Способ определения изменений термического сопротивления и коэффициента теплопроводности по толщине наружного стенового ограждения по результатам теплофизических испытаний в натурных условиях

Изобретение относится к области определения теплофизических характеристик ограждающих конструкций и может быть использовано в строительстве для оценки теплозащитных свойств по результатам испытаний в натурных условиях. Заявлен способ определения изменений термического сопротивления и коэффициента теплопроводности по толщине наружного стенового ограждения по результатам теплофизических испытаний в натурных условиях, включающий измерение температур на внутренней и наружной поверхности, а также по всей толщине конструкции путем размещения датчиков в толще ограждения, поступающая информация с которых направляется в банк данных компьютера, где проходит обработку и систематизацию в виде графиков, с использованием которых на поперечном разрезе исследуемого наружного ограждения, построенного в выбранном масштабе и предварительно разбитом на слои в местах размещения датчиков, строится график распределения температур по слоям. Для построения графика распределения температур по слоям, в произвольном масштабе изображается толщина стенки исследуемого образца, разбитая на слои в местах установления термопар. Параллельно поверхности стенки проводится вертикальная шкала температур, с которой на выделенные слои переносятся точки соответствующих температур, взятых из графика, полученного из банка данных компьютера. Параллельно с первым разрезом строится второй разрез, где эта же стенка исследуемого образца строится в масштабе термического сопротивления. Далее переносим точки графика температур на наружную и внутреннюю поверхности с первого разреза на второй разрез и соединяем прямой линией. Переносим остальные точки первого разреза на наклонный график в виде прямой линии на втором разрезе и проектируем точки вниз на горизонтальную линию. Полученные отрезки на горизонтальной линии численно выражают значения термических сопротивлений слоев ограждения. Зная толщину слоя и полученные значения термических сопротивлений, определяется значение коэффициента теплопроводности каждого слоя по формуле

,

где λ - коэффициент теплопроводности, Вт/м K;

δ - толщина слоя стены, м;

R - термическое сопротивление стены, м2 K/Вт;

определяется значение коэффициента теплопроводности каждого слоя. Технический результат – повышение информативности получаемых данных. 2 ил.

 

Изобретение относится к области определения теплофизических характеристик ограждающих конструкций и может быть использовано в строительстве для оценки теплозащитных свойств по результатам испытаний в натурных условиях.

Известен способ определения сопротивления теплопередачи ограждающих конструкций по ГОСТ 26254-84, согласно п. 3.2 которого сопротивление теплопередаче R0 для термически однородной зоны ограждающей конструкции вычисляется по формуле:

где Rв и Rн - сопротивления теплопередаче соответственно внутренней и наружной поверхностей ограждающей конструкции, ;

R к - термическое сопротивление однородной зоны ограждающей конструкции, ;

tв и tн - средние за расчетный период измерений значения температур соответственно внутреннего и наружного воздуха, °С;

τв и τн - средние за расчетный период измерений значения температур соответственно внутренней и наружной поверхностей ограждающей конструкции, °С;

q ф - средняя за расчетный период измерения фактическая плотность теплового потока, .

Недостатком способа является то, что способ решает задачу определения общего сопротивления теплопередачи и не рассматривает определение изменений термических сопротивлений отдельных внутренних слоев исследуемой конструкции наружного ограждения.

Известен способ, которым определяют локальные термические сопротивления обследуемых участков при нестационарном режиме теплопередачи (см. патент №2219534, кл. МПК G01N 25/72, от 12.09.02 г.), согласно известному способу определяют временной интервал, необходимый и достаточный для получения достоверного результата. В течение временного интервала измеряют периодически температуру и плотность теплового потока на наружной и внутренней поверхностях объекта. Задают произвольно и многократно значение теплопроводности нужного слоя. Используя разработанную обобщенную физико-математическую модель теплового неразрушающего контроля многослойных объектов с неоднородностями и заданное значение теплопроводности, рассчитывают для каждого заданного значения теплопроводности теоретически возможную температуру и плотность теплового потока соответственно наружной и внутренней поверхностей, проводят мгновенное тепловизионное обследование и измеряют температуры и плотности тепловых потоков соответственно на внутренней и наружной поверхностях. Сравнивают теоретически возможные значения с измеренными. Выбирают для дальнейших расчетов то значение теплопроводности из числа заданных, которое смогло обеспечить условия сравнения.

