Установка по определению критического значения лучистого теплового потока для различных материалов и веществ

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения пожароопасных свойств материалов и веществ. Предлагается установка по определению критического значения лучистого теплового потока. Установка включает плоскую радиационную панель, выполненную в виде рядов из металлических спиралей, намотанных на керамические трубки; рамку для образца и измерительную аппаратуру. При этом установка дополнительно содержит блок управления для регулирования теплового потока от радиационной панели, который регулирует тепловой поток в предложенной установке, с помощью термопары, установленной в керамических трубках. Кроме того, измерительная аппаратура представляет собой термопары, закрепленные на испытуемом образце. Технический результат - повышение точности измерений и уменьшение теплопотерь при проведении испытаний. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Заявляемое техническое решение предназначено для определения пожароопасных свойств материалов и веществ, а именно определения критической плотности лучистого теплового потока. Под критической плотностью лучистого теплового потока понимается - плотность лучистого теплового потока, при котором происходит самовоспламенение или воспламенение материалов и веществ.

В настоящее время известны установки определения комплекса теплофизических свойств твердых материалов, см., например, патент РФ №2284030 от 20.09.2006. Сущность вышеуказанного решения заключается в следующем. Приводят в тепловой контакт плоские поверхности образцов исследуемого и эталонного материалов, полуограниченных в тепловом отношении. В плоскости контакта располагают линейный источник нагрева и датчик температуры на заданном расстоянии от линии нагрева. Осуществляют мгновенное тепловое импульсное воздействие от линейного источника, при этом измеряют датчиком избыточную температуру от момента подачи теплового импульса до момента регистрации заданного отношения избыточной температуры к скорости нагрева, а также интегральное значение избыточной температуры на данном временном интервале. Для определения теплофизических свойств исследуемого материала используют математическую модель.

Наиболее близким источником является патент РФ №2374631 от 27.11.2009, в котором описана установка по определению критического значения лучистого теплового потока. Данная установка включает: ИК-излучатель, представляющий, по сути, радиационную панель, выполненную в виде плоскости рядов из металлических спиралей, намотанных на керамические трубки; место для образца и измерительную аппаратуру.

Технический результат, решаемый предлагаемым техническим решением, - повышение точности измерений и уменьшение теплопотерь при проведении испытаний.

Технический результат достигается тем, что установка по определению критического значения лучистого теплового потока включает: плоскую радиационную панель, выполненную в виде рядов из металлических спиралей, намотанных на керамические трубки; рамку для образца и измерительную аппаратуру. При этом установка дополнительно содержит блок управления для регулирования теплового потока от радиационной панели, который регулирует тепловой поток в предложенной установке, с помощью термопары, установленной в керамических трубках. Кроме того, измерительная аппаратура представляет собой термопары, закрепленные на испытуемом образце.

Для уменьшения теплопотерь образец с торцов термоизолируется. А термопары закреплены на испытуемом образце по диагонали.

Кроме того, измерительная аппаратура дополнительно включает средства для регистрации температуры на поверхности радиационной панели.

Сущность технического решения поясняется Фиг. 1, на которой представлена предлагаемая установка.

Основными элементами разработанной опытной установки являются: радиационная панель - 2, специальная рамка для образца - 1, блок управления для регулирования теплового потока от радиационной панели - 3 (далее - блок управления) и измерительная аппаратура (4 - шкала для определения расстояния от панели до образца); источник питания электроэнергией - 5 (Фиг. 1).

Радиационная панель 2 представляет собой плоскость из рядов из металлических спиралей, намотанных на керамические трубки, генерирующую тепловой поток с помощью электрической энергии.

Регулирование теплового потока в предложенной схеме опытной установки возможно с помощью термопары, установленной в керамическую трубку через блок управления 3, либо изменением расстояния между радиационной панелью и образцом.

Методика проведения эксперимента при статическом испытании.

На образец подается тепловое импульсное воздействие, осуществляемое лучистым тепловым потоком известной плотности, при проведении статических испытаний изменение лучистого теплового потока возможно через блок управления. На испытуемом образце по диагонали закрепляются термопары для замера температуры на поверхности образца. С торцов образец термоизолируется, чтобы уменьшить теплопотери при проведении испытаний. При проведении испытаний измеряется температура на поверхности радиационной панели и на поверхности испытуемого образца.

При проведении эксперимента производится фиксация времени, с момента закрепления образца в рамку до его самовоспламенения или воспламенения, а также обеспечивается измерение температуры на обогреваемой и необогреваемой поверхностях образца и радиационной панели.

Показателем воспламенения служит искра на поверхности образца, а показателем самовоспламенения - вспышка продуктов пиролиза при поднесении источника зажигания (фитилька) на расстоянии 1 см от облучаемой поверхности.

Расчет действительного критического значения лучистого теплового потока для различных материалов и веществ производится по следующей формуле:

где qкр - критическая плотность теплового потока для материалов, Вт/м2; εпр - приведенная степень черноты системы; σ0 - постоянная Стефана-Больцмана, 5,7 Вт/(м2⋅К4); T1 - температура излучающей поверхности, К; Т2 - температура на поверхности облучаемой поверхности материалов, К; ϕ2-1 - коэффициент облученности между излучающей и облучаемой поверхностями.

Приведенная степень черноты системы определяется по формуле

где εи - степень черноты излучающей поверхности; εм - степень черноты материала, определяется по справочникам.

Коэффициент облученности между излучающей и облучаемой поверхностями при квадратной форме излучателя и параллельном расположении образца определяется по формуле

где b - ширина излучающей поверхности, м; h - длина (высота) излучающей поверхности, м; r - расстояние между излучающей поверхностью и облучаемой поверхностью, м.

Степень черноты излучающей поверхности определяется по формуле

q - максимально возможный лучистый тепловой поток от радиационной панели при данном расстоянии Вт/м2 (определялся при калибровке панели в начале методики проведения эксперимента).

Методика проведения эксперимента при динамическом испытании.

На образец подается тепловое импульсное воздействие, осуществляемое лучистым тепловым потоком, изменение плотности лучистого теплового потока во времени известно. На испытуемом образце по диагонали закрепляются термопары для замера температуры на поверхности образца. С торцов образец термоизолируется, чтобы уменьшить теплопотери при проведении испытаний. При проведении испытаний измеряется температура на поверхности радиационной панели и на поверхности испытуемого образца.

При проведении эксперимента производится фиксация времени, с момента закрепления образца в рамку до его самовоспламенения или воспламенения, а также обеспечивается запись измерения температуры на обогреваемой и необогреваемой поверхностях образца и радиационной панели во времени.

Показателем воспламенения служит искра на поверхности образца, а показателем самовоспламенения - вспышка продуктов пиролиза при поднесении источника зажигания (фитилька) на расстоянии 1 см от облучаемой поверхности.

Описанное выше техническое решение позволяет быстро и удобно проводить испытания образцов на предмет самовоспламенения или воспламенения материалов, из которых оно состоит.

1. Установка по определению критического значения лучистого теплового потока, включающая: плоскую радиационную панель, выполненную в виде рядов из металлических спиралей, намотанных на керамические трубки; рамку для образца и измерительную аппаратуру, отличающаяся тем, что установка дополнительно содержит блок управления для регулирования теплового потока от радиационной панели, который регулирует тепловой поток в предложенной установке, с помощью термопары, установленной в керамических трубках, при этом измерительная аппаратура представляет собой термопары, закрепленные на испытуемом образце.

2. Установка по определению критического значения лучистого теплового потока п. 1 формулы, отличающаяся тем, что образец с торцов термоизолируется.

3. Установка по определению критического значения лучистого теплового потока по п. 1 формулы, отличающаяся тем, что термопары закреплены на испытуемом образце по диагонали.

4. Установка по определению критического значения лучистого теплового потока по п. 1 формулы, отличающаяся тем, что измерительная аппаратура дополнительно включает средства для регистрации температуры на поверхности радиационной панели.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к стационарным способам определения коэффициента теплопроводности жидких теплоизоляционных материалов. Разработанный способ может применяться в строительстве и теплоэнергетике для исследования теплопроводных качеств сверхтонких жидких теплоизоляционных покрытий на поверхностях плоских источников теплоты.

Изобретение относится к области теплофизических измерений и может быть использовано для определения теплопроводности материалов. Согласно заявленному способу исследуемый образец известной толщины через источник теплоты с заданной плотностью теплового потока приводят в тепловой контакт с эталонным образцом, термостатируют при заданной температуре исследуемый и эталонный образец и измеряют температуру.

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

Изобретение относится к области исследования теплофизических характеристик теплоизоляционных материалов. Предложенный способ измерения теплофизических свойств теплоизоляционных материалов методом плоского импульсного источника теплоты заключается в том, что образец исследуемого материала изготавливают в виде трех пластин, причем тонкую пластину размещают между двумя массивными.

Изобретение относится к области строительной теплотехники и может быть использовано для измерения теплового потока, проходящего через конструкцию. Конструкция имеет толщину (D), по которой в поперечном направлении формируется разность (ΔT) температур.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для исследования подземных структур. Раскрыт способ оценивания распределений температур по геологической среде на основании трехмерной модели теплопроводности для геологического пласта.

Изобретение относится к области исследования и анализа теплофизических свойств материалов и может быть использовано при определении коэффициента теплопроводности жидких теплоизоляционных покрытий.

Изобретение относится к тепловым испытаниям и может быть использовано при измерениях теплофизических свойств веществ. Предметом изобретения является способ определения теплопроводности материалов методом параллельного нагрева двух цилиндрических образцов одинаковых размеров при идентичных условиях теплообмена на поверхности, в котором один из образцов выполнен полностью из материала с известными свойствами, а другой - составной, одна часть его выполнена из материала первого образца, а другая - из исследуемого материала.

Изобретение относится к области теплофизических измерений и может быть использовано для измерения коэффициента температуропроводности тонких слоев материалов.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения суммарного теплового сопротивления текстильных материалов. Предложен контрольно-измерительный прибор для определения теплотехнических параметров текстильных материалов, включающий тепловой аккумулятор, состоящий из геля в герметической упаковке, термопары с электроиндикатором и сам образец исследуемых материалов.

Изобретение относится к теплофизике и может быть использовано для определения температурной зависимости интегральной степени черноты покрытий и поверхностей твердых тел.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения коэффициента черноты покрытий. Заявлено устройство, содержащее идентичные по конструкции тепловой излучатель и теплосток, снабженные подключенными к выходу регуляторов температуры термоэлектрическими батареями Пельтье, на поверхности которых последовательно размещены подключенные к измерителю сигналов датчики теплового потока и покрытые с внешней стороны исследуемым материалом теплопроводящие пластины с подключенными к входам регуляторов температуры термодатчиками.

Изобретение относится к теплофизике и может быть использовано для определения радиационных характеристик поверхностей и покрытий твердых тел. Согласно заявленному способу определения степени черноты измеряют скорость изменения температуры и температуру образцов с покрытиями.

Изобретение относится к теплофизике в области теплообмена излучением и касается способа измерения степени черноты покрытий и поверхностей твердых тел. Способ включает последовательное измерение температуры эталонного и исследуемого образцов, изготовленных из одного и того же материала.

Изобретение относится к области измерительной техники. .

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к области оптоэлектроники. .

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к измерительной технике и используется для измерения потоков инфракрасного излучения. .

Изобретение относится к области исследования теплофизических характеристик анизотропных материалов. Заявлен способ измерения теплофизических свойств анизотропных материалов методом линейного импульсного источника теплоты, заключающийся в том, что образец исследуемого материала изготавливают в виде двух массивных пластин, между которыми размещают линейный электронагреватель и измеритель температуры. На подготовительной стадии эксперимента полученную систему выдерживают при заданной начальной температуре T0, с постоянным шагом во времени Δτ, измеряют разности температур и, начиная с n-го шага, контролируют величину показателя , n = const выбирают из диапазона 2≤n≤10. При выполнении критерия Ei≤0,01 на линейный электронагреватель подают тепловой импульс, длительность которого находится в диапазоне 18≤τu≤24 с. В течение активной стадии эксперимента с постоянным шагом во времени осуществляют измерение и регистрацию изменения во времени разности температур [T(r,τi)-T0]. По полученным данным находят максимальное значение этой разности. Затем определяют ориентировочные значения коэффициента температуропроводности aop и объемной теплоемкости cρop исследуемого материала, находят величины и , расстояния между линейным электронагревателем и измерителем температуры и , а также оптимальную длительность теплового импульса . Расстояние между измерителем температуры и линейным нагревателем рассчитывают как среднее значение , а затем, путем проведения серии экспериментов при заданной ориентации линейного электронагревателя и измерителя температуры относительно главных осей симметрии образца, осуществляют измерения и последующую обработку полученных данных при найденных значениях , , , . В результате получают зависимости значений искомых коэффициента температуропроводности а и объемной теплоемкости cρ исследуемого материала от ориентации линейного нагревателя и измерителя температуры относительно главных осей симметрии образца. Технический результат - повышение точности измерения теплофизических свойств анизотропных материалов. 3 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения пожароопасных свойств материалов и веществ. Предлагается установка по определению критического значения лучистого теплового потока. Установка включает плоскую радиационную панель, выполненную в виде рядов из металлических спиралей, намотанных на керамические трубки; рамку для образца и измерительную аппаратуру. При этом установка дополнительно содержит блок управления для регулирования теплового потока от радиационной панели, который регулирует тепловой поток в предложенной установке, с помощью термопары, установленной в керамических трубках. Кроме того, измерительная аппаратура представляет собой термопары, закрепленные на испытуемом образце. Технический результат - повышение точности измерений и уменьшение теплопотерь при проведении испытаний. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх