Устройство и способ комплексного определения основных теплофизических свойств твердого тела

Изобретение предназначено для комплексного определения основных теплофизических свойств твердого тела и может применяться в строительстве и теплоэнергетике. Устройство состоит из источника инфракрасного излучения, твердого тела и системы охлаждения твердого тела, работающей с помощью вентиляционных отверстий на крышке устройства и перфорированной перегородки. Источник инфракрасного излучения осуществляет бесконтактное тепловое воздействие на переднюю лицевую поверхность твердого тела. Температуру твердого тела регистрируют термопреобразователи в период нагрева. Плотность теплового потока регистрирует преобразователь плотности теплового потока. По результатам построения температурного поля твердого тела в период нагрева и дифференциальному уравнению теплопроводности определяют коэффициент температуропроводности твердого тела. В период стационарного теплового режима твердого тела по величине плотности теплового потока, значениям температуры на передней и задней лицевых поверхностях твердого тела и уравнению теплопроводности для плоской стенки при стационарном тепловом режиме определяют коэффициент теплопроводности твердого тела. По найденным коэффициентам температуропроводности и теплопроводности твердого тела расчетным способом определяют коэффициент удельной (объемной, массовой) теплоемкости твердого тела. Технический результат - повышение точности определения основных теплофизических свойств твердого тела. 2 н.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение предназначено для комплексного определения основных теплофизических свойств твердого тела: коэффициентов температуропроводности, теплопроводности и удельной теплоемкости. Изобретение может применяться в строительстве и теплоэнергетике для проведения теплофизических исследований однородных строительных конструкций, теплопроводных и теплоизоляционных материалов.

Изобретение включает в себя бесконтактное тепловое воздействие на переднюю лицевую поверхность твердого тела источником инфракрасного излучения, периоды нагрева и стационарного теплового режима твердого тела, определение периода нагрева твердого тела расчетным способом, регистрацию температуры твердого тела термопреобразователями на лицевых поверхностях и в заданных координатах по толщине твердого тела, регистрацию плотности теплового потока на передней лицевой поверхности твердого тела преобразователем плотности теплового потока, построение температурного поля твердого тела за период проведения тепловых измерений, определение по температурному полю и величине плотности теплового потока коэффициентов температуропроводности, теплопроводности и удельной теплоемкости твердого тела.

Известны устройство и способ комплексного определения теплофизических характеристик материалов. Изобретение включает в себя термостатирующее устройство, медный трубчатый электрический нагреватель, термистор, медную пластину, выступающую в качестве рабочей поверхности нагревателя, хромель-копелевые термопары, измерительный комплекс, тепловой приемник, винтовое приспособление и три направляющих стержня. Определение теплофизических характеристик материалов производят путем помещения исследуемого образца между теплоприемником с известными характеристиками и нагревателем, поверхность которого термостатируют, и последующего нахождения значений разницы температур между нагревателем и теплоприемником за два временных интервала [Патент РФ 2329492, кл. G01N 25/18, 2008].

Недостатком данного устройства и способа является техническая сложность установки, к которой можно отнести наличие термостатирующего устройства и теплоприемника с известными теплофизическими характеристиками. К недостаткам также можно отнести сложный математический метод определения коэффициентов температуропроводности и теплопроводности по разнице температур между нагревателем и теплоприемником за два временных интервала.

Известны устройство и способ комплексного определения теплофизических свойств веществ методом лазерной вспышки. Исследуемый образец, помещенный в сферический фотометр, облучают лазерным импульсом, проходящим через оптическую систему. Температуру фронтальной поверхности образца измеряют быстродействующим яркостным микропирометром тыльной поверхности - термопарой. Энергию лазерного импульса и его параметры регистрируют измерителем мощности лазерного излучения и фотодиодом, расположенным за «глухим» зеркалом резонатора лазера. Поглощенную образцом энергию определяют как разность полной энергии падающего на образец импульса и отраженной от образца энергии, измеряемой сферическим фотометром. Измерения осуществляют быстродействующим цифровым осциллографом с памятью, а управление - персональным компьютером. Определение коэффициентов теплопроводности и удельной теплоемкости исследуемого вещества осуществляют путем решения обратной задачи теплопроводности с внутренним источником теплоты, а коэффициента температуропроводности - путем решения одномерного нестационарного линейного уравнения теплопроводности [Теплоэнергетика и теплотехника. Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент: справочник / под общ. ред. А.В.Клименко и В.М.Зорина. - М.: Издательский дом МЭИ, 2007. - С.431-433].