Известен способ, в котором определяют термическое сопротивление при нестационарном режиме теплопередачи (см. патент РФ №2316760, кл. МПК G01N 25/72, от 22.08.05 г.).

Согласно известному способу выделяют не менее двух термически однородных зон на термограмме внутренней поверхности объекта. На выделенных участках измеряют и рассчитывают температуры их наружной и внутренней поверхностей при задаваемых значениях теплопроводности (λ). Сравнивают эти температуры в одной системе координат. Задают погрешность между сравниваемыми температурами δ±8,5%. Определяют временные интервалы и на выбранных временных интервалах вычисляют коэффициент теплоотдачи (α). Выбирают значения теплопроводности (λ), при которых α=α+Δα. Определяют термическое сопротивление всех участков с аномалиями температурного поля и соответственно сопротивление термопередаче этих участков и приведенное сопротивление теплопередаче многослойного объекта.

Известен способ (см. патент РФ №2383008, кл. МПК G01N 25/18, от 19.12.08), позволяющий определить состояние конструкций и их теплопотери при исследовании нестационарных процессов. Известный способ включает измерение средних значений температуры и теплового потока на наружной и внутренней поверхностях в течение нескольких интервалов времени, последовательное изменение величины и начальных значений временных интервалов фиксацию тех временных интервалов и измеренных средних значений температуры и теплового потока, в которых данные величины отличаются на величину, не превышающую величину заранее заданной погрешности, и определение сопротивления теплопередачи контролируемого участка и определение термического сопротивления по всей поверхности исследуемого объекта.

Известен способ (см. патент РФ №2262686, кл. МПК G01N 25/72, от 23.04.04 г.), который используется для технической диагностики неоднородных конструкций по термическому сопротивлению. Сущность способа заключается в том, что определяют плотность теплового потока через контролируемое ограждение, измеряют его величину (q) на одной из поверхностей (например, на внутренней поверхности -qв, измеряют температуры сред около противоположных поверхностей (Тн, Тв), температуры противоположных поверхностей (Тп н, Тп в) и определяют качества контролируемого объекта по его сопротивлению теплопередаче R0 в соответствии с формулой ГОСТ 26254-84.

Известные способы универсальны, однако, как и предыдущий способ определения сопротивления теплопередачи по ГОСТ 26254-84 направлены на решение определения R0 всей конструкции в целом и не решают задачу определения термического сопротивления внутренних слоев ограждения.

Прототипом предложенного способа может служить способ оценки теплофизических характеристик ограждающих конструкций зданий и сооружений, выполненных из кирпича в зимний период по результатам испытаний в натурных условиях (см. патент РФ №2454659, опубл. 27.06.2012, бюл. №18).

Сущность способа оценки теплофизических характеристик ограждающих конструкций зданий и сооружений, выполненных из кирпича, в зимний период по результатам испытаний в натурных условиях включает измерение температур внутренней и наружной поверхностей конструкций в дневное время суток путем размещения датчиков в толще ограждения. Согласно изобретению, в дневное время суток при наличии солнечного излучения на поверхность ограждения по показаниям датчиков моделируют процесс проявления встречных тепловых потоков в толщине ограждения с использованием направления вектора температурного градиента, при этом учитывают по показаниям температур на поверхности и в толщине ограждения характер колебаний тепловых потоков от наружного слоя ограждения во внутренние слои, определяя возникновение в толщине ограждения более прогретого слоя по сравнению с поверхностью ограждения, являющегося источником разнонаправленных тепловых потоков.

Недостатком прототипа является тот факт, что в изобретении моделируется процесс нестационарной теплопередачи с возникновением в толще стены физического эффекта встречных тепловых потоков и рассматривается теплофизическое состояние в общем и целом.

Технический результат состоит в разработке графического способа, позволяющегося обеспечить решения задачи определения изменения термического сопротивления (R) и коэффициента теплопроводности (λ) по толщине исследуемой конструкции наружного ограждения при проведении натурных теплофизических исследований.

