Способ выравнивания температурного поля в блоке калориметра высокого давления

 

tI It 495594

ОПИСАНИЕ А: ОБРЕТЕНИЯ

С(лов Советских

Савиалистическик

Республик (61) Зависимое о1. авт. свил(тсльства (22) Заявлено 08.02.73 (2! i 1882374, 26-25 (

;511 . :".. Кл. С 01п 25, 20

С3 01!(17 00 (32) Приоритет

Государственный комитет, Совета Министров СССР 1 по делам изобретений и открыти(1 (53, УДК 536.62(088,8) Опубликовано 15.12.75. Бюллетень М 46

Дата оп блико",àttèÿ описа щя 25.05.76 (72) Авторы пзоб ?етенпя

Е. С. Платунов, В. В. Курепин и И. Ф. Шубин

Ленинградский институт точной механики и оптики (71) За те (54) СПОСОБ ВЫРАВНИВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ

В БЛОКЕ КАЛОРИМЕТРА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ п 8п

Чст: — -и е."* — ср((и -4

Изобретение относится к области теплофизического приборостроения и применяется при исследовании теплофизических характеристик материалов в режиме монотонного разогрева, в частности, при измерении теплопроводности, температуропроводности, плотности, коэффициента объемного расширения, вязкости.

Подобпьп(способ может быть применен в калориметрах с внешним разогревом при температурах 50--500 С и давлениях от 1 до

2000 бар. Изобретение связано с реализацией метода измерения температуропроводности а, плотности о и коэффициента объемного расширения Р полимеров в указанном диапазоне параметров состояния.

Известен способ выравнивания температурного поля в калориметрическом устройстве для измерения температуропроводности и плотности полимеров в диапазоне температур

80 †2 C и давления 1 †6 бар, который закл очается в удер?кании нулевой разности между торцами блока и его центром. Однако

It; !,1ит1ие больших оттоков тепла по металлическому поршн1о неминуемо приводит к большой осевой неравномерности температурного поля в образце.

Стационарная составляющая оттока q„, çàвисит от тепловой проводимости поршня оп и разности температур между блоком и средой 1 Зп — со где .и — теплопроводность поршня (HT/м К);

S,, площадь поперечного сечения поршня (и- );

/и — длина поршня (м).

Сравнительно небольшой диапазон рабочих температур устройства связан с резким уве10 лпчеппем стационарного оттока q„с ростом температуры блока.

Кроме того. в нестационарном режиме существует поток, который разогревает сам поршень. Его вели щна определяется ест -11 Сп (2) где /?,. — среднеобъемная скорость разогрева по р ш и я (К1 с);

Сп — полная теплоемкость поршня

20 (тж/ К).

При этом в зависимости от скорости разогрева пестацнонарный поток может значительно превышать стационарную составляюЩУ I(..

25 Требование к равномерности температурного поля в образце становится особенно жестким прп высоких температурах, когда вязкость расплава резко уменьшается и с целью исключения конвекции приходится работать с

30 малыми перепадамп температуры, s, S lст — рег

l (4) 45

5э

60 (6) LIc.fIbIo настоящего изобретения является уменьшение осевой неравномерности темпераryplI0."0 поля в калориметре, что непосредстнен«о связано с повышением точности измерс-!!ий и расширением рабоч го диапазона температур и давлений.

Это достигается тем, что по предлагаемому способу в устройстве между блоком и шайбамп поддерживается нулевая разность тсмпера !ур с цель)о устранения стационарного (ггто?са тепла Ост Нестационарный отток тепла (!„ест компенсируется нагревателями шеек, )!a которые подается мощность, изменяющаяся в зависимости от скорости разогрева блока д„„,= — С;З (; (3)

2 где Π— плотность материала трубы (кг)мз);

С вЂ” удельная теплоемкость трубы (Дж! кг. K);

5 и I — площадь поперечного сечения (м ) и длина шейки трубы (м);

b — скорость разогрева шейки трубы (К/с) .

Зля уменьшения стационарного оттока при заданной точности поддержания нулевой разности температур ЛОрег (определяется точность?0 регулятора) желательно ?ВеличиВать длину участка трубы между блоком и шайбой (шейки), так как

С другой стороны, для уменьшения нестационарного оттока, расстояние между блоком и шайбами необходимо уменьшать в соответствии с формулой (3).

