Способ определения коэффициента теплопроводности жидкой тепловой изоляции при нестационарном тепловом режиме

Изобретение относится к нестационарным способам определения коэффициента теплопроводности жидких теплоизоляционных материалов. Разработанный способ может применяться в строительстве и теплоэнергетике для исследования теплопроводных качеств сверхтонких жидких теплоизоляционных покрытий. Сущность способа заключается в локальном нанесении на поверхность плоского источника теплоты слоя жидкой тепловой изоляции известной толщины. В режиме охлаждения поверхности плоского источника теплоты в произвольный момент времени по известным значениям температуры поверхности плоского источника теплоты, температуры поверхности теплоизолированного участка и температуры окружающей среды, а также по известной толщине слоя тепловой изоляции вычисляют по специальной расчетной формуле коэффициент теплопроводности жидкой тепловой изоляции. Технический результат - упрощение способа и повышение точности определения коэффициента теплопроводности жидкой тепловой изоляции. 5 ил.

 

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

Известен 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 с равным коэффициентом теплопроводности материала, нагревают с помощью плоского терморегулируемого источника теплоты и измеряют температуру поверхности источника теплоты, а также температуру между слоями. Температуру наружной поверхности верхнего слоя определяют расчетным способом. На втором этапе на наружной поверхности плоскопараллельной стенки закрепляют металлическую пластину известной толщины с известным коэффициентом теплопроводности. Далее на наружную поверхность металлической пластины наносят слой сверхтонкого жидкого теплоизоляционного покрытия известной толщины и измеряют 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 [Патент РФ 2478936, кл. G01N 25/18, G01N 25/20, 2013].

К недостаткам данного способа можно отнести использование большого количества элементов: терморегулируемого источника теплоты, двух слоев плоскопараллельной стенки, металлической пластины, а также применение контактных измерителей температуры, расположенных между соседними слоями измерительной системы и искажающих ее стационарное температурное поле. Сложность способа также заключается в необходимости априорного знания значений коэффициентов теплопроводности двухслойной плоскопараллельной стенки и металлической пластины. Исходные уравнения для вывода итоговой расчетной формулы в некоторой степени не соответствуют классическим законам теплообмена.

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ определения коэффициента теплопроводности тонкостенных теплозащитных покрытий, проводимый в два этапа. На первом этапе с помощью нагревателя, имеющего постоянную температуру поверхности, 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 известной толщины на внешнюю поверхность образца и повторно проводят 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 [Патент РФ 2426106, кл. G01N 25/18, 2011].

К недостаткам данного способа можно отнести использование большого количества элементов: нагревателя, вентиляционного канала, компрессора, инфракрасного прозрачного стекла, компьютерных термографов, а также достаточно сложный порядок выполнения расчета: определение по результатам первого этапа измерений по уравнению теплового баланса коэффициента теплоотдачи между образцом и холодным циркулирующим воздухом в вентиляционном канале, нахождение по результатам второго этапа измерений температуры на границе образца и теплозащитного покрытия, что является весьма затруднительным с технической точки зрения, итоговое вычисление локальных и среднеинтегрального значений коэффициента теплопроводности теплозащитного покрытия.

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

Поставленная цель достигается тем, что слой жидкой тепловой изоляции известной толщины наносят локально на поверхность плоского источника теплоты. В режиме охлаждения поверхности плоского источника теплоты в произвольный момент времени проводят отдельно измерения температуры поверхности плоского источника теплоты, температуры поверхности теплоизолированного участка и температуры окружающей среды. По известным значениям температуры поверхности плоского источника теплоты, температуры поверхности теплоизолированного участка и температуры окружающей среды, а также по известной толщине слоя 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 при нестационарном тепловом режиме.

На фиг. 2 показан график для определения коэффициента теплоотдачи α в зависимости от температуры поверхности теплоизолированного участка tc2 и температуры окружающей среды tв при вертикальном расположении в пространстве поверхности плоского источника теплоты.

На фиг. 3 показан график для определения коэффициента теплоотдачи α в зависимости от температуры поверхности теплоизолированного участка tc2 и температуры окружающей среды tв при горизонтальном расположении в пространстве поверхности плоского источника теплоты.

На фиг. 4 показан пример конкретной реализации способа определения коэффициента теплопроводности жидкой тепловой изоляции при нестационарном тепловом режиме (на примере охлаждения поверхности конфорки электрической плитки).

На фиг. 5 показано температурное поле поверхности плоского источника теплоты и поверхности теплоизолированного участка при нестационарном тепловом режиме (на примере охлаждения поверхности конфорки электрической плитки).