Технический результат достигается тем, что способ определения изменений термического сопротивления и коэффициента теплопроводности по толщине наружного стенового ограждения по результатам теплофизических испытаний в натурных условиях, включающий измерение температур на внутренней и наружной поверхности, а также по всей толщине конструкции путем размещения датчиков в толще ограждения, поступающая информация с которых направляется в банк данных компьютера, где проходит обработку и систематизацию в виде графиков, с использованием которых на поперечном разрезе исследуемого наружного ограждения, построенного в выбранном масштабе и предварительно разбитом на слои в местах размещения датчиков, строится график распределения температур по слоям, согласно изобретению, для построения графика распределения температур по слоям в произвольном масштабе изображается толщина стенки исследуемого образца, разбитая на слои в местах установления термопар, параллельно поверхности стенки проводится вертикальная шкала температур, с которой на выделенные слои переносятся точки соответствующих температур, взятых из графика, полученного из банка данных компьютера, параллельно с первым разрезом строится второй разрез, где эта же стенка исследуемого образца строится в масштабе термического сопротивления, в случае с многослойной исследуемой конструкцией наружного ограждения, выполненной из различных материалов, в масштабе приведенного термического сопротивления, далее переносим точки графика температур на наружную и внутреннюю поверхности с первого разреза на второй разрез и соединяем прямой линией, переносим остальные точки первого разреза на наклонный график в виде прямой линии на втором разрезе и проектируем точки вниз на горизонтальную линию, полученные отрезки на горизонтальной линии численно выражают значения термических сопротивлений слоев ограждения, зная толщину слоя и полученные значения термических сопротивлений, определяемые по формуле

,

где λ - коэффициент теплопроводности, Вт/м K;

δ - толщина слоя стены, м;

R - термическое сопротивление стены, м2 K/Вт;

определяется значение коэффициента теплопроводности каждого слоя.

На рис. 1 представлен графический способ определения термического сопротивления внутренних слоев стенки исследуемого образца/

На рис. 2 - суточный график изменения температуры по слоям в наружном стеновом ограждении.

Способ заключается в том, что вся измерительная информация, полученная с лабораторного комплекса для определения теплотехнических характеристик образцов стеновых ограждений при длительных режимах испытаний год и более в натурных условиях (патент на полезную модель №153276, опубл. 10.07.2015, бюл. №19), поступает в компьютерный банк данных, где проходит первичную обработку, систематизацию в виде таблиц и графиков. Для анализа распределения температур по сечению используем графический способ. На первом разрезе (рис.1) в произвольном масштабе изображается толщина стенки (исследуемого образца), разбитая на слои в местах установления термопар. Параллельно поверхности стенки проводится вертикальная шкала температур, с которой на выделенные слои переносятся точки соответствующих температур, взятых из графика (рис. 2).

Прямые линии, соединяющие эти точки, показывают изменение температуры по сечению ограждения. Полученный температурный график представляет собой ломаную линию. Более интенсивное изменение температуры в слоях характеризует состояние слоя с меньшим значением λ и имеет вид линии графика с большим углом наклона.

На втором разрезе (рис. 1) изображается эта же стенка в масштабе термического сопротивления R, определяемого по формуле [2], поскольку термическое сопротивление пропорционально толщине стенки:

где t1 и t2 - температура на внутренней и наружной поверхности, °С;

Q - тепловой поток, .

Переносим точки графика температур с первого разреза, сначала точки с температурами на внутренней и наружной поверхности на наружную и внутреннюю поверхность второго разреза и соединяем прямой линией, переносим точки графика с внутренних слоев на прямую наклонную линию второго разреза и проектируем точки пересечения с наклонной прямой вниз на горизонтальную линию. Полученные отрезки на горизонтальной линии являются численными значениями термических сопротивлений слоев ограждений.

Построенные оба разреза на миллиметровой бумаге позволяют определить с выбранным масштабом значения термического сопротивления слоев ограждений с точностью до 2-го знака после запятой.