Таким образом, обе составляющие оттока принципиально существуют одновременно. Поэтому. в нестационарном режиме (в нашем случае при монотонном разогреве) устранить отток тепла можно только одновременно устраняя обе составляющие: q„— охранными нагревателями при поддержании нулевой разности температуры между блоком и шайбами и нагревателями шейки, в которые подается мощность, изменяющаяся в зависимости от скорости разогрева блока в соответствии с формулой (3) .

Описанный способ реализован при измерении температуропроводности, плотности и коэффициента объемного расширения расплавов полимеров.

На чертеже, где показано устройство, реализующее предлагаемый способ, обозначено:

1 — труба, 2 — металлический блок, 3 и 4— шайбы, 5 — образец, 6 — неподвижный поршень, 7 — подвижный поршень, 8 — основной нагреватель, 9 и 10 — нагреватели шайбы, 11 и 12 — нагреватели шейки, 13 — теплоизоляционная оболочка, 14 — водоохлаждаемый кожух, 15 и 16 — термопары, 17 «18— — термостолбики.

Устройство состоит из металлического ядра и разъемной теплоизоляционной оболочки, Со

15 0

Зд

Металл)чсское ядро включает трубу 1, выравн«вающпй блок 2, шайбы 3 и 4, неподвп кпый 6 «подвижный 7 поршни. При измерении и, р, » образец 5 вымол??я!от в виде сплош«ого цилиндра с осевым отверстием и размс?пают Виу!р?! трубы между неподви?кНЫМ и ПОДВП;КНЫМ ПОРШНЯМИ.

Труба изготовлена из нержавеющей жаропрочной стали аустснптного класса Х15Н35ВЗТ

?ЭИ-612), выр!)з«ивающпй блок ): шайбы и. крас«0«мсдп.

Для гемпсратур«ых измерений «спользуютLI! i cp I01)8pLI ?:3 ««хрома и конс1ан тапа ?иамстро; 0,2 м;1. Монтаж термопар постоянный.

Места заделки термог:ар 15 «1,6; термостолбпков 17 и 18 -?оказаны I?3 чертеже крестиками.

Термопару 15 монтируют в игле, которая

Входи" IIO оси в ооразец. Термопара 16 армировапа фарфором и размещена и". границе трубы и блока.

В паза.:, расположенных «о периметру блока 2 размещены в керамических трубках «и. ромовые спирали основного нагревателя 8.

IIa ):àãpcâàòåëü подается линейно возрастающс «апряжe:)ие от авготрансформатора, токосъемпик )(DTopol перемещаетс?! с постоя«)lой скоростью си«хро)шым двигателем с редукто,))Ом. CKopocfü разогрева vcòpO))còÂ2 задастcp основным нагрева,cf)åì.

Для компенсации утечек тепла (стационар«ая составляющая оттока) через концы трубы и с торцов блока на трубе установлены шайбы с охранными нагревателями 9 и 10.

Перепад температуры между шайбами и блоком регистрируется многоспайными термостолбиками 17 и 18. Промежуточный регулятор типа ВРТ-3 поддерживает нулевую разность температур с точностью до 0,2 К

Нагрсватели шеек 11 и 12 изготовлены из

«ихрома в кварцевой оплетке и питаются мощпост)по, определяемой соотношением

1" нест: q„„ò С (b () (О) Мощность нагревателя определяется по текущему зпачеп?но скорости б(?), измеряемому в опыте. Этуопсрацию проводят вручнгчо или автоматически.

В описывасмом случае при разогреве калориметра со скоростью, близкой к постоянной. мощность «агревателя шейки выбирают 10стоян«ой.

Теплоизоляционная оболочка 13 выполнена в виде разъем«ого по диаметральной Il.)оскостп цилиндра с водоохлаждаемым кожухом 14.

Для определения плотности и коэффициента объемного расширения материала в опыте фиксируется изменение объема образца индикатором (с погрешностью 0,01 мм) по перемещеншо подвижного поршня 7.

Плотность рассчитывают «о а)ор.дле,(),"о о

lo — Ж () — Ы И, Р) 495594

Средний коэффициент объемного расширения в интервале температур / — 10 определяется по формуле

Д1 () — Р (,Р)

l0 — to где оо — плотность материала образца при нормальных условиях (кг/м ); lp — первоначальная длина образца (M); Al(t) — изменение длины образца при нагревании до температуры 1 (м); AP (t, р) — экспериментальная поправка на изменение длины поршней при температуре i и давлении Р (м).

При исследовании температуропроводности в опыте измеряется