Недостатками данного устройства и способа являются техническая сложность установки, к которой можно отнести использование лазера, измерителя мощности лазерного излучения и фотодиода, служащего для измерения отраженной от образца энергии, прохождение лазерного импульса через оптическую систему. К недостаткам также можно отнести сложный математический метод определения коэффициентов теплопроводности и удельной теплоемкости вещества путем решения нелинейного дифференциального уравнения теплопроводности.

Наиболее близкими к предлагаемому изобретению являются устройство и способ определения теплопроводности материалов при стационарном тепловом режиме. Устройство состоит из плит нагревателя и холодильника, выполненных из металла, датчиков температур, установленных на рабочих поверхностях плит нагревателя и холодильника, тепломера, который размещен между испытываемым образцом и холодной плитой прибора или между испытываемым образцом и горячей плитой прибора, и электрической измерительной системы. Способ заключается в создании стационарного теплового потока путем подачи электрического тока заданной мощности на плиту нагревателя, проходящего через плотно соприкасающийся с рабочими поверхностями плит устройства испытываемый образец определенной толщины и направленного перпендикулярно к лицевым (наибольшим) граням испытываемого образца в сторону плиты холодильника. По результатам измерений электрической измерительной системой устройства плотности теплового потока, температуры противоположных лицевых граней испытываемого образца, а также по известной толщине испытываемого образца через уравнение теплопроводности для плоской стенки при стационарном тепловом режиме определяют коэффициент теплопроводности материала [ГОСТ 7076-99. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме. - Взамен ГОСТ 7076-87; Введ. 01.04.2000. - М., 2000. - 12 с].

Недостатками данного устройства являются функциональная ограниченность измерительного прибора, связанная с определением только коэффициента теплопроводности материалов, техническая сложность и неприменимость для материалов с теплопроводностью более 1,5 Вт/(м·°C).

Целью изобретения является упрощение конструкции устройства и повышение точности способа комплексного определения основных теплофизических свойств твердого тела: коэффициентов температуропроводности, теплопроводности и удельной теплоемкости.

Поставленная цель достигается тем, что нагрев твердого тела осуществляют бесконтактным тепловым воздействием на переднюю лицевую поверхность твердого тела источником инфракрасного излучения. Температуру твердого тела регистрируют за период проведения тепловых измерений термопреобразователями на лицевых поверхностях и в заданных координатах по толщине твердого тела. Плотность теплового потока, направленного от источника инфракрасного излучения к твердому телу, за период проведения тепловых измерений регистрирует преобразователь плотности теплового потока, установленный на передней лицевой поверхности твердого тела. Период нагрева твердого тела определяют расчетным способом. По результатам построения температурного поля твердого тела в период нагрева и дифференциальному уравнению теплопроводности определяют коэффициент температуропроводности твердого тела. В период стационарного теплового режима твердого тела по величине плотности теплового потока, значениям температуры на передней и задней лицевых поверхностях твердого тела и уравнению теплопроводности для плоской стенки при стационарном тепловом режиме определяют коэффициент теплопроводности твердого тела. По найденным коэффициентам температуропроводности и теплопроводности твердого тела расчетным способом определяют коэффициент удельной (объемной, массовой) теплоемкости твердого тела.

На фиг.1, 2 показана принципиальная схема устройства.

На фиг.3 показано устройство, с помощью которого реализуют способ комплексного определения основных теплофизических свойств твердого тела на примере силикатного кирпича.

На фиг.4 показаны периоды нагрева и стационарного теплового режима твердого тела на примере силикатного кирпича.

На фиг.5 показан фрагмент нестационарного температурного поля твердого тела на примере силикатного кирпича в период нагрева.

На фиг.6 показана функция изменения коэффициента температуропроводности вида a t=a t(τ)·10-7 для силикатного кирпича.

На фиг.7 показан график изменения плотности теплового потока за период проведения тепловых измерений.

