источника и разность температур в двух точках, расположенных под Охранным кольцом на заданном расстоянии друг от друга в радиальном направлении по отношению к источнику тепла, а теплопроводность определяют с учетом величины радиуса теплового источника,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 N 25/18

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ CCCP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4848312/25 (22) 09;07.90 (46) 30.12.92. Бюл, N 48 . (71) Тамбовский институт химйчаскогох машиностроения (72) Б.Г.Варфоломеев, В.Н.Грошев и Ю.Л.Муромцев (56) Авторское свидетельство СССР % 1165958;

G 01 И 25/18, 1983.

Авторсхкое свидетельстю СССР N. 1®05%, G 01 N 25/18, 1986. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к технической физике, в,частноСти к теплофизическим измерениям.

Известен способ измерения коэффицйента тейлойроводности, состоящий в создании перепада температуры на. плоском образце за счет его теплового контакта с двумя. средами разной температуры, измерении в квазистационарной стадии опыта перепада температуры на образце и скорости изменения температуры одной из поверхности образца, при этом на верхней поверхности образца выделяют и изменяют мощность, обеспечивающую нулевую разность температур между нею и контактирующей с ней: средой, дополнительно измеряют скорость изменения температуры на нижней поверхности образца и рассчитывают коэффициент теплопроводности по соответствующей формуле, .. Ж ) 1784889 А1

2 (57) Способ определения теплопроводности материалов относится к технйческой физике, в частности к теплофиэическим измерениям; Сущность способа заключается в следующем ; на теплоизолированную за счет охранного кольца поверхность полубесконечного в тепловом отношении исследуемого тела воздействуют источником тепла; Измеряют мощность теплового источника и разность температур в двух точках, расположенных под охранным кольцом на заданном расстоянии друг от друга в радиальном направлении по отношению к источнику тепла, а тейлопроводность определяют с учетом величины радиуса теплового источника, х

° е

Недостатками известного способа являются: необходимость нарушения целостности исследуемого тела (надо изготовить в плоский образец); малое быстродействие: с требуется выждать время установления ну- )р левой разности температур между верхней р поверхностью образца и контактирующей 1р средой; большая трудоемкость: необходимо наличие двух сред разной температуры, измерение перепада температур на образ- 0 це и скорости изменеййя температуры на обеих ооеерхноотех:обрееце. )»

За прототип принят способ нераэруша- в ющего контроля теплофизических характеристик материалов, состоящий в тепловом воздействии на теплоизолированную поверхность полубесконечного в тепловом отношении исследуемого тела от источника тепла, измерении времени достижения максимальной избыточной температуры в заданной точке поверхности тела т ®,, 1784889 точности измерения

20

0 =-ilF Вт, 40

; Л

cIFy = г

2 (2) 55 (4) измерении мощности источника тепла, при этом обеспечивают постоянную мощность

W йсточника тепла, до момента достижения максимальной избыточной температуры в заданной точке поверхности, затем мощность источника тепла изменяют обратно пропорционально корню квадратному из времени и замеряют величину максимальной избыточной температуры в точке приложения источника тепла То m», а.искомые теплофиэическйе характеристики определяют по соответствующим формулам с учеТоМ измеренных Ю4,

Недостатками способа являются малая точность, так как не учитываются размеры источника тепла (он принят точечным); в течение времени достижения максималь-. ной температ ры удельное количество тепла Q прИнято постоянным за .счет поддержания постоянства мощности источника тепла; в действительности же температурное поле претерпевает искажения из-за краевого эффекта (отклонения от плоской формулы), следовательно, изменяется площадь изотермической поверхности, что приводит к непостоянству величины С1; возможно лияние излучения источника тепла на термопары, замеряющие соответствующие температуры, малое быстродействие из-за необходимости ожидания времени достижения максимальной избыточной температуры в заданной точке поверхности.

Цель изобретения — повышение точности измерения, Поставленная цель достигается тем, что теплоизолированную за счет охранного кольца поверхность полубесконечного в тепловом отношении исследуемого тела воздействуют источником, тепла, проводят температурные измерения в заданных точках поверхности, измеряют мощность Q теплавога источника, кроме того, измеряют разность температур AT e двух точках, расположенных под охранным кольцом ка расстоянии х друг от друга в радиальном направлении по отношению к источнику тепла, а теплопроводность определяют по следующей формуле с учетом величины радиуса R теплового источника

iL =-- -1- - x

Q лх+124R Вт лх +5,04 R, Наличие совокупности существенных признаков: измерение разности температур в двух точках, расположенных под охранным кольцом на определенном расстоянии друг от друга, учет величины радиуса теплового источника обеспечит повышение

Сущность способа заключается.в следующем.