На поверхности плоского источника теплоты 1 расположен локально слой жидкой тепловой изоляции 2 толщиной δиз (фиг. 1). В режиме охлаждения поверхности плоского источника теплоты 1 в произвольный момент времени τ температура поверхности плоского источника теплоты 1 равна tc1, температура поверхности теплоизолированного участка tc2 и температура окружающей среды tв.

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

В режиме охлаждения поверхности плоского источника теплоты 1 в произвольный момент времени τ проводят отдельно измерения температуры поверхности плоского источника теплоты 1 tc1, температуры поверхности теплоизолированного участка 2 tc2 и температуры окружающей среды tв.

Коэффициент теплопроводности жидкой тепловой изоляции 2 вычисляют по специальной расчетной формуле:

где k - коэффициент пропорциональности; α - коэффициент теплоотдачи между поверхностью теплоизолированного участка 2 и окружающей средой; δиз - толщина слоя жидкой тепловой изоляции 2.

Коэффициент пропорциональности вычисляют по эмпирической формуле:

где a=-0,64828604, b=3,1176277 - параметры уравнения; μ - первый корень характеристического уравнения.

Параметры а и b в формуле (2) получены по результатам аппроксимации (достоверность r2=0,9997) табличных значений первого корня μ для пластины в зависимости от числа Bi.

Первый корень характеристического уравнения вычисляют по формуле:

где tc1 - температура поверхности плоского источника теплоты 1; tc2 - температура поверхности теплоизолированного участка 2; tв - температура окружающей среды.

Коэффициент теплоотдачи α между поверхностью теплоизолированного участка 2 и окружающей средой при вертикальном или горизонтальном расположениях плоского источника теплоты 1 находят соответственно по графикам на фиг. 2 и фиг. 3.

Достоинствами предложенного способа являются техническая простота проведения теплофизических измерений и возможность проведения исследований в нестационарных условиях. Высокая точность результатов расчета достигается за счет применения формулы (1), выведенной из классического уравнения нестационарной теплопроводности для неограниченной пластины при толщине δ→0, а также графиков для расчета коэффициента теплоотдачи α (фиг. 2 и фиг. 3), полученных с помощью теории подобия тепловых процессов.

Пример конкретной реализации способа (фиг. 4).

Определим коэффициент теплопроводности жидкой тепловой изоляции на примере теплоизоляционной краски Броня 2, нанесенной на половину поверхности конфорки электрической плитки 1, с толщиной слоя жидкой тепловой изоляции 2 δиз=2,0⋅10-3 м. Значения температуры поверхности конфорки электрической плитки 1 и поверхности теплоизолированного участка 2 в момент времени τ=600 с по данным пирометра Testo 830-Т1 соответственно составили tс1=89,4°C и tс2=54,6°C (фиг. 5). Температура окружающей среды по результатам измерений равна tв=22,4°С.

Коэффициент теплоотдачи вертикально расположенной поверхности конфорки электрической плитки 1 согласно фиг. 2 равен α=5,35 Вт/(м2⋅К).

Первый корень характеристического уравнения по формуле (3) равен:

.

Коэффициент пропорциональности по формуле (2) составил:

.

Коэффициент теплопроводности жидкой тепловой изоляции Броня 2 по формуле (1) составил:

Относительная погрешность измерительной системы равна ±5%.

Способ определения коэффициента теплопроводности жидкой тепловой изоляции при нестационарном тепловом режиме, включающий охлаждение и измерение температуры поверхности плоского источника теплоты, измерение температуры поверхности теплоизолированного участка и измерение температуры окружающей среды, определение коэффициента теплопроводности жидкого теплоизоляционного покрытия известной толщины, отличающийся тем, что слой жидкой тепловой изоляции наносят локально на поверхность плоского источника теплоты, коэффициент теплопроводности жидкой тепловой изоляции вычисляют по формуле:

λиз=kαδиз,

где k - коэффициент пропорциональности; α - коэффициент теплоотдачи между поверхностью теплоизолированного участка и окружающей средой; δиз - толщина слоя жидкой тепловой изоляции.

Коэффициент пропорциональности вычисляют по эмпирической формуле:

k=a+be,

где а=-0,64828604, b=3,1176277 - параметры уравнения; μ - первый корень характеристического уравнения.

Первый корень характеристического уравнения вычисляют по формуле:

где tc1 - температура поверхности плоского источника теплоты; tc2 - температура поверхности теплоизолированного участка; tв - температура окружающей среды.



 

Похожие патенты:

Использование в строительстве для оценки теплозащитных свойств по результатам теплофизических испытаний в натурных условиях. Сущность способа определения временного интервала при проведении натурных теплофизических исследований наружных стен зданий, выполненных из кирпича, при котором в толще стенового ограждения возникают условия квазистационарного режима теплопередачи, включает измерение температуры наружного и внутреннего воздуха, температуры внутренней и наружной поверхности стены, температуры в 5 точках путем размещения датчиков на равных расстояниях в толще стены.

Изобретение относится к области измерительной техники, предназначено для определения параметров стационарного и нестационарного теплообмена в системе «человек-одежда-окружающая среда».

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к тепловому неразрушающему контролю объектов, и может быть использовано для технической диагностики качества неоднородных конструкций, например зданий и сооружений, по сопротивлению теплопроводности в условиях нестационарных внешних воздействий.

Предлагаемый способ относится к области информационно-измерительной техники и может быть использован для предотвращения пожаров на объектах энергетики и других отраслей промышленности.

Изобретение относится к термометрии, а именно к области измерения теплофизических свойств ограждающих конструкций зданий, строительных сооружений и других инженерно строительных объектов, где необходимо определение количественных теплофизических характеристик.

Изобретение относится к системам контроля эффективности работы систем отопления, вентиляции и кондиционирования жилых, общественных и административных зданий и может быть использовано при проектировании, реконструкции и оптимизации режимов работы указанных систем, а также при разработке и внедрении энергосберегающих мероприятий.

Изобретение относится к технологии измерения тепловых потоков между твердой поверхностью и текучей средой и может быть использовано в теплофизическом эксперименте при исследовании теплоотдачи.

Устройство для измерений теплопроводности относится к устройствам для измерений высоких значений теплопроводности стационарным методом, предусматривающим использование продольного теплового потока в образце исследуемого материала.

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.

Изобретение относится к теплофизическому приборостроению, а именно к приборам для измерения коэффициента теплопроводности волокнистых пищевых продуктов животного происхождения.

Изобретение относится к области измерения параметров материалов, в частности термоЭДС. Устройство для измерения термоэлектродвижущей силы материалов содержит исследуемую и измерительную термопары, делитель напряжения и источник питания к нему в виде одной из термопар. Оно дополнительно снабжено петлей отрицательной обратной связи, состоящей из последовательно соединенных усилителя, генератора управляемой частоты и преобразователя частоты в напряжение, выход, которого подключен к потенциометру. Ползунок потенциометра со второй термопарой, а нижним вывод потенциометра (клемма) - с входом усилителя и через его входное сопротивление с общей точкой сопротивлений делителя напряжений. Выход генератора связан также с выходом устройства. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение быстродействия и точности измерений. 1 ил.
Изобретение относится к тепловым испытаниям и может быть использовано для в процессе испытаний ограждающих конструкций. Предложен комплекс контроля теплотехнических параметров наружной стены при длительных режимах испытаний в натурных условиях, который включает датчики температуры (ДТП) и датчики влажности (ДТГ), установленные одновременно в нескольких помещениях в наружных стенах на равных расстояниях друг от друга с наружной и внутренней стороны, а также внутри стены, соединенные кабелем связи с центром управления, с помощью которого программируется длительность, периодичность и другие параметры сбора данных, с возможностью просмотра результатов измерений в режиме реального времени, а также после завершения обработки данных, с которых вся информация считывается одновременно с последующей обработкой в ПК. Технический результат – повышение точности получаемых данных. 1 ил.

Изобретение относится к нестационарным способам определения коэффициента теплопроводности жидких теплоизоляционных материалов. Разработанный способ может применяться в строительстве и теплоэнергетике для исследования теплопроводных качеств сверхтонких жидких теплоизоляционных покрытий. Сущность способа заключается в локальном нанесении на поверхность плоского источника теплоты слоя жидкой тепловой изоляции известной толщины. В режиме охлаждения поверхности плоского источника теплоты в произвольный момент времени по известным значениям температуры поверхности плоского источника теплоты, температуры поверхности теплоизолированного участка и температуры окружающей среды, а также по известной толщине слоя тепловой изоляции вычисляют по специальной расчетной формуле коэффициент теплопроводности жидкой тепловой изоляции. Технический результат - упрощение способа и повышение точности определения коэффициента теплопроводности жидкой тепловой изоляции. 5 ил.

Наверх