В корпусе 1 устройства с внутренними линейными размерами A×B×H при условии A/B>2, изнутри покрытого слоем тепловой изоляции 2, установлен источник инфракрасного излучения 3 (фиг.1, 2). Ширина излучающей поверхности источника инфракрасного излучения 3 соответствуют ширине B корпуса 1 устройства, а высота равна (0,8…0,9)H. Тепловую мощность источника инфракрасного излучения 3 регулируют с помощью регулятора тепловой мощности 4. Твердое тело 5 высотой, соответствующей высоте излучающей поверхности источника инфракрасного излучения 3, закреплено в корпусе 1 устройства на расстоянии от источника инфракрасного излучения 3 с помощью фиксирующих элементов 6. Центры источника инфракрасного излучения 3 и твердого тела 5 расположены на одной оси. В центре на поверхностях и в толще твердого тела 5 размещены термопреобразователи 7. На передней лицевой поверхности твердого тела 5 установлен преобразователь плотности теплового потока 8. Термопреобразователи 7 и преобразователь плотности теплового потока 8 подсоединены к измерительному блоку 9 устройства. За перфорированной перегородкой 10, расположенной напротив задней лицевой поверхности твердого тела 5, регулируемые отверстия в верхней части которой предназначены для пропускания нагретого воздуха, размещен канал 11 для отвода нагретого воздуха из корпуса 1 устройства. Вентилятор 12, работающий на всасывание с помощью электрического двигателя 13, соединен с каналом 11 для отвода нагретого воздуха через всасывающий патрубок 14 и с окружающей средой - через нагнетательный патрубок 15. Для восполнения нагретого воздуха, удаляемого из устройства в окружающую среду, на крышке 16 прибора за твердым телом 5 расположены вентиляционные отверстия 17 для забора воздуха из окружающей среды.

Устройство работает следующим образом.

Твердое тело 5 помещают в открытый корпус 1 устройства и закрепляют внутри него с помощью фиксирующих элементов 6. По окончании установки твердого тела 5 в корпусе 1 устройства сверху на корпус 1 устанавливают крышку 16, которая полностью перекрывает габариты устройства, включают источник инфракрасного излучения 3 с предварительно отрегулированной тепловой мощностью и электрический двигатель 13 вентилятора 12.

В начальный момент времени τ=0 температурное поле твердого тела 5, установленного с помощью фиксирующих элементов 6 в корпусе 1 устройства, однородно и численно равно температуре окружающей среды. В момент включения источника инфракрасного излучения 3 на переднюю лицевую поверхность твердого тела 5 равномерно подают поток электромагнитного излучения, который впоследствии преобразуется во внутреннюю энергию твердого тела 5. Во избежание перегрева устройства нагретый воздух из корпуса 1 устройства отводят в окружающую среду через регулируемые отверстия, расположенные в верхней части перфорированной перегородки 10, и канал 11 для отвода нагретого воздуха. Приточный воздух из окружающей среды поступает через вентиляционные отверстия 17, расположенные на крышке 16 устройства. Организованный воздухообмен в корпусе 1 устройства осуществляют с помощью всасывающего 14 и нагнетательного 15 патрубков вентилятора 12, на валу которого размещен электрический двигатель 13.

Температурное состояние твердого тела 5 в координатах x=0, δ/4, δ/2 и δ за период проведения тепловых измерений регистрируют термопреобразователи 7. По данным термопреобразователей 7 строят температурное поле твердого тела 5 вида t=t(x,τ). Плотность теплового потока, идущего от источника инфракрасного излучения 3 в направлении к лицевой поверхности твердого тела 5, регистрирует за период проведения тепловых измерений преобразователь плотности теплового потока 8, установленный на передней лицевой поверхности твердого тела 5.

Расчетную продолжительность периода нагрева твердого тела 5 определяют по формуле:

где δ - толщина твердого тела 5; - предварительно заданный коэффициент температуропроводности твердого тела 5.

Пусть по данным термопреобразователей 7 известно температурное поле твердого тела 5 и его уравнение вида t=t(x,τht) в период нагрева τ∈[0,τht]. Тогда коэффициент температуропроводности твердого тела 5 можно найти через дифференциальное уравнение теплопроводности:

где t - температура твердого тела 5; x - координата; t - время.

При выходе твердого тела 5 на стационарный тепловой режим τ>τht коэффициент теплопроводности твердого тела 5 определяют по уравнению теплопроводности для плоской стенки при стационарном тепловом режиме:

λ t = q δ t c 1 t c 2 , ( 3 )

где q - плотность теплового потока, падающего на лицевую поверхность твердого тела 5, по данным преобразователя плотности теплового потока 8; δ - толщина твердого тела 5; tc1 и tc2 - соответственно значения температуры на передней и задней лицевых поверхностях твердого тела 5.