Нэ теплоизолированную за счет охранного кольца поверхность исследуемого тела устанавливают торцовой поверхностью цилиндрический источник тепла и сообщают последнему постоянную мощность. Затем измеряют разность температур в двух точках, расположенных под охранным кольцом на определенном расстоянии друг от друга в радиальном направлении, кроме того, измеряют мощность теплового источника.

Зная значение этих параметров, определяют теплопроводность с учетом величины радиуса теплового источника по соответствующей формуле.

Согласно закону Фурье количество теплоты, проходящее в единицу времени через площадь Ризотермической поверхности где n — нормаль к изотермической поверхности.

Обычно при пользовании формулой (1) считывают площадь F постоянной благодаря применению охранного кольца. Однако в действительности это условие не выполняется вследствие краевого эффекта, приводящего к искажению. температурного поля (отклонению его от плоской формы).

Изотермическая поверхность проходит. по исследуемому телу кэк непосредственно. под источникам тепла в виде постоянной торцовой поверхности цилиндра радиуса R, так и проникая под охранное кольцо и распространяясь в виде части увеличивающейся поверхности тора радиуса r.

Очевидно; R = const, à r — непрерывно возрастающая величина, Найдем соотношение для расчета площади F изотермической поверхности.

Элемент поверхности тора равен . тогда F - м R2+ de 2 л(й + г ), (3)

Подставляя (2) в (3), найдем искомую площадь;

F -- R R + л2 Rr + — —, 2 Л2г

1784889

Подставляя выражение (4) в (1), получим радиальном направлении. Целесообразно базу х выбирать под охранным кольцом; зто позволит устранить влияние излучения источника тепла на термопары, замеряющие

5 величину Л Т.

По сравнению с прототипом предлагаемый способ обладает более высокой точностью вследствие учета размеров источника тепла, действительной величины изотерми10 ческой поверхности и исключения влияния теплового иэлучейия на результаты измерения температуры, . Кроме того, предлагаемый способ характеризуется и большим быстродействи15 ем, так как-исключает необходимость ожидания времени достижения максимальНоА избыточной температуры в заданной точке поверхности.

Технико-экономическая эффективность

20 способа вытекает из повышенйя точности измерения, Формула изобретения

Способ определения теплопро водности материалов, состоящий в тепловом воздей25 ствии на теплоизолированную посредством охранного кольца поверхность. полубесконечного в тепловом соотношении исследуемого тела, температурных измерениях в заданных точках поверхности, измерении

30 мощности источника, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, измеряют разность температур в двух точках, расположенных под охранным кольцом на заданном расстоянии друг от 35 друга в радиальном направлении по отношению к источнику тепла, а теплопро водность определяют с учетом радиуса теплового источника rio формуле

)бг

Разделим переменные:

2 тRr+R

В соотношении (5) интеграл можно свести к табличному; введя следующие обозначения

a = 2, Ь = л й; c = R; г = х;

2, °

Ь=4ас-Ь - жй (2-л) < О, 2 2.Тогда решение уравнения (5) будет иметь вид

In () () а . 1,„Лх+1,24 я

ХГ I,ß Â Ях 504 R

0 . х+124й т.е. Ь Т -у 0,168 1и + 5 04.й ., (6)

Из соотношения (6) получаем окончательное расчетное соотношение для коэффициента теплопроводности

Ф

Q . лх+124Я

А =-д- —.д- 0,1681п + 5,04 R,p) 40. Q л х + 1,24 R

Х =- д —.- г 0,1681п — х + 5,04 R где Q — мощность теплового источника, Вт;

Ь Т вЂ” разность температур, С;

45 R — радиус теплового источника, м. где Ь Т - разность температур в двух точках поверхности исследуемого тела, отстоящих друг от друга на величину базы х в!

Составитель Б. Варфоломеев

Редактор Т. Егорова Техред М.Моргентал Корректор А, Мотыль

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

Заказ 4361 Тираж : Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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