Способ определения коэффициента теплопроводности жидкой тепловой изоляции в лабораторных условиях

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения коэффициента теплопроводности жидких теплоизоляционных материалов. Сущность заявленного способа заключается в определении измерителем теплопроводности эквивалентного коэффициента теплопроводности плоского трехслойного образца квадратного сечения, состоящего из двух одинаковых теплопроводных эталонов известной толщины с известным коэффициентом теплопроводности материала и слоя жидкой тепловой изоляции известной толщины, расположенного между эталонами. По известным значениям коэффициентов теплопроводности плоского трехслойного образца и теплопроводных эталонов, толщинам отдельных слоев плоского трехслойного образца (эталонов и жидкой тепловой изоляции) вычисляют по специальной расчетной формуле коэффициент теплопроводности жидкой тепловой изоляции. Технический результат - повышение точности определения коэффициента теплопроводности жидкой тепловой изоляции в лабораторных условиях. 1 ил.

 

Изобретение относится к стационарным способам определения коэффициента теплопроводности жидких теплоизоляционных материалов. Разработанный способ может применяться в строительстве и теплоэнергетике для исследования в лабораторных условиях теплопроводных качеств сверхтонких жидких теплоизоляционных покрытий.

Известен способ определения коэффициента теплопроводности жидких веществ методом коаксиальных цилиндров. Цилиндрический зазор, образованный двумя коаксиально расположенными цилиндрами, заполняют исследуемым жидким веществом. Слой жидкого вещества ограничивают внутренним цилиндром с известным наружным диаметром и длиной и наружным цилиндром с известным внутренним диаметром. Во внутреннем цилиндре размещают основной нагреватель с известной тепловой мощностью. Для исключения торцевых потерь теплоты с внутреннего цилиндра в системе устройства предусматривают охранные цилиндры с охранными нагревателями. Рабочую разность температур поверхностей цилиндров, граничащих с жидким веществом, измеряют термопарами. Коэффициент теплопроводности исследуемого жидкого вещества определяют по уравнению теплопроводности для однослойной цилиндрической стенки при стационарном тепловом режиме [1].

К недостаткам данного способа можно отнести техническую сложность установки для реализации способа, которая включает два цилиндра, между которыми располагают исследуемое жидкое вещество, охранные цилиндры, предназначенные для устранения торцевых потерь теплоты с внутреннего цилиндра, и термопары, установленные на наружной поверхности внутреннего цилиндра и внутренней поверхности наружного цилиндра.

Известен способ определения коэффициента теплопроводности тонкостенных теплозащитных покрытий, проводимый в два этапа. На первом этапе с помощью нагревателя с постоянной температурой равномерно на дистанции нагревают всю внешнюю поверхность образца без теплозащитного покрытия, одновременно охлаждая обратную сторону образца воздушным потоком, движущимся в теплоизолированном вентиляционном канале. На втором этапе наносят теплозащитное покрытие на внешнюю поверхность образца, повторно проводя те же самые испытания. По результатам бесконтактного измерения термографами температурных полей поверхностей образца до и после нанесения на одну из его сторон теплозащитного покрытия, а также по температуре охлаждающего воздуха вычисляют по специальным расчетным формулам коэффициент теплопроводности теплозащитного покрытия [2].

К недостаткам данного способа можно отнести продолжительность проведения эксперимента (в два этапа) и достаточно сложный порядок выполнения расчета (определение по результатам первого этапа измерений по уравнению теплового баланса коэффициента теплоотдачи, нахождение по результатам второго этапа измерений температуры на границе образца и теплозащитного покрытия, итоговое вычисление локального и среднего значений коэффициента теплопроводности теплозащитного покрытия).

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ определения коэффициента теплопроводности сверхтонких жидких теплоизоляционных покрытий, проводимый в два этапа. На первом этапе нижнюю поверхность плоскопараллельной стенки, состоящей из двух слоев одинаковой толщины и с равным коэффициентом теплопроводности материала, нагревают с помощью терморегулируемого источника теплоты и измеряют температуру наружной поверхности верхнего слоя. На втором этапе на наружной поверхности плоскопараллельной стенки закрепляют металлическую пластину известной толщины и коэффициентом теплопроводности с нанесенным на ее наружную поверхность сверхтонким жидким теплоизоляционным покрытием и повторно проводят те же самые испытания, измеряя температуру поверхности контакта верхнего слоя плоскопараллельной стенки и металлической пластины со сверхтонким жидким теплоизоляционным покрытием. По специальной расчетной формуле вычисляют коэффициент теплопроводности жидкого теплоизоляционного покрытия [3].

