Способ определения характеристик расплава

 

Сущность изобретения: в контролируемую зону расплава вводят три тепловосприиимающих элемента с теплофизическими характеристиками материалов, из которых они изготовлены, удовлетворяющими соотношению ai ан-1, где ai - коэффициент температуропроводности 1-го элемента. С помощью термодатчиков измеряют температуры тепловоспринимающих поверхностей элементов и температуры не менее, чем в двух точках по ходу теплового потока q через тепловоспринимающие элементы. Путем совместной обработки температурных измерений определяют температуру расплава, коэффициент теплоотдачи от расплава к тепловоспринимающим элементам и интенсивности тепловыделений в зоне расплава. Для обеспечения одномерного теплового потока через тепловоспринимающие элементы они окружены теплоизоляцией.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю G 01 N 25/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕHT CCCP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ (21) 4924068/25 (22) 22.02.91 (46) 15.07.93. Бюл. М 26 (76) В,К.Занцев и В.И.Гусев (56) Авторское свидетельство СССР

M 357509, кл. G 01 N 25/30, 1972, Авторское свидетельство СССР

М 444098, кл. G 01 N 25/30, 1974.

Авторское свидетельство СССР

N 331298, кл. G 01 N 25/30, 1972. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК РАСПЛАВА (57) Сущность изобретения: в контролируемую зону расплава вводят три тепловоспринимающих элемента с теплофизическими характеристиками материалов, из которых

Изобретение относится к физико-химическому анализу материалов, в частности к способам исследования материалов с помощью тепловых средств.

Целью изобретения является повышение точности, расширение диапазона использования и функциональных возможностей способа в область нестационарных процессов за счет комплексного одновременного определения температуры расплава Тр(х), коэффициентов теплоотдачи й(Т) от расплава K тепловоспринимающим элементам и интенсивности тепловыделений Л q(т) от взаимодействия тепловоспринимающих элементов с расплавом.

На чертеже приведена тепловая схема устройства для реализации предложенного способа.

Показано введение в контролируемую локальную зону 1 расплава тепловосприни„„5U „„1828545 А3 они изготовлены, удовлетворяющими соогношению а > а +1, где ai — коэффициент температуропроводности t-го элемента. С помощью термодатчиков измеряют температуры тепловоспринимающих поверхностей элементов и температуры не менее, чем в двух точках по ходу теплового потока

q через тепловоспринимающие элементы.

Путем совместной обработки температурных измерений определяют температуру расплава, коэффициент теплоотдачи от расплава к тепловоспринимающим элементам и интенсивности тепловыделений в зоне расплава. Для обеспечения одномерного теплового потока через тепловоспринимающие элементы они окружены теплоизоляцией, мающих элементов 2, 3, 4. Для измерения температур по ходу теплового потока (q) e тепловоспринимающих элементах 2, 3, 4 они оснащены термодатчиками 5. С целью создания одномерного теплового потока через тепловоспринимающие элементы 2, 3, 4 они помещены в теплозащитный материал 6 с низким коэффициентом теплопроводности (например, керамика).

Способ включает следующие операции.

8 контролируемую зону.1 расплава вводят три тепловоспринимающих элементах 2, 3, 4 с теплофизическими характеристиками материалов, из которых они изготовлены, удовлетворяющими соотношению а. > ан- . (1)

В реализованном примере использовались тепловоспринимающие элементы из различных сортов керамики, в процессе из1828545

Тр(т) = Т (х) + ср(т) 1 () (! (4) 1

35 (5) Л q (т) qi — 1 (r} — ср ( (Ть1(Г) - Ти(х)), После погружения тепловоспринимающих элементов 2, 3, 4 в контролируемую зону расплава измеряют температуры Т 40 элементов 2, 3, 4 и температуры не менее, чем в двух точках по ходу теплового потока

q через тепловоспринимающие элементы

2, 3, 4.

По результатам температурных измере- 45 ний вычисляют тепловые потоки qi (ф отводимые по теплоотводящим элементам, из решения обратной задачи теплопроводности, постановка которой для рассмотренного случал имеет вид 50 ... дб(Х,ь} д () )дЯХ r)

Х f,à, Ьi), r F (О, );

Ti(X, О) = Ф ;(Х1, Х6 (а, bi);

Tl(Xj, ) fö(ô С (0 х,.); 55 где q. С(Т), Л (Т) — плотность, теплоемкость и коэффициент теплопроводности материала тепловоспринимающего элемента; готовления которых устанавливались термодатчики 5.