Удельную объемную теплоемкость твердого тела 5 определяют по найденным коэффициентам температуропроводности и теплопроводности:

где λt - коэффициент теплопроводности твердого тела 5; a t - коэффициент температуропроводности твердого тела 5.

По предварительно заданной плотности твердого тела 5 и найденным коэффициентам температуропроводности и теплопроводности твердого тела 5 определяют удельную массовую теплоемкость твердого тела 5:

где λt - коэффициент теплопроводности твердого тела 5; a t - коэффициент температуропроводности твердого тела 5; ρ - плотность твердого тела 5.

Достоинствами предложенного устройства и способа являются бесконтактное тепловое воздействие регулируемой тепловой мощности источником инфракрасного излучения на переднюю лицевую поверхность твердого тела, фиксирующие элементы, позволяющие устанавливать твердое тело различных геометрических параметров в корпусе устройства, система охлаждения твердого тела, работающая с помощью вентиляционных отверстий на крышке устройства и перфорированной перегородки, которые необходимы соответственно для притока холодного воздуха из окружающей среды и отвода теплого воздуха в окружающую среду с помощью вентилятора, возможность расчетным способом устанавливать период нагрева твердого тела, определение коэффициента температуропроводности твердого тела в период нагрева по его температурному полю.

Пример конкретной реализации способа

Рассмотрим способ комплексного определения основных теплофизических свойств твердого тела на примере силикатного кирпича 2 марки М150 (ГОСТ 379-95) толщиной δ=0,12 м (фиг.3), на котором основана работа заявленного устройства. В качестве источника инфракрасного излучения использован электрический инфракрасный излучатель 1 марки Эколайн 10R суммарной мощностью 3 кВт, расположенный на расстоянии 0,6 м от передней лицевой поверхности силикатного кирпича 2. Спаи хромель-алюмелевых термопар 3: T0, T1, T2 и T3 закреплены в центре силикатного кирпича 2 соответственно в точках с координатами x=0; 0,03; 0,06 и 0,12 м. На передней лицевой поверхности силикатного кирпича 2 установлен преобразователь плотности теплового потока ПТП-0,25 4, подключенный к измерителю плотности теплового потока ИПП-25. Для регистрации температуры силикатного кирпича 2 в заданных координатах и плотности теплового потока хромель-алюмелевые термопары 3 через аналогово-цифровой преобразователь ICPCON 1-7014 и конвертер ICPCON 1-7520 (не изображены) и измеритель плотности теплового потока ИПП-2 5 подключены к персональному компьютеру 6.

Предварительное значение температуропроводности силикатного кирпича 2 равно =5,49·10-7 м2/с (СП 23-101-2004). Тогда продолжительность периода нагрева силикатного кирпича 2 по формуле (1) составит τ h t ' =26218 с (по результатам эксперимента τht=31560 с (фиг.4); среднее изменение температур па участке x∈[0;0,12] м силикатного кирпича 2 на интервале времени [ τ h t ' ht]с в соответствии с показаниями хромель-алюмелевых термопар 3 при погрешности измерений ±2,5°C составило 0,65°C, что можно считать допустимым). Выход силикатного кирпича 2 на стационарный тепловой режим происходит при τ>31560 с (фиг.4).

Рассмотрим тепловой режим участка x∈[0;0,06] м силикатного кирпича 2 на интервале времени τ∈[0;15000] с. На фиг.5 изображено температурное поле силикатного кирпича 2 вида t=t(x,τ) в период нагрева при x∈[0;0,06]м и τ∈[0;15000] с, построенное по экспериментальным данным. Функциональная зависимость, описывающая период нагрева силикатного кирпича 2 при x∈[0;0,06]м и τ∈[0;15000]с, имеет вид, °C:

где a=22,830014, b=0,010623358, c=-481,12022, d=-6,1933549·10-7, e=10518,343, f=-0,014857501; g=1,2080758·10-11; h=-79288,783; i=-0,44211261; j=2,4679544·10-6 - параметры уравнения.