К недостаткам данного способа можно отнести продолжительность проведения эксперимента (в два этапа), использование большого числа элементов (терморегулируемого источника теплоты, двух слоев плоскопараллельной стенки, металлической пластины и сверхтонкого жидкого теплоизоляционного покрытия) и контактных измерителей температуры, искажающих температурное поле стационарного теплового процесса. Исходные уравнения для вывода итоговой расчетной формулы в некоторой степени не соответствуют классическим законам теплообмена.

Целью изобретения является упрощение способа и повышение точности определения коэффициента теплопроводности жидкой тепловой изоляции в лабораторных условиях.

Поставленная цель достигается тем, что измерителем теплопроводности определяют эквивалентный коэффициент теплопроводности плоского трехслойного образца квадратного сечения, состоящего из двух одинаковых теплопроводных эталонов известной толщины с известным коэффициентом теплопроводности материала и слоя жидкой тепловой изоляции известной толщины, расположенного между эталонами. По известным значениям коэффициентов теплопроводности плоского трехслойного образца и теплопроводных эталонов, толщинам отдельных слоев плоского трехслойного образца (эталонов и жидкой тепловой изоляции) вычисляют по специальной расчетной формуле коэффициент теплопроводности жидкой тепловой изоляции.

На фиг. 1 показана принципиальная схема реализации способа определения коэффициента теплопроводности жидкой тепловой изоляции.

Плоский трехслойный образец квадратного сечения, состоящий из двух одинаковых теплопроводных эталонов 1 толщиной δ, каждый из них с коэффициентом теплопроводности материала λ, и слоя жидкой тепловой изоляции 2 толщиной δиз, расположенного между эталонами 1, находится в измерительной ячейке измерителя теплопроводности 3. Ширина и высота отдельных слоев плоского трехслойного образца равны между собой и соответствуют размерам нагревателя 4 и холодильника 5 измерителя теплопроводности 3. Смежные поверхности соседних слоев плоского трехслойного образца плотно прилегают друг к другу. Лицевые поверхности трехслойного образца граничат с лицевыми поверхностями нагревателя 4 и холодильника 5 измерителя теплопроводности 3.

Устройство для реализации предложенного способа работает следующим образом (фиг. 1).

Измеритель теплопроводности 3 с помощью нагревателя 4 и холодильника 5 создает стационарный тепловой поток, проходящий через плоский трехслойный образец. По величине плотности теплового потока, температуре противоположных лицевых граней плоского трехслойного образца и его толщине, которая равна сумме толщин двух теплопроводных эталонов 1 и слоя жидкой тепловой изоляции 2, т.е. 2δ+δиз, измеритель теплопроводности 3 вычисляет эквивалентный коэффициент теплопроводности плоского трехслойного образца λэкв.

Коэффициент теплопроводности жидкой тепловой изоляции λиз вычисляют по специальной расчетной формуле:

,

где λэкв - эквивалентный коэффициент теплопроводности плоского трехслойного образца, определенный измерителем теплопроводности 3;

λ - коэффициент теплопроводности материала теплопроводных эталонов 1;

δ - толщина одного эталона 1;

δиз - толщина слоя жидкой тепловой изоляции 2.

Достоинством предложенного способа является проведение теплофизических измерений в лабораторных условиях в один этап с использованием плоского трехслойного образца квадратного сечения. Высокая точность результатов достигается за счет использования специализированного измерителя теплопроводности и применения единственной специальной расчетной формулы, выведенной из классического уравнения теплопроводности для плоской трехслойной стенки при стационарном тепловом режиме.

Пример конкретной реализации способа.