Тепловой поток от расплава 1 передается тепловоспринимающим элементам 2, 3, 4 и далее путем теплоправодности проходит по ним. В результате того, что теплофизические характеристики материалов, из которых изготовлены тепловоспринимающие элементы 2, 3, 4 различны, будут различны и плотности тепловых потоков рь отводимых по таким элементам, Из-эа различия тепловых потоков температуры Т} наружных поверхностей тепловоспринимающих элементов 2, 3, 4 будут также различны.

В этом случае можно записать замкну- "5 тую, хорошо обусловленную систему уравнений процесса теплообмена наружной поверхности тепловоспринимающих элементов р;(г) = <(T) P(T,(4-Т )+Др(), l -=1, 2, 3. (2)

Эта система уравнений представляет собой систему трех уравнений с тремя неизвестными a(T), Tp(t), Л q(t).

Решая систему уравнений (2) относи- 25 тельно неизвестных Q Щ, Tp(т). Ь р(т) можно получить

1 () — Р+ () 3

F т (т5: т + () @

Т вЂ” температура; т — время;

Х вЂ” координата длины теплоотводящего элемента;

Х} — координата точки измерения температуры;

1 = 1, 2, 3 — количество тепловоспринимающих элементов;

j = 1, ..., k — количество точек измерения температуры.

После чего с помощью зависимостей (3) — (5) определяют искомые параметры.

Таким образом путем совместной обработки температурных измерений проводится комплексное одновременное определение коэффициентов теплоотвода от расплава к тепловоспринимающим элементам, температуры расплава и интенсивности тепловыделений от взаимодействия тепловоспринимающих элементов с расплавом, что позволяет исключить погрешность, присущую известному способу (например, изменение температуры на границе раздела поверхность тепловоспринимающего элемента — расплав) и повысить точность способа. Погрешность получаемых в этом случае результатов до уровня погрешности непосредственных измерений температуры.

Одновременно становится возможным проводить измерения независимо от степени нестационарности исследуемого процесса, что расширяет диапазон использования способа, Кроме этого, за счет комплексного одновременного определения наряду с температурой расплава параметров, определяющих процесс теплового взаимодействия в контролируемой зоне расширяются функциональные воэможности способа по идентификации исследуемого процесса.

Таким образом, повышается точность, расширяется диапазон использования и функциональные возможности способа.

Предполагаемый экономический эффект от предложенного способа, позволяющего с высокой степенью точности проводить комплексный оперативный контроль характеристик расплава, выражается в сокращении затрат производства, связанных с получением и использованием расплавов, повышении качества получаемой продукции, процентном снижении бракованной продукции.

Формула изобретения

Способ определения характеристик расплава, заключающийся в том, что в контролируемую зону расплава вводят тепловоспринимающие элементы с термодатчиками, измеряют температуру

1828545

Tp(t) = Т ()+ ql(7) 3 ({Ть 1(г) - Т,(т)), Составитель Н. Лазарева

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор И. Шулла

Редактор С. Кулакова

Заказ 2370 Тираж Подписное

ВНИИПИ. Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 расплава и судят по ней о характеристиках расплава. отличающийся тем, что, с целью повышения точности, расширения диапазона использования и функциональных воэможностей способа в области нестационарных процессов за счет комплексного одновременного определения температуры расплава Тр(т), коэффициентов теплоотдачи о(Т) от расплава к тепловоспринимающим элементам и интенсивности тепловыделений hq(r) от взаимодействия тепловоспринимающих элементов с расплавом, в контролируемую зону вводят три тепловоспринимающих элемента с теплофизическими характеристиками материалов, из которых они изготовлены, удовлетворяющими соотношению

ai > ai+<. где ai — коэффициент температуропроводности I-ro элемента, измеряют температуры тепловоспринимающих поверхностей элементов и температуры не менее чем в двух точках по ходу теплового потока через тепловоспринимающие элементы, по результатам температурных измерений определяют локальные тепловые потоки ц (т), отводимые по тепловоспринимающим элементам, определяют коэффициенты теплоотдачи a(T) от расплава к тепловоспринимающим элементам, 5 температуру расплава Tp(r) и интенсивность тепловыделений Л ц(g от взаимодействия тепловоспринимающих элементов с расплавом по формулам1P Q =Р

1 < q (i) — Ц + 1 (Г) 20 гдЕ ТИ(т), Т (т), ТН-1(г) и щ1(ф ц (т), ц +1(г)— температуры и тепловые потоки тепловоспринимающих поверхностей тепловоспринимающих элементов;

F — площадь тепловоспринимающей по25 верхности, и судят по ним о характеристиках расплава.