На фиг.6 по результатам решения уравнения (2) получен график изменения коэффициента температуропроводности силикатного кирпича 2 в период нагрева при τ∈[0;15000]с вида a t=a t(τ)·10-7, м2/с:

Значение коэффициента температуропроводности a t силикатного кирпича 2 в начальный момент времени τ=0, согласно уравнению (7), равно 5,09-10-7 м2/с (при температуре силикатного кирпича 2 t=19,7°C, равной температуре окружающей среды), что сопоставимо с нормативным значением 5,49-10-7 м2/с (СП 23-101-2004).

В период стационарного теплового режима при τ>31560 с средние значения температуры на передней и задней лицевых поверхностях силикатного кирпича 2 (фиг.4) соответственно составили tc1=87,0°C и tc2=58,8°C. Среднее значение плотности теплового потока (фиг.7) в период стационарного теплового режима q=189 Вт/м2. Тогда коэффициент теплопроводности силикатного кирпича 2 по уравнению теплопроводности для плоской стенки при стационарном тепловом режиме (3) равен:

λ t = 189 0,12 87,0 58,8 = 0,804 Вт/(м·°C).

Значение коэффициента теплопроводности λt силикатного кирпича 2 сопоставимо с нормативным значением 0,87 Вт/(м·°C) (СП 23-101-2004).

Удельная объемная теплоемкость силикатного кирпича 2 по соотношению (4) при λt=0,804 Вт/(м·°C) и a t=5,09·10-7 м2/с составит:

c V = 0,804 5,09 10 7 = 1580 кДж/(м3·°C).

Удельная массовая теплоемкость силикатного кирпича 2 по соотношению (5) при λt=0,804 Вт/(м·°C), a t=5,09·10-7 м2/с и плотности ρ=1900 кг/м3 составит:

c m = 0,804 5,09 10 7 1900 = 0,83 кДж/(кг·°C).

Значение удельной массовой теплоемкости силикатного кирпича 2 сопоставимо с нормативным значением 0,88 кДж/(кг·°C) (СП 23-101-2004).

1. Устройство для комплексного определения основных теплофизических свойств твердого тела, содержащее корпус, изнутри покрытый слоем тепловой изоляции, твердое тело, фиксирующие элементы, преобразователь плотности теплового потока, установленный на передней лицевой поверхности твердого тела, термопреобразователи, установленные на лицевых поверхностях твердого тела, и измерительный блок, отличающееся тем, что включает источник инфракрасного излучения, осуществляющий нагрев твердого тела бесконтактным тепловым воздействием на переднюю лицевую поверхность твердого тела, регулятор тепловой мощности, регулирующий тепловую мощность источника инфракрасного излучения, вентиляционные отверстия на крышке устройства и перфорированную перегородку с вентилятором, предназначенные соответственно для притока холодного воздуха из окружающей среды и отвода теплого воздуха в окружающую среду, термопреобразователи, установленные в заданных координатах по толщине твердого тела, необходимые для построения температурного поля по толщине твердого тела за период проведения тепловых измерений (периоды нагрева и стационарного теплового режима).

2. Способ комплексного определения основных теплофизических свойств твердого тела, включающий методику определения коэффициента теплопроводности твердого тела через уравнение теплопроводности для плоской стенки при стационарном тепловом режиме, отличающийся тем, что продолжительность периода нагрева твердого тела определяют по формуле:

где δ - толщина твердого тела; - предварительно заданный коэффициент температуропроводности твердого тела, по результатам построения температурного поля твердого тела в период нагрева и дифференциальному уравнению теплопроводности:

где t - температура твердого тела; х - координата; τ - время, определяют коэффициент температуропроводности твердого тела, по найденным коэффициентам температуропроводности и теплопроводности твердого тела по формулам:

где λt - коэффициент теплопроводности твердого тела; αt - коэффициент температуропроводности твердого тела; ρ - плотность твердого тела, определяют коэффициент удельной (объемной, массовой) теплоемкости твердого тела.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области теплофизики и может быть использовано при проведении мероприятий неразрушающего контроля комплекса теплофизических характеристик твердых строительных материалов.

Изобретение относится к текстильной и легкой промышленности и может быть использовано для определения теплозащитных свойств материалов и пакетов одежды. Сущность изобретения заключается в измерении времени остывания аккумулятора тепла, помещенного внутрь материала, пакета одежды, в заданном интервале температур и определении суммарного теплового сопротивления образца.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к тепловому неразрушающему контролю объектов, и может быть использовано для определения теплового сопротивления и теплопроводности строительных конструкций.

Изобретение относится к области технической физики, в частности к тепловым методам исследования материалов, и может быть использовано для определения удельной теплоемкости материалов.

Изобретение относится к области исследования изменения теплофизических свойств конструкционных материалов при нанообработке нестационарным методом неразрушающего контроля.

Изобретение относится к области тепловых измерений и может быть при изучении особенностей нестационарного теплового режима, нахождении теплового баланса и определении теплофизических показателей твердых материалов различного предназначения.

Группа изобретений относится к измерительной технике и может быть использована при решении задач энергетического аудита. Заявлен способ и устройство интеллектуального энергосбережения, согласно которым измеряют температуру теплоносителя на входе и выходе энергопотребляющего объекта, измеряют массу теплоносителя за определенный промежуток времени, определяют количество энергии, потребляемой объектом.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для технической диагностики неоднородных конструкций. Устройство для определения сопротивления теплопередачи многослойной конструкции включает датчики температуры и теплового потока и тепловизионное устройство.

Использование: для определения теплопроводности керна. Сущность: заключается в том, что подготавливают образец керна и рентгеновский микрокомпьютерный томограф для сканирования указанного образца керна и получения изображения для каждого сканирования, сканируют указанный образец керна, передают для обработки трехмерное сканированное изображение с томографа на компьютер, предназначенный для анализа изображений, задают толщину слоя внутри полученного трехмерного сканированного изображения для анализа, определяют слой с максимальной теплостойкостью внутри полученного трехмерного сканированного изображения и определяют эффективную теплопроводность образца керна.

Изобретение относится к нестационарным способам определения температуропроводности твердых тел и может применяться в строительстве и теплоэнергетике при проведении тепловых испытаний однородных строительных объектов, теплопроводных и теплоизоляционных материалов.

Группа изобретений относится к области измерительной техники и может быть использована для исследования температуропроводности материалов. Подготовленный для исследования образец подвергают воздействию тепловой и механической нагрузке, в форме осевого одноосного механического растяжения и угловому отклонению вектора температурного градиента от вектора ускорения свободного падения, совпадающего с вектором силы тяжести. Регистрируют во времени температуру по длине образца и полученные данные используют для определения динамических теплофизических характеристик материала. Установка для исследования температуропроводности материала содержит вакуумную камеру, в которой размещен подготовленный для исследования образец, систему вакуумирования, соединенную с камерой, измерительную систему для мониторинга и регистрации температуры. Камера снабжена регулируемой тягой для механического нагружения образца осевым растяжением посредством перемещения тяги, патрубком, на котором установлен регулируемый фиксатор для фиксированного углового поворота камеры. Измерительная система соединена с термопарами, которые размещены на образце. Технический результат - повышение достоверности определения теплофизических характеристик . 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области исследования теплофизических характеристик материалов и может быть использовано при тепловых испытаниях твердых материалов. Заявлен способ измерения теплофизических свойств твердых материалов методом плоского мгновенного источника тепла, заключающийся в том, что образец исследуемого материала изготавливают в виде трех пластин. Причем тонкую пластину размещают между двумя массивными. Между нижней массивной и тонкой пластинами размещают плоский электронагреватель, а термоэлектрический преобразователь располагают между верхней массивной и тонкой пластинами. Полученную систему предварительно выдерживают при заданной начальной температуре, затем на электронагреватель подают короткий электрический импульс. Для определения теплофизических свойств материала в течение активной стадии эксперимента осуществляют измерение и регистрацию температуры с постоянным шагом во времени, определяют максимальное значение температуры, рассчитывают значение температуры T′ и момент времени τ′, соответствующие заданному значению параметра β. Технический результат изобретения - повышение точности измерения теплофизических свойств твердых материалов за счет выбора оптимальных режимных параметров теплофизического эксперимента. 2 ил.

Изобретение относится к области изучения физических свойств неоднородных материалов и может быть использовано для анализа теплопроводности, температуропроводности, объемной теплоемкости различных материалов. Для определения теплопроводности и температуропроводности неоднородного материала осуществляют нагрев поверхностей образца неоднородного материала и образцов с известной теплопроводностью и температуропроводностью пятном нагрева, движущимся вдоль поверхностей всех образцов. Регистрируют температуру нагреваемой поверхности всех образцов посредством трех датчиков температуры. Возврат источника нагрева и датчиков температуры в исходное положение используют для обратного сканирования с дополнительными измерениями теплопроводности образца для слоя образца неоднородного материала с глубиной и шириной, отличными от глубины и ширины слоя измерений теплопроводности при прямом движении. Для этого устанавливают такое расстояние между одним из датчиков температуры и пятном нагрева, которое вместе с измененными значениями скорости, мощности и размеров пятна нагрева обеспечит требуемые глубину и ширину слоя измерений теплопроводности при обратном движении. Технический результат - повышение точности получаемых данных. 2 н.п. и 10 з.п.ф-лы, 1 ил.

Устройство относится к области измерительной техники и может быть использовано для теплового контроля материалов. Устройство содержит источник импульсного нагрева, четыре термопары, четыре усилителя, дифференциатор, семь интеграторов, пять компараторов, шесть масштабных усилителей, датчик длительности импульса нагрева, четыре блока деления, три блока умножения, экстрематор, переключатель, два делителя частоты, четыре блока памяти, шесть сумматоров, источник опорного напряжения, пять блоков вычитания, блок управления, шесть блоков памяти, переключатель, четыре блока деления и два квадратора. Технический результат - расширение функциональных возможностей устройства. 1 ил.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для измерения рабочих характеристик теплообменников. Заявлено устройство для измерения рабочих характеристик теплообменников, включающее теплоизолированный корпус парогенератора с крышкой, изоляторы, электроды, теплообменник, соединенный трубопроводом с крышкой и нижней частью корпуса парогенератора, расширительную емкость, измерительно-вычислительный блок, соединенный с электродами. Устройство также содержит циркуляционный насос, выход которого связан со входом теплообменника, а вход циркуляционного насоса связан с выходом парогенератора, расходомеры жидкости и газа, установленные на входных трубопроводах, датчики давления и температуры теплоносителей, установленные на входе и выходе теплообменника, функционально соединенные с измерительно-вычислительным блоком. Выход теплообменника связан со входом парогенератора. Технический результат изобретения - увеличение диапазонов измеряемых величин и расширение функциональных возможностей устройства. 1 ил.

Изобретение относится к теплофизическим измерениям и может быть использовано для определения комплекса теплофизических параметров изотропных материалов. Способ включает тепловое воздействие от инфракрасного источника нагрева по всей видимой поверхности исследуемого изотропного материала. Измерение тепловизионным приемником радиационной температуры производят во всех точках пространственной сетки поверхности исследуемого изотропного материала. Перемещают инфракрасный источник нагрева и тепловизионный приемник вдоль поверхности изотропного исследуемого и эталонного материала с постоянной скоростью по криволинейной траектории. При этом с началом перемещения радиационную температуру измеряют в центре поверхности каждого эталонного материала с известными теплофизическими. После чего радиационные температуры измеряют на поверхности исследуемого изотропного материала во всех точках пространственной сетки поверхности исследуемого изотропного материала. Применяют разностную модель с использованием неявных схем. Решают оптимизационную параметрическую задачу для исследуемого изотропного материала в каждой точке пространственного разрешения в соответствии с растром изображения. Определяют из минимума невязки искомые оцененные значения для каждой точки пространственного распределения теплофизических параметров исследуемого изотропного объекта. Технический результат - повышение точности получаемых данных. 6 ил.

Изобретение относится к теплофизическим измерениям и может быть использовано для определения комплекса теплофизических параметров изотропных материалов. Способ определения комплекса теплофизических параметров изотропных материалов включает тепловое воздействие от инфракрасного источника нагрева по всей поверхности исследуемого изотропного материала. Измерение тепловизионным приемником радиационной температуры производят во всех точках пространственной сетки поверхности исследуемого изотропного материала. Осуществляют непрерывный равномерный нагрев поверхности эталонного/исследуемого изотропного материала от перемещаемого инфракрасного источника нагрева. При этом с началом перемещения радиационную температуру измеряют на поверхности эталонного изотропного материала с известными теплофизическими параметрами в одной точке пространственной сетки поверхности эталонного изотропного материала, попадаемой в объектив тепловизионного приемника. После чего радиационную температуру измеряют на поверхности исследуемого изотропного материала во всех точках пространственной сетки поверхности исследуемого изотропного материала в процессе остывания. Применяют разностную модель с использованием неявных схем. Решают оптимизационную параметрическую задачу для исследуемого изотропного материала в каждой точке пространственного разрешения в соответствии с растром изображения. Определяют из минимума невязки искомые оцененные значения теплофизических параметров исследуемого изотропного материала. Технический результат - повышение точности получаемых данных. 7 ил.

Изобретение относится к теплофизическим измерениям и может быть использовано для определения комплекса теплофизических параметров изотропных материалов. Заявленный способ включает тепловое воздействие от инфракрасного источника нагрева по всей поверхности исследуемого изотропного объекта. Измерение тепловизионным приемником радиационной температуры производят во всех точках пространственной сетки зондируемой поверхности исследуемого изотропного объекта. Располагают тепловизионный приемник на заданном расстоянии d от оси геометрического центра исследуемого объекта и совершают тепловизионным приемником круговое движение с постоянной скоростью относительно геометрического центра объекта, либо тепловизионный приемник, размещают неподвижно на заданном расстоянии d от оси геометрического центра исследуемого объекта, осуществляя вращения с постоянной скоростью исследуемого изотропного объекта и фона относительно оси поворотной конструкции, на которой они расположены. Формируют набор термограмм круговых разверток радиационных инфракрасных изображений объекта и фона, полученных в разные моменты времени. Применяют разностную модель с использованием неявных схем. Определяют из минимума невязки искомые оцененные значения для каждой точки пространственного распределения теплофизических параметров исследуемого изотропного объекта. Технический результат - повышение точности получаемых данных. 5 ил.

Изобретение относится к теплофизике и может быть использовано для определения степени черноты поверхности композитных и тонкопленочных материалов. Устройство применимо при нагреве поверхности образца и регистрации радиационной температуры от образцов с покрытием известного значения степени черноты и без покрытия. Устройство обеспечивает локализацию области измеряемого участка посредством специального защитного экрана от воздействия помех, а также создание локальной области нагрева, стабильной по температуре и площади от специального источника тепла. Также предусматривается применение ИК-метки для предварительной идентификации параметров теплового поля и работы с наименьшими потерями. Технический результат - повышение достоверности определения степени черноты поверхности материалов. 6 з. п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к способам определение теплопроводности и температуропроводности материалов. В соответствии с предлагаемым способом регистрируют электрические сигналы, соответствующие начальным температурам поверхностей исследуемого образца материала по меньшей мере двух эталонных образцов с известными теплопроводностью и температуропроводностью. Осуществляют нагрев поверхностей исследуемых и эталонных образцов оптическим источником тепла и регистрируют электрические сигналы, соответствующие температурам нагретых поверхностей исследуемых и эталонных образцов по линии нагрева, а также параллельно линии нагрева на расстоянии от нее. Теплопроводность и температуропроводность исследуемого образца определяют на основе разности выходных электрических сигналов, соответствующих нагретым и ненагретым поверхностям исследуемых и эталонных образцов. Технический результат - повышение точности определения теплопроводности, температуропроводности и объемной теплоемкости материалов без предварительной обработки поверхности материалов для выравнивания их оптических характеристик. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение предназначено для комплексного определения основных теплофизических свойств твердого тела и может применяться в строительстве и теплоэнергетике. Устройство состоит из источника инфракрасного излучения, твердого тела и системы охлаждения твердого тела, работающей с помощью вентиляционных отверстий на крышке устройства и перфорированной перегородки. Источник инфракрасного излучения осуществляет бесконтактное тепловое воздействие на переднюю лицевую поверхность твердого тела. Температуру твердого тела регистрируют термопреобразователи в период нагрева. Плотность теплового потока регистрирует преобразователь плотности теплового потока. По результатам построения температурного поля твердого тела в период нагрева и дифференциальному уравнению теплопроводности определяют коэффициент температуропроводности твердого тела. В период стационарного теплового режима твердого тела по величине плотности теплового потока, значениям температуры на передней и задней лицевых поверхностях твердого тела и уравнению теплопроводности для плоской стенки при стационарном тепловом режиме определяют коэффициент теплопроводности твердого тела. По найденным коэффициентам температуропроводности и теплопроводности твердого тела расчетным способом определяют коэффициент удельной теплоемкости твердого тела. Технический результат - повышение точности определения основных теплофизических свойств твердого тела. 2 н.п. ф-лы, 7 ил.

Наверх