Определим коэффициент теплопроводности жидкой тепловой изоляции в лабораторных условиях на примере теплоизоляционной краски Teplomett Стандарт толщиной δиз=2·10-3 м, расположенной между двумя теплопроводными эталонами толщиной δ=6·10-3 м каждого из них, изготовленными из нержавеющей стали с коэффициентом теплопроводности материала λ=50,2 Вт/(м·К). Ширина и высота плоского трехслойного образца имеют размеры 0,15×0,15 м.

По результатам лабораторных измерений измерителем теплопроводности ИТС-1 «150» эквивалентный коэффициент теплопроводности плоского трехслойного образца составил λэкв=0,0351 Вт/(м·К). Тогда коэффициент теплопроводности жидкой тепловой изоляции Teplomett Стандарт по специальной расчетной формуле будет равен:

.

Относительная погрешность всей измерительной системы ±5%.

Значение коэффициента теплопроводности теплоизоляционной краски Teplomett Стандарт, полученное в лабораторных условиях, сопоставимо с заявленным производителем коэффициентом теплопроводности материала, равным λиз=0,003 Вт/(м·К).

Список литературы

1. Теплоэнергетика и теплотехника. Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент: справочник / Под общ. ред. А.В. Клименко и В.М. Зорина. - М.: Издательский дом МЭИ, 2007. - 421 с.

2. Пат. 2426106 Российская федерация, МПК G01N 25/18. Способ определения коэффициента теплопроводности тонкостенных теплозащитных покрытий и устройство для его осуществления / В.Ф. Янишевский, В.Ф. Крастынь, В.А. Калуцких; заявитель и патентообладатель ФГУП "Летно-исследовательский институт имени М.М. Громова". - №2009149671/28; заявл. 31.12.2009; опубл. 10.08.2011. БИ №22, 2011.

3. Пат. 2478936 Российская Федерация, МПК G01N 25/18, G01N 25/20. Способ определения коэффициента теплопроводности сверхтонких жидких теплоизоляционных покрытий / Ю.И. Правник, Р.А. Садыков, Р.В. Иванова, И.О. Манешев, Д.В. Крайнов, Э.В. Адаев; заявители и патентообладатели ФГОУ ВПО "Казанский государственный архитектурно-строительный университет", Р.А. Садыков. - 2011145173/04; заявл. 07.11.2011; опубл. 10.04.2013. БИ №7, 2013.

Способ определения коэффициента теплопроводности жидкой тепловой изоляции в лабораторных условиях, включающий использование нагревателя, двух одинаковых теплопроводных эталонов известной толщины с известным коэффициентом теплопроводности материала и проведение испытаний в условиях стационарного теплового режима, отличающийся тем, что слой жидкой тепловой изоляции известной толщины располагают между теплопроводными эталонами, измерителем теплопроводности определяют эквивалентный коэффициент теплопроводности плоского трехслойного образца, коэффициент теплопроводности жидкой тепловой изоляции вычисляют по формуле:
,
где δиз - толщина слоя жидкой тепловой изоляции;
δ - толщина одного эталона;
λэкв - эквивалентный коэффициент теплопроводности плоского трехслойного образца, определенный измерителем теплопроводности;
λ - коэффициент теплопроводности материала теплопроводных эталонов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области технической физики и предназначено для измерения теплопроводности строительных и теплоизоляционных и иных материалов. Устройство для измерения теплопроводности включает тепловой блок, состоящий из малого измерительного нагревателя, малого охранного нагревательного элемента, выполняющего охранную функцию в случае измерения образцов малых размеров или единичного образца крупноформатной конструкции или выполняющего функцию большого измерительного нагревателя в случае измерения образцов больших размеров, большого охранного нагревательного элемента и двух охранных пластин, холодильный блок, состоящий из основания и охранной пластины, установленной под основанием, и измерительную зону, расположенную между тепловым и холодильным блоками.

Изобретение относится к области изучения теплофизических свойств материалов и может быть использовано для определения теплопроводности материалов. Способы характеристики неоднородности и определения теплопроводности материалов предусматривают нагрев поверхности образцов неоднородных материалов в процессе движения относительно друг друга образцов, источника нагрева и блока регистрации температуры.

Изобретение относится к способам определения теплофизических характеристик твердых тел и позволяет измерять теплопроводность образцов твердых тел, являющихся малыми во всех трех измерениях.

Изобретение относится к теплофизическим измерениям и может быть использовано в теплофизическом приборостроении. Способ заключается в нагревании одной из поверхностей образца или ее участка до максимальной температуры, которую поддерживают до момента времени, когда измеряемая разность температур на границах исследуемого участка уменьшится до заданного значения.

Изобретение относится к стационарным способам определения теплопроводности твердого тела и может быть использовано в строительстве и теплоэнергетике для проведения в натурных условиях теплофизических исследований теплоизоляционных материалов, установленных на трубопроводах круглого сечения.

Изобретение относится к области исследования теплофизических свойств материалов и может быть использовано в теплофизическом приборостроении. Способ осуществляют путем двух тепловых воздействий на двухслойную пластину с последующими охлаждениями, измерения разности температур и теплового потока.

Изобретение относится к способам измерений теплопроводности веществ, материалов и изделий и может быть использовано в теплофизическом приборостроении. Способ осуществляют путем теплового воздействие на образец с последующим охлаждением, измерения разности температур на границах исследуемого участка образца и количества тепла, поступившего в него за время интегрирования разности.

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и касается определения тепловых свойств пород, слагающих разрез скважины и пласт в целом. Техническим результатом является повышение точности измерения среднеинтегрального значения теплопроводности горных пород по разрезу скважины и определение коэффициентов теплопередачи через НКТ и через обсадную колонну, а также длины циркуляционной системы скважины.

Изобретение относится к бесконтактным методам исследований теплофизических характеристик твердых тел и может быть использовано для исследований теплофизических характеристик изделий, используемых в авиакосмической, машиностроительной и энергетической промышленности.

Изобретение относится к теплофизике и может быть использовано для определения степени черноты поверхности композитных и тонкопленочных материалов. Способ основан на применении нагрева поверхности образца и регистрации радиационной температуры от образца с покрытием известного значения степени черноты и от образца без покрытия.

Изобретение относится к области теплофизики и может быть использовано для определения тепловой проводимости контактов между прозрачными образцами или между прозрачным и высокотеплопроводным образцами. Систему, состоящую из двух прозрачных образцов либо двух прозрачных и закрепленного между ними высокотеплопроводного образца, где все образцы выполнены в форме прямоугольных параллелепипедов с одинаковыми основаниями, которыми образцы приведены в контакт, помещают в интерферометр. Световой пучок интерферометра направляют перпендикулярно одной из боковых граней каждого прозрачного образца. При создании в системе стационарного одномерного теплового потока, направленного перпендикулярно плоскости контакта, интерференционным методом измеряют изменение профиля фазы светового пучка интерферометра, проходящего через прозрачные образцы. Тепловую проводимость любого из контактов вычисляют из измеренного изменения профиля фазы светового пучка интерферометра, известной теплопроводности и геометрических размеров образцов. Технический результат - повышение достоверности получаемых результатов. 1 ил.

Изобретение относится к области теплофизических измерений и может быть использовано для определения относительной теплопроводности материалов. Плоский исследуемый образец известной толщины помещают между двумя алмазными наковальнями с теплопроводностью, существенно превышающей теплопроводность образца, и подвергают высокому давлению, предварительно установив в верхнюю наковальню нагреватель. Затем изменяют величину внешнего воздействия давления. По изменению разности температур между верхней и нижней наковальнями рассчитывают относительное изменение теплопроводности образца при изменении давления. Мощность источника теплоты при этом постоянна. Технический результат - повышение точности получаемых данных. 2 ил.

