Способ измерения теплофизических свойств анизотропных материалов методом линейного импульсного источника теплоты

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 исследования теплофизических характеристик анизотропных материалов.

Известен способ определения комплекса теплофизических свойств твердых материалов [Патент РФ №2125258, кл. G01N 25/18, 1999], включающий воздействие тепловыми импульсами от линейного источника на плоскую поверхность исследуемого и эталонного образцов, измерение избыточных температур в моменты подачи тепловых импульсов в точках, расположенных на фиксированных расстояниях от линии нагрева на поверхности образцов. Измеренные температуры приближают с минимальной погрешностью к рассчитанным температурам, формируемых посредством программного управления параметрами теплофизических характеристик. По идентифицированным параметрам образцов и действительным значениям характеристик эталона определяют искомые характеристики.

Недостатками этого способа являются большая длительность и трудоемкость эксперимента, а также необходимость использования эталонного образца.

Известен способ измерения теплофизических свойств твердых материалов, методом линейного мгновенного источника тепла [Пономарев, С.В. Теоретические и практические основы теплофизических измерений: монография / под ред. С.В. Пономарева. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. - 408 с.], заключающийся в том, что из исследуемого материала изготавливают две массивные пластины (их толщина должна на менее чем в десять-двадцать раз превышать расстояние r между электронагревателем и измерителем температуры). Нагреватель и измеритель температуры размещают на расстоянии r друг от друга между этими двумя пластинами. Получившуюся систему в течение достаточно длинного промежутка времени выдерживают при необходимой постоянной температуре T0. Затем на линейный электронагреватель длиной L подают постоянную мощность P в течение заданного малого промежутка времени 0<τ≤τu и регистрируют изменение во времени разности температур [T(r,τ)-T0] по сигналу измерителя температуры. По полученным экспериментальным данным определяют максимальное значение разности температур [Tmax-T0]=[T(r,τmax]-T0] и значение момента времени τ=τmax, соответствующее этому максимальному значению [Tmax-T0], а также количество теплоты Qл=qл⋅τu, выделившейся в единице длины электронагревателя. По полученным значениям τmax, [Tmax-T0], с учетом известных r, Qл, вычисляют искомые значения коэффициентов температуропроводности a и теплопроводности λ исследуемого материала.

Недостатками данного способа является то, что значение момента времени τ=τmax по экспериментальным данным определяется с высокой относительной погрешностью, зачастую достигающей величины (15…20)%, а также то, что отсутствуют рекомендации по выбору рационального конструкционного размера r.

Наиболее близким техническим решением является способ измерения теплофизических свойств твердых материалов методом линейного мгновенного источника тепла [Пономарев С.В., Исаева И.Н., Мочалин С.Н. О выборе оптимальных условий измерения теплофизических свойств веществ методом линейного «мгновенного» источника тепла // Заводская лаборатория. Диагностика материалов.- 2010. - Т. 76, №5, С. 32-36], заключающийся в том, что из исследуемого материала изготавливают две массивные пластины, между которыми размещают линейный электронагреватель и измеритель температуры на расстоянии r друг от друга. Получившуюся систему на подготовительной стадии эксперимента в течение достаточно длинного промежутка времени выдерживают при необходимой постоянной температуре T0. Затем на линейный электронагреватель подают постоянную мощность в течение заданного малого промежутка времени 0<τ≤τu и регистрируют изменение во времени разности температур [T(r,τ)-Т0] по сигналу измерителя температуры. Так как определение значения τmax приводит к большим погрешностям, находят два момента времени τ' и τ'', для чего вводят параметр , где Tmax - максимальное значение температуры, достигаемое в ходе эксперимента в момент времени τmax. Были выведены математические модели, связывающие погрешности измерения температуропроводности и объемной теплоемкости с погрешностями измерения температуры, плотности источника тепла, геометрического размера r, а также сформулированы рекомендации по выбору оптимальных режимных и конструкционных параметров αопт и rопт.

Основным недостатком данного способа является то, что в математической модели температурного поля внутренний источник теплоты задается в виде линейного мгновенного импульса, хотя в действительности теплота подводится к нагревателю в течение промежутка времени 0<τ<τu, где τu - длительность реального (не мгновенного) теплового импульса, подводимого к нагревателю. До настоящего времени не рассматривались вопросы о выборе оптимального значения длительности τu теплового импульса.

Другим недостатком этого способа является то, что нет рекомендаций о том, как долго исследуемый образец на подготовительной стадии эксперимента надо выдерживать при постоянной температуре T0.

Техническая задача изобретения - повышение точности измерения теплофизических свойств анизотропных материалов за счет выбора оптимальных режимных параметров теплофизического эксперимента и рационального конструкционного размера, измерительного устройства, а также сокращение продолжительности подготовительной стадии эксперимента за счет использования критерия Ei.

Физическая модель измерительного устройства представляет собой ячейку, в которую помещают образец, состоящий из двух пластин: нижней и верхней. Между верхней гранью нижней пластины и нижней гранью верхней пластины помещают линейный электронагреватель (выполненный, например, в виде тонкой металлической проволоки из нихрома, манганина или константана), а на расстоянии r от нагревателя в этой же плоскости размещают измеритель температуры (в виде термометра сопротивления из медной проволоки).

Математическая модель температурного поля T(r,τ) в исследуемом материале (в случае использования импульсного линейного источника теплоты) может быть записана в виде:

где r, τ - пространственная координата образца и время; cρ, λ - объемная теплоемкость и теплопроводность исследуемого материала; T0 - первоначальная температура материала (в момент времени τ=0), принимаемая за начало температурной шкалы в каждом эксперименте, то есть T0=0; Qл - суммарное количество теплоты, выделившееся в единице длины линейного нагревателя при r=0 в момент времени τ=0; δ(r), δ(τ) - символические дельта-функции Дирака, τu - длительность реального (не мгновенного) теплового импульса, подводимого к нагревателю.

Решение краевой задачи (1)-(4) при непрерывно действующем постоянном источнике теплоты W(r,τ)=qлδ(r-0)⋅h(τ-0), имеет вид

где - количество теплоты, выделяемое единицей длины L линейного источника теплоты в единицу времени; - коэффициент температуропроводности; h(τ-0) - единичная ступенчатая функция, имеющая вид:

Если (в случае рассматриваемого в статье импульсного источника теплоты длительность 0<τ≤τu) задать W(r,τ)=qлδ(r-0)[h(t)-h(t-τu)], то на основании принципа суперпозиции и известного решения (5), получаем:

Таким образом, общее решение задачи (1)-(4) с учетом (5) и (6) принимает вид:

где - интегральная показательная функция, , - безразмерные функции, зависящие от r, τ, τu, a, причем, .

Разработанная методика обработки экспериментальных данных базируется на использовании безразмерного параметра

который представляет собой отношение разности температур [T(r,τ')-Т0] (в момент времени τ') к максимальному значению разности температур [Т(r,τmax)-Т0]=[Tmax-T0], имеющему место в момент времени τ=τmax.

Причем каждой величине разности температур γ⋅[Tmax-T0]=[T(r,τ')-T0], то есть каждому значению безразмерного параметра γ, соответствует конкретное значение момента времени τ'.

При математическом моделировании процесса измерения ТФС сначала с постоянным шагом Δτ во времени τ по формуле (7) вычисляли и регистрировали (в виде массивов) значения разностей температур [T(r,τi)-Т0] и моментов времени τi, i=1, 2, …, n, а затем, по массиву полученных данных [T(r,τi)-Т0], i=1, 2, …, n, находили максимальное значение [Tmax0] этой разности. После этого методом интерполяции находили значение момента временит τ', соответствующее величине разностей температур [T(r,τ')-Т0]=γ⋅[Tmax-T0], которое аналитически можно записать в виде

Поделив зависимость (7) при τ>τu на (9) получаем, что

Если известны из эксперимента длительность τu теплового импульса, значения разности температур T(r,τi)-T0], и соответствующие им значения моментов времени τi, i=1, 2, …, n, то путем решения уравнения (10) находим значение безразмерной величины

соответствующее заданной величине параметра γ, причем значение τ'=τ'(γ) является функцией величины параметра γ.

Из (11) следует расчетное соотношение для вычисления коэффициента температуропроводности

После преобразования соотношения (6), была получена формула для вычисления объемной теплоемкости

После получения формул (12) и (13) определим, при каком значении безразмерного параметра γ будут иметь место минимальные погрешности измерения искомых значений a и cρ коэффициента температуропроводности и объемной теплоемкости.

В соответствии с рекомендациями методик вывода формул для вычисления относительных погрешностей измерения ТФС были получены соотношения для вычисления среднеквадратичных оценок относительных погрешностей (δa)ск и (δcρ)ск измерения температуропроводности a и объемной теплоемкости cρ, имеющие вид:

В процессе работы стало очевидно, что относительные среднеквадратичные погрешности (δсρ)ск измерения объемной теплоемкости сρ существенно зависят от длительности τu теплового импульса.

При осуществлении измерений желательно обеспечить выполнение требования о подведении к линейному нагревателю такой величины мощности P, при которой достигаемая в момент времени τ=τmax в ходе каждого эксперимента максимальная разность температур [T(r,τmax)-T0]=[Tmax-T0] на расстоянии r от нагревателя остается примерно одинаковой и находится в определенных пределах, что необходимо по следующим причинам:

- если эта максимальная разность [Tmax-T0] мала, то относительные погрешности измерения значений разностей температур [T(r,τ)-T0] будут слишком большими, что может привести к росту относительных погрешностей (δa)ск, (δcρ)ск измерения искомых теплофизических свойств (ТФС);

- если же эта максимальная разность [Tmax-T0] окажется слишком большой, то не будет выполнено предположение о том, что процессы переноса теплоты в образце описываются линейной математической моделью (1)-(4), что опять же приведет к возрастанию результирующих погрешностей (δa)ск, (δcρ)ск измерения искомых ТФС из-за нелинейностей, не учитываемых линейной краевой задачей (1)-(4).

Для выполнения этого требования (что [Tmax-T0]≈const) при каждом значении длительности τu теплового импульса линейный нагреватель должен обеспечивать создание удельной мощности при которой внутри образца в единице длины нагревателя в каждом эксперименте выделяется постоянное суммарное количество теплоты

где qл - удельная мощность, подводимая нагревателем мощностью P и длиной L к образцу в течение промежутка времени 0≤τ≤τu.

Проведенные численные расчеты показали, что при исследовании образцов теплоизоляционных материалов с расстоянием от нагревателя до измерителя температуры 3≤r≤6 мм для получения разности температур [Tmax-T0]=3…7°C, суммарное количество теплоты Qл, выделяющееся в единице длины L электронагревателя, следует поддерживать в пределах . Поэтому приведенные на фиг. 1 и фиг. 2 данные и результаты определения оптимального значения , обеспечивающего получение минимальных погрешностей (δa)ск и (δcρ)ск измерения a и cρ, были получены при .

Рассмотрим подробнее вычисление составляющей погрешности δqл, входящей в формулу (15). Из изложенного выше следует

т.е. . При этом электрическую мощность P, подведенную к плоскому нагревателю, следует выбирать из соотношения , причем при , L=0.06 м получается, что

После логарифмирования (17), определения дифференциалов от левой и правой частей получившегося соотношения и выполнения других рекомендаций теории погрешностей получаем формулу

в которой величину P(τu) вычисляли по формуле (18). После подстановки (19) в (16), получаем

С использованием полученных формул (14) и (20) были рассчитаны зависимости от безразмерного параметра γ среднеквадратичных относительных погрешностей (δa)ск, (δcρ)ск, при длительности теплового импульса τu=21 c. Результаты расчетов представлены на фиг. 1. При этом в расчетах были использованы следующие исходные данные: , , ΔP=0,1 Вт; r=(2…8) мм, Δr=0,1 мм; ΔT=0,05 K, δL=0,5%.

Из фиг. 1 видно, что минимальные значения относительных погрешностей (δa)ск, (δcρ)ск зависят не только от параметра γ, но и от величины расстояния r между линейным импульсным нагревателем и измерителем температуры. В связи с этим было принято решение построить линии равных уровней погрешностей на плоскости с координатами (γ, r) для длительности теплового импульса τu=21 с. Результаты этой работы представлены на фиг. 2.

Представленные на фиг. 2 результаты вычислений показывают, что (при использованных в расчетах исходных данных) минимальные значения среднеквадратичных относительных погрешностей (δa)ск измерения коэффициента температуропроводности a достигаются при значениях безразмерного параметра γa в диапазоне 5.4 мм<r<6.0 мм, и при значениях основного конструкционного размера измерительного устройства в пределах 5.4 мм<r<6.0 мм, причем , .

В то же время минимальные значения среднеквадратичных относительных погрешностей (δcρ)ск измерения объемной теплоемкости cρ имеют место при 0,72<γ≤0,80 и 5,0≤r≤5,6, причем , .

Таким образом, для достижения минимальных значений погрешности (δa)ск и (δсρ)ск при измерении коэффициента температуропроводности a и объемной теплоемкости cρ исследуемого материала следует использовать измерительный преобразователь с расстоянием между измерителем температуры и нагревателем в диапазоне 5,4 мм≤r≤5,6 мм, причем можно принять .

Для определения оптимального значения длительности τu теплового импульса, обеспечивающего достижение минимальных значений относительных погрешностей (δa)ск, (δсρ)ск и среднеарифметических значений погрешностей измерения теплофизических свойств a и cρ, были выполнены расчеты по формулам (14) и (20), результаты которых представлены на фиг. 3.

Из фиг. 3 видно, что при изменении длительности τu теплового импульса среднеарифметическое значение погрешностей принимает минимальные значения при τuопт≈21 с, находящемся в диапазоне 18 с<τu<24 с.

Таким образом, при измерении теплофизических свойств исследуемого анизотропного материала следует поступать следующим образом:

- на подготовительной стадии эксперимента измеряют значения разностей температур с постоянным шагом во времени Δτ и, начиная с n-го шага, контролируют величину показателя , n = const выбирают из диапазона 2≤n≤10 и, при выполнении критерия Ei≤0,01, переходят к активной части эксперимента, для чего на линейный электронагреватель подают электрический импульс, длительность которого находится в диапазоне 18≤τu≤24 с;

- на протяжении активной стадии эксперимента измеряют и регистрируют с постоянным шагом во времени разность температур [T(r,τi)-T0] и по полученным данным находят максимальное значение этой разности [Tmax0]=[T(r,τmax)-Т0];

- путем проведения предварительных измерений определяют ориентировочные значения коэффициента температуропроводности aор и объемной теплоемкости cρор исследуемого материала по формулам:

,

,

где , , U(τ'), U(τ'') - безразмерные функции, определяемые при заданных ориентировочных значениях параметров и из (10);

- находят величину и расстояние между линейным электронагревателем и измерителем температуры из зависимости

- определяют величину и значение расстояния , а также оптимальную длительность теплового импульса из зависимости

;

- расстояние между измерителем температуры и линейным нагревателем рассчитывают как среднее значение ;

- изготавливают измерительный преобразователь с расстоянием между измерителем температуры и линейным нагревателем ;

- путем проведения серии экспериментов, при нескольких вариантах ориентации линейного электронагревателя и измерителя температуры относительно главных осей симметрии образца, осуществляют измерения и последующую обработку полученных данных при найденных значениях , , , и, в результате, получают таблицу значений искомых коэффициента температуропроводности a и объемной теплоемкости cρ исследуемого материала по формулам

,

,

характеризующую зависимость температуропроводности а анизотропного материала от ориентации линейного нагревателя и измерителя температуры относительно главных осей симметрии образца.

Отсутствие зависимости объемной теплоемкости ср исследуемого материала от ориентации линейного нагревателя и измерителя температуры относительно главных осей симметрии образца свидетельствует о том, что в процессе эксперимента были верно выдержаны условия его проведения.

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 этими пластинами размещают линейный электронагреватель длиной L и измеритель температуры на расстоянии r друг от друга, при этом толщина пластин должна не менее, чем в десять-двадцать раз превышать расстояние r, на подготовительной стадии эксперимента полученную систему помещают в воздушный термостат и выдерживают при заданной начальной температуре T0, затем на электронагреватель подают электрический импульс, 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 [Tmax0]=[T(r,τmax)-T0] и осуществляют обработку полученных данных, отличающийся тем, что на подготовительной стадии эксперимента 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 и, при выполнении критерия Ei≤0,01, на линейный электронагреватель подают тепловой импульс мощностью , где Qл=1000…2000 [Дж/м] - количество теплоты, выделяющееся в единице длины электронагревателя, длительность теплового импульса задают в диапазоне 18≤τu≤24 с, определяют ориентировочные значения коэффициента температуропроводности аор и объемной теплоемкости сρор исследуемого материала по формулам:

;