Зная толщину выделенного слоя и термическое сопротивление, можем определить коэффициент теплопроводности λ по формуле [3]:

,

где λ - коэффициент теплопроводности, Вт/м K;

δ - толщина слоя стены, м;

R - термическое сопротивление стены, м2 K/Вт;

определяется значение коэффициента теплопроводности каждого слоя.

Предложенное техническое решение с использованием графического способа позволяет определить значения термических сопротивлений и коэффициентов теплопроводности по сечению многослойной стенки из разнородных материалов или внутренних слоев однорядного ограждения при его послойном разделении и более точно оценить теплозащитные качества всего ограждения.

Способ определения изменений термического сопротивления и коэффициента теплопроводности по толщине наружного стенового ограждения по результатам теплофизических испытаний в натурных условиях, включающий измерение температур на внутренней и наружной поверхности, а также по всей толщине конструкции путем размещения датчиков в толще ограждения, поступающая информация с которых направляется в банк данных компьютера, где проходит обработку и систематизацию в виде графиков, с использованием которых на поперечном разрезе исследуемого наружного ограждения, построенного в выбранном масштабе и предварительно разбитого на слои в местах размещения датчиков, строится график распределения температур по слоям, отличающийся тем, что для построения графика распределения температур по слоям, в произвольном масштабе изображается толщина стенки исследуемого образца, разбитая на слои в местах установления термопар, параллельно поверхности стенки проводится вертикальная шкала температур, с которой на выделенные слои переносятся точки соответствующих температур, взятых из графика, полученного из банка данных компьютера, параллельно с первым разрезом строится второй разрез, где эта же стенка исследуемого образца строится в масштабе термического сопротивления, а в случае с многослойной исследуемой конструкцией наружного ограждения, выполненной из различных материалов, в масштабе приведенного термического сопротивления, далее переносим точки графика температур на наружную и внутреннюю поверхности с первого разреза на второй разрез и соединяем прямой линией, переносим остальные точки первого разреза на наклонный график в виде прямой линии на втором разрезе и проектируем точки вниз на горизонтальную линию, полученные отрезки на горизонтальной линии численно выражают значения термических сопротивлений слоев ограждения, зная толщину слоя и полученные значения термических сопротивлений определяется значение коэффициента теплопроводности каждого слоя по формуле

,

где λ - коэффициент теплопроводности, Вт/м K;

δ - толщина слоя стены, м;

R - термическое сопротивление стены, м2 K/Вт;

определяется значение коэффициента теплопроводности каждого слоя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике наземных испытаний элементов летательных аппаратов (ЛА), а именно к воспроизведению тепловых режимов головной части (обтекатель) ракеты в наземных условиях.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов и изделий методом теплового контроля и может быть использовано для повышения надежности диагностики при ручном и автоматизированном активном тепловом контроле изделий из полимерных композиционных материалов.

Изобретение относится к технике наземных испытаний элементов летательных аппаратов (ЛА), а именно к воспроизведению тепловых режимов головной части (обтекатель) ракеты в наземных условиях.

Изобретение относится к области технологических процессов и может быть использовано для лазерного отжига пластин из полупроводниковых, керамических и стеклообразных материалов.

Изобретение относится к области технологических процессов и может быть использовано для лазерного отжига пластин из полупроводниковых, керамических и стеклообразных материалов.

Группа изобретений относится к области измерительной техники, а именно к способу контроля качества композитных броневых преград из ткани и устройству для его осуществления.

Изобретение относится к области технической физики, а именно к способам исследования теплозащитных свойств высокотемпературных покрытий и устройствам для их осуществления, и может быть использовано при испытаниях высокотемпературных покрытий деталей преимущественно газотурбинных двигателей (ГТД).

Изобретение относится к строительной области, включая дорожное строительство, а также к смежным областям и непосредственно касается методов и устройств, используемых для определения устойчивости покрытий, применяемых в условиях воздействия климатических перепадов температур и воздействия противогололедных материалов.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для контроля вращающихся элементов авиационного двигателя. Объектами изобретения являются система и способ обнаружения дефектов на объекте, содержащий этапы, на которых: формируют изображение (13), характеризующее указанный объект (11), на основании сигналов (9), связанных с объектом, разбивают указанное изображение на участки (15) в соответствии с самоадаптирующимися разрешениями и вычисляют расхождения между различными участками для обнаружения аномального участка, указывающего на возможность повреждения.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для оценки стабильности технологии изготовления сложных пространственных конструкций из полимерных композиционных материалов (ПКМ).