Изобретение относится к области теплофизических измерений и может быть использовано в строительной теплотехнике и различных отраслях промышленности. Согласно заявленному способу осуществляют нагрев исследуемого объекта воздействием импульса СВЧ-излучения, измерение в заданный момент времени после воздействия импульса СВЧ-излучения избыточной температуры на теплоизолированной от окружающей среды поверхности исследуемого изделия в двух точках, находящихся на расстояниях Х1 и Х2 от плоскости электромагнитного воздействия. Определяют зависимость затухания мощности теплового воздействия от глубины исследуемого тела. Затем осуществляют прямолинейную аппроксимацию участка полученной кривой, ограниченного поверхностью исследуемого объекта и точкой, расстояние до которой берется равным значению, превышающим на порядок расстояние до наиболее удаленной от линии теплового воздействия точки контроля х2 избыточной температуры. Измеряют угол α между аппроксимирующей прямой и поверхностью исследуемого тела. Устанавливают рупорную антенну СВЧ-излучения под углом α к поверхности исследуемого тела и осуществляют импульсное тепловое воздействие. Имея информацию о мощности теплового воздействия на исследуемое изделие и измеренных избыточных температур в точках контроля, искомые теплофизические характеристики определяют на основе полученных математических соотношений. Технический результат - повышение точности получаемых данных. 5 ил., 3 табл.

Изобретение относится к наноэлектронике и наноэлектромеханике. Для нагрева пленочного образца и измерения его электрического сопротивления помещают образец в корпус кварцевого реактора. Внутри корпуса образец размещают в С-образных зажимах с плоскими губками, выполненными из вольфрамовой проволоки. Образец устанавливают в плоских губках с натягом, величина которого достаточна для удержания образца в заданном положении при нагреве С-образных зажимов. С-образные зажимы раскрепляют на растяжках, выполненных в виде пружин из вольфрамовой проволоки меньшего диаметра. При помощи резистивного подогревателя, размещенного на поверхности корпуса, производят нагрев образца до заданной температуры. Через С-образные зажимы и растяжки на образец подают измерительный ток и определяют напряжение. Измерение температуры образца осуществляют при помощи термопары, которую предварительно устанавливают в центральной части корпуса. Необходимое расстояние от поверхности образца до измерительного элемента термопары и его центрирование по отношению к термопаре осуществляют при помощи упомянутых растяжек. Обеспечивается стабильность электрического контакта и равномерный прогрев образцов. 1 ил.

Изобретение относится к области теплофизических измерений и может быть использовано в строительной теплотехнике и различных отраслях промышленности. Согласно заявленному способу на поверхность исследуемого твердого строительного материала воздействуют электромагнитным полем СВЧ-диапазона с частотой не менее 10 ГГц, осуществляя нагрев исследуемого полуограниченного в тепловом отношении тела. Имея информацию о мощности генератора СВЧ-излучения, воздействующего на исследуемый объект, информацию о тепловом потоке с поверхности круговой области, искомые теплофизические характеристики (ТФХ) определяют по математическим соотношениям, полученным на основании модельных представлений физических процессов, происходящих в исследуемых объектах при воздействии на их поверхность высокочастотным электромагнитным полем. Технический результат - повышение точности получаемых данных. 3 ил., 2 табл.

Изобретение относится к способам измерения теплофизических свойств веществ и может быть использовано в геофизике для оценки глубинных тепловых полей, условий образования и разрушения гидратов углеводородных газов в флюидонасыщенных породах пластовых резервуаров месторождений углеводородов, исследования анизотропии теплопроводности насыщенных горных пород. Заявлен способ измерения влияния давления до 100 МПа на теплопроводность флюидонасыщенных пористых тел, представляющий собой разновидность стационарного способа плоского слоя, в котором одинаковые образцы, расположенные симметрично относительно нагревателя, гидравлически изолированы друг от друга. Технический результат - повышение информативности за счет обеспечения возможности в одном опыте измерять влияние гидростатического давления на теплопроводность насыщенного пористого образца относительно теплопроводности такого же образца, находящегося при атмосферном давлении. 1 ил.

Изобретение относится к области измерения теплофизических характеристик физических сред и может быть использовано в морской биологии и химии для расчета температурных условий существования биологических объектов и течения химических реакций в верхнем слое донных осадков в условиях изменяющейся температуры водного слоя. Способ включает измерение и регистрацию температуры на двух горизонтах в донных осадках и температуры придонного слоя воды в течение 12-15 час, с последующим вычислением эквивалентного коэффициента температуропроводности (а экв) по формуле а э к в = ∂ T ∂ t ∂ 2 T ∂ z 2 , где ∂Т - изменение температуры; ∂t - изменение времени, ∂z - изменение глубины от поверхности осадка. Суть способа основана на использовании морских приливов в качестве естественного источника тепла, температура которого периодически изменяется во времени, доставляя в максимуме прилива более холодную придонную воду из больших глубин в менее глубокие районы акваторий. Технический результат - повышение точности измерений эквивалентной температуропроводности донного грунта. 2 н.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для теплофизических исследований теплозащитных покрытий на днище поршня и наблюдения за распределением тепловых потоков в днище поршня по скорости повышения температуры его внутренней поверхности при нагреве с внешней стороны, и может быть использовано для исследования эффективности влияния теплозащитного покрытия на температуру поршня. Устройство наблюдения за распределением тепловых потоков в днище поршня для оценки эффективности теплозащитных покрытий на нем включает баллон сжиженного газа с насадкой, соединенный через регулировочный кран с ротаметром, соединенным шлангом с горелкой Бунзена, которая установлена под испытуемым поршнем, помещенным в цилиндре, имеющем отверстие в нижней части и закрепленном на штативе, на котором также закреплен тепловизор, расположенный над поршнем с его внутренней стороны, причем в нижней части цилиндра установлен защитный экран, а также подвижная заслонка с возможностью перекрытия отверстия в цилиндре. Применение заявляемого устройства позволяет повысить точность определения температуры внутренней поверхности днища поршня во всех ее точках и, соответственно, повысить эффективность оценки теплозащитных покрытий на днище поршня. 1 ил.

Изобретение относится к технологиям сушки и термовлажностной обработки пористых проницаемых материалов, в частности к способам определения коэффициентов тепло- и массопроводности пористых материалов. Данный способ заключается в определении значений физических констант (объемной плотности, удельной теплоемкости, массоемкости), разности температур или парциальных давлений, определении внутренней эффективной поверхности переноса субстанций (теплоты, влаги) и расчете коэффициентов тепло- и массопроводности по квантово-термодинамическим уравнениям, полученным аналитическим путем. Техническим результатом изобретения является упрощение процесса определения коэффициентов тепло- и массопроводности, а также обеспечение получения точных и однозначных результатов измерения указанных параметров. 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при теплофизических исследованиях теплозащитных покрытий. Заявлена установка для определения коэффициента теплопроводности и ресурсных характеристик теплозащитных покрытий, содержащая вакуумную камеру и источник нагрева образца с теплозащитным покрытием. В качестве источника нагрева образца с теплозащитным покрытием использован плазмотрон, расположенный в вакуумной камере так, что плазменный поток направлен на теплозащитное покрытие образца. Образец с теплозащитным покрытием установлен в кожухе цилиндрического корпуса для охлаждения образца. Кожух со стороны плазмотрона снабжен упорным буртиком для установки образца с теплозащитным покрытием, а с противоположной стороны - крепежными элементами для закрепления образца между буртиком кожуха и цилиндрическим корпусом. В цилиндрическом корпусе выполнен центральный канал для подачи охлаждающей образец воды и по крайней мере два канала для отвода нагретой воды от образца, расположенные симметрично и на равном расстоянии от центрального канала. В центральном и одном из отводных каналов установлены термопары. Внутренняя поверхность цилиндрического корпуса и поверхность образца образуют полость, сообщающуюся с центральным каналом и каналом для отвода воды. На торцевой поверхности цилиндрического корпуса со стороны установки образца выполнена канавка с установленным в нее уплотнительным кольцом. Технический результат - повышение достоверности получаемых результатов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения коэффициента теплопроводности жидких теплоизоляционных материалов. Сущность заявленного способа заключается в определении измерителем теплопроводности эквивалентного коэффициента теплопроводности плоского трехслойного образца квадратного сечения, состоящего из двух одинаковых теплопроводных эталонов известной толщины с известным коэффициентом теплопроводности материала и слоя жидкой тепловой изоляции известной толщины, расположенного между эталонами. По известным значениям коэффициентов теплопроводности плоского трехслойного образца и теплопроводных эталонов, толщинам отдельных слоев плоского трехслойного образца вычисляют по специальной расчетной формуле коэффициент теплопроводности жидкой тепловой изоляции. Технический результат - повышение точности определения коэффициента теплопроводности жидкой тепловой изоляции в лабораторных условиях. 1 ил.

Наверх