,

где , , - удельная мощность, подводимая нагревателем мощностью Р и длиной L к образцу в течение промежутка времени 0≤τ≤τu, U(τ'), U(τ'') - безразмерные функции, определяемые при заданных ориентировочных значениях параметров и из уравнений

и , после чего из зависимости находят величину и расстояние между линейным электронагревателем и измерителем температуры , а из зависимости определяют величину и значение расстояния , а также оптимальную длительность теплового импульса , расстояние между измерителем температуры и линейным нагревателем рассчитывают как среднее значение , а затем, путем проведения серии экспериментов, при нескольких вариантах ориентации линейного электронагревателя и измерителя температуры относительно главных осей симметрии образца, осуществляют измерения и последующую обработку полученных данных при найденных значениях , , , и, в результате, получают таблицу значений искомых коэффициента температуропроводности а и объемной теплоемкости сρ исследуемого материала по формулам

,

,

характеризующую зависимость температуропроводности а анизотропного материала от ориентации линейного нагревателя и измерителя температуры относительно главных осей симметрии образца.



 

Похожие патенты:

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.

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 области технической физики, в частности к тепловым методам исследования материалов. Способ определения удельной теплоемкости сыпучих материалов заключается в том, что герметизируют объем с образцом известной массы, образец приводят в тепловой контакт по плоскости с источниками тепла, подводят тепло к образцу, измеряют температуру источников тепла и их удельную мощность, вычисляют тепловые потоки через образец. На протяжении всего процесса измерения обеспечивают постоянство давления в герметичном объеме, занимаемом газовой фазой образца, за счет непрерывного изменения этого объема. Регистрируют изменение объема и изменение среднеобъемной температуры образца, после чего вычисляют удельную теплоемкость исследуемого материала. Технический результат - повышение точности измерения удельной теплоемкости образца сыпучего материала за счет учета в результатах измерения температурного расширения газовой фазы образца. 1 ил.

Изобретение относится к области исследования и анализа технологических сыпучих материалов, в т.ч. пищевых, характеризующихся насыпной плотностью. Способ предусматривает определение параметров теплофизических характеристик слоя сыпучего материала и основан на принципах импульсного теплового неразрушающего контроля материала. Для регистрации температурного поля поверхности слоя сыпучего материала после воздействия теплового импульса используют тепловизор. Для формирования образца слоя сыпучего технологического материала используют контейнер с несъемными боковыми стенками и съемными передней и задней стенками. В передней и задней стенках выполнены соосные отверстия для формирования фокального пятна. Отверстия затянуты полипропиленом. Для расчета коэффициента объемной теплоемкости используют избыточную температуру задней необлучаемой поверхности образца по отношению к ее начальной температуре. Технический результат - повышение точности и достоверности определения параметров теплофизических характеристик слоя сыпучего технологического материала. 5 з.п. ф-лы, 6 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых, а именно к способам обогащения различных пород полезных ископаемых по их теплофизическим свойствам, и может быть использовано при сепарации минеральных частиц, в том числе алмазосодержащей породы, на различных этапах. По способу перед анализом фракцию частиц подвергают некоторому виду охлаждения и осуществляют регистрацию распределений температуры в виде инфракрасных изображений, осуществляют регистрацию распределений температуры в виде инфракрасных изображений посредством тепловизора. Отделение ценного материала проводят по теплофизическим характеристикам минералов, зафиксированным на инфракрасных изображениях. Технический результат - повышение эффективности сепарации за счет получения более четких термических изображений, способствующих разделению ценных и неценных компонентов руды, посредством охлаждения рудной массы. 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области определения теплофизических характеристик ограждающих конструкций и может быть использовано в строительстве для оценки теплофизических свойств по результатам испытаний в натурных условиях. Способ определения внутри наружного стенового ограждения, выполненного из кирпича, зон, характеризующихся квазистационарными условиями теплопередачи при натурных экспериментальных исследованиях в зимний период, включает измерение температур внутренней и наружной поверхностей, а также по всей толщине конструкций путем размещения датчиков в толщине ограждения. При этом в течение суток при наличии градиента (t) наружного воздуха по показаниям датчиков моделируют процесс появления в толще ограждения зон с квазистационарными условиями теплопередачи с использованием направления вектора температурного градиента. Затем учитывают по изменениям температур на поверхности и в толщине ограждения характер колебаний тепловых потоков от наружного слоя ограждения во внутренние слои, определяя возникновение в толщине ограждения зон, обеспечивающих требуемые условия квазистационарной теплопередачи. Техническим результатом является расширение диапазона определения теплофизических характеристик ограждающих конструкций. 8 ил.