Изобретение относится к области контроля качества изделий и касается установки неразрушающего контроля. Установка предназначена для неразрушающего контроля деталей газотурбинного двигателя и выполнена с возможностью проведения контроля места соединения между основным материалом, сформированным из армированного волокном материала, и металлическим соединяемым материалом. Установка включает в себя движущий механизм, перемещающий детали газотурбинного двигателя, источник лазерного пучка, электронно-оптический преобразователь инфракрасного излучения в видимое и устройство управления и арифметической обработки. Устройство управления и арифметической обработки выполнено с возможностью хранения данных формы детали газотурбинного двигателя, управления движущим механизмом таким образом, что лазерный пучок испускается на место соединения и получения результата, показывающего состояние места соединения на основе данных формирования изображения, получаемых посредством электронно-оптического преобразователя инфракрасного излучения в видимое. Технический результат заключается в упрощении способа контроля деталей газотурбинного двигателя, имеющих сложные формы. 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к технике для проведения испытаний, а именно для исследования устойчивости к воздействию резких температурных колебаний, и может быть использовано при испытаниях на термоудар приборов космического назначения. Установка для проведения испытаний стойкости к термоударам приборов космического назначения содержит соединенные между собой камеры охлаждения и нагрева с нагревателем, контейнер для размещения образцов, выполненный с возможностью перемещения между камерами на тяге, и сосуд Дьюара. Установка размещена на станине с возможностью перемещения для обеспечения замены сосуда Дьюара и снабжена датчиками температуры в камере нагрева, в камере охлаждения, в контейнере для образцов и датчиком температуры сжиженного газа, и счётчиком испытательных циклов камера охлаждения соединена с сосудом Дьюара посредством отверстия в термоизолирующей трубке, размещенной внутри сосуда Дьюара и на которой с возможностью замены и размещения с натягом установлен сосуд Дьюара, снабженный управляемым испарителем. Технический результат - повышение технологичности процесса испытания образцов. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области определения теплофизических характеристик ограждающих конструкций и может быть использовано в строительстве для оценки теплозащитных свойств по результатам испытаний в натурных условиях. Заявлен способ определения изменений термического сопротивления и коэффициента теплопроводности по толщине наружного стенового ограждения по результатам теплофизических испытаний в натурных условиях, включающий измерение температур на внутренней и наружной поверхности, а также по всей толщине конструкции путем размещения датчиков в толще ограждения, поступающая информация с которых направляется в банк данных компьютера, где проходит обработку и систематизацию в виде графиков, с использованием которых на поперечном разрезе исследуемого наружного ограждения, построенного в выбранном масштабе и предварительно разбитом на слои в местах размещения датчиков, строится график распределения температур по слоям. Для построения графика распределения температур по слоям, в произвольном масштабе изображается толщина стенки исследуемого образца, разбитая на слои в местах установления термопар. Параллельно поверхности стенки проводится вертикальная шкала температур, с которой на выделенные слои переносятся точки соответствующих температур, взятых из графика, полученного из банка данных компьютера. Параллельно с первым разрезом строится второй разрез, где эта же стенка исследуемого образца строится в масштабе термического сопротивления. Далее переносим точки графика температур на наружную и внутреннюю поверхности с первого разреза на второй разрез и соединяем прямой линией. Переносим остальные точки первого разреза на наклонный график в виде прямой линии на втором разрезе и проектируем точки вниз на горизонтальную линию. Полученные отрезки на горизонтальной линии численно выражают значения термических сопротивлений слоев ограждения. Зная толщину слоя и полученные значения термических сопротивлений, определяется значение коэффициента теплопроводности каждого слоя по формуле ,где λ - коэффициент теплопроводности, Втм K;δ - толщина слоя стены, м;R - термическое сопротивление стены, м2 KВт;определяется значение коэффициента теплопроводности каждого слоя. Технический результат – повышение информативности получаемых данных. 2 ил.

Наверх