Изобретение относится к области энергетики и предназначено для определения темпов изменения температуры пород недр при извлечении или аккумулировании тепловой энергии. Предложена установка для определения темпов изменения температуры пород недр, которая содержит первый образец 1, включающий первую модель пород недр 2, выполненную в форме цилиндра радиусом R1 и покрытую теплоизоляцией 3. На внешней поверхности первой модели пород недр 2 расположен первый электрический нагреватель 4, а внутри соосно установлена первая трубка 5 радиусом r1. В среднем сечении первой модели пород недр 2 радиально установлены первая термопара 6, расположенная на ее внешней поверхности, вторая термопара 7, расположенная на поверхности первой трубки 5, а также третья 8, четвертая 9 и пятая 10 термопары, расположенные между первой 6 и второй 7 термопарами. На поверхности первой трубки 5 симметрично второй термопаре 7 расположена шестая термопара 11. Вход первой трубки 5 соединен подающим трубопроводом 12 с емкостью 13 для теплоносителя 14, покрытой тепловой изоляцией 15 и соединенной заполняющим трубопроводом 16, на котором установлен первый кран 17, с системой холодного водоснабжения. В емкости 13 расположены электрический нагреватель 18, нижний датчик уровня 19, верхний датчик уровня 20 и датчик температуры емкости 21. На подающем трубопроводе 12 последовательно по направлению движения теплоносителя 14 установлены насос 22, первый тройник 23, второй кран 24 и входной датчик температуры 25. Свободный отвод первого тройника 23 соединен байпасным трубопроводом 26, на котором установлен третий кран 27, с емкостью 13. Установка для определения темпов изменения температуры пород недр содержит по меньшей мере один дополнительный образец 28, выполненный идентично первому образцу 1 и содержащий вторую модель пород недр 29, выполненную в форме цилиндра радиусом R2 и покрытую теплоизоляцией 30. На внешней поверхности второй модели пород недр 29 расположен второй электрический нагреватель 31, а внутри соосно установлена вторая трубка 32 радиусом r2, причем вход второй трубки 32 соединен промежуточным трубопроводом 33, на котором установлен промежуточный датчик температуры 34, с выходом первой трубки 5. В среднем сечении второй модели пород недр 29 радиально установлены седьмая термопара 35, расположенная на ее внешней поверхности, восьмая термопара 36, расположенная на поверхности второй трубки 32, а также девятая 37, десятая 38 и одиннадцатая 39 термопары, расположенные между седьмой 35 и восьмой 36 термопарами. На поверхности второй трубки 32 симметрично восьмой термопаре 36 расположена двенадцатая термопара 40. Выход второй трубки 32 соединен с емкостью 13 обратным трубопроводом 41 с установленными на нем последовательно по направлению движения теплоносителя 14 выходным датчиком температуры 42, вторым тройником 43 и четвертым краном 44, причем к свободному отводу второго тройника 43 подсоединен трубопровод дренажа 45, на котором установлен пятый кран 46. При этом на обратном трубопроводе 41 между выходом второй трубки 32 и выходным датчиком температуры 42 последовательно по направлению движения теплоносителя 14 установлены третий тройник 47, шестой кран 48 и четвертый тройник 49. К свободному отводу третьего тройника 47 подсоединен соединительно-подающий трубопровод 50, на котором установлен седьмой кран 51, к свободному отводу четвертого тройника 49 подсоединен соединительно-обратный трубопровод 52, на котором установлен восьмой кран 53. Технический результат - расширение области применения известной установки за счет увеличения диапазона измерений температуры пород недр и повышение точности определения темпов изменения температуры в породах недр. 1 ил.

Изобретение относится к теплофизическим измерениям в области материаловедения и может быть использовано для определения теплопроводности твердых тел. В заявленном способе исследуемый образец приводят в тепловой контакт по плоскости с нагревателем с одной стороны, а с другой стороны приводят в тепловой контакт по плоскости с теплоприемником. При постоянной мощности нагрева, с учетом скорости изменения температуры, перепада температуры на образце определяют теплопроводность твердого тела. Потери тепла учитывают за счет поправочного коэффициента, определяемого по измерениям на эталонных образцах, размеры исследуемого и эталонных образцов одинаковые. Технический результат - повышение точности определения теплопроводности твердых тел. 6 ил.
Настоящее изобретение относится к теплофизике и предназначено для определения теплопроводности снега в условиях естественного залегания снежного покрова и может быть использовано при изучении термических свойств снега разной структуры и плотности. Сущность способа заключается в измерении плотности и твердости снега и определении коэффициента теплопроводности снега по эмпирическим зависимостям. Способ определения теплопроводности, включающий измерение плотности и вычисления теплопроводности по эмпирической зависимости, отличающийся тем, что дополнительно измеряется твердость снега и производится определение коэффициента теплопроводности снега по эмпирическим зависимостям:при 0,15≤ρ≤0,45 ипри 390<Р≤715, λ=0,4219ρ+0,1922;при 175<Р≤390, λ=0,3824ρ+0,1362;при 50<Р≤175, λ=0,4021ρ+0,0674;при 0<Р≤50 ипри 0,2≤ρ≤0,4, λ=0,7398ρ-0,0907;при 0,15≤ρ<0,2, λ=0,146ρ+0,0281,где Р - твердость снега, Н;λ - коэффициента теплопроводности снега, Вт/(м⋅К);ρ - плотность снега, г/см3.Технический результат - повышение точности определения коэффициента теплопроводности снега в условиях естественного залегания снежного покрова.

Изобретение относится к теплофизическому приборостроению, а именно к приборам для измерения коэффициента теплопроводности волокнистых пищевых продуктов животного происхождения. Устройство для определения коэффициента теплопроводности волокнистых пищевых продуктов животного происхождения состоит из разъемного корпуса, выполненного из теплоизолирующего материала, в нижней части которого установлен теплонагреватель, а на его верхней части установлен холодильник, между которыми в контакте расположены три тепломеры, выполненные в виде плоских медных пластин, между которыми зафиксированы две ампулы. При этом ампула, расположенная между верхней и средней пластинами, предназначена для исследуемого продукта, а ампула, расположенная между средней и нижней пластинами, - для эталонного продукта. На медных пластинах установлены термодатчики, а в ампуле с исследуемым продуктом установлен виброинициатор кристаллизации. В качестве холодильника используют холодильник Пельтье. Технический результат - повышение быстроты и точности определения коэффициента теплопроводности волокнистых пищевых продуктов животного происхождения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Использование: для качественного определения по меньшей мере одного физического и/или химического свойства ламинатной панели. Сущность изобретения заключается в том, что с помощью устройства мобильной радиосвязи выполняют следующие шаги: а) расположение устройства мобильной радиосвязи на поверхности ламинатной панели, б) измерение по меньшей мере одной физической и/или химической измеряемой величины посредством интегрированного в устройстве мобильной радиосвязи измерительного инструмента и в) по меньшей мере, качественное определение по меньшей мере одного физического и/или химического свойства из измеренной по меньшей мере одной физической и/или химической измеряемой величины. Технический результат: обеспечение возможности быстро и просто определять самим покупателем характеристики ламинатной панели в месте ее продажи. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 ил.

Устройство для измерений теплопроводности относится к устройствам для измерений высоких значений теплопроводности стационарным методом, предусматривающим использование продольного теплового потока в образце исследуемого материала. Предложено устройство для измерений высоких значений теплопроводности методом стационарного теплового потока в образце, содержащее термостат, охлаждающий один конец исследуемого образца и обеспечивающий постоянство заданного значения его температуры; нагреватель, размещенный на другом конце образца; датчики, измеряющие разность температур на образце и подключенные к измерителю их сигналов. Причем устройство также содержит подключенную к источнику питания и выполняющую функцию термостата первую батарею Пельтье, на поверхности которой последовательно расположены и плотно прижаты друг к другу датчик теплового потока, пластина-концентратор теплового потока с первым датчиком температуры, образец с окружающей его теплоизоляцией, контактная пластина со вторым датчиком температуры, вторая батарея Пельтье, также подключенная к источнику питания и выполняющая функцию нагревателя. Технический результат - повышение точности измерения высоких значений теплопроводности твердых тел с гарантированной достоверностью полученных результатов без привлечения к процессу измерений образцов с известными значениями теплопроводности. 1 ил.

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-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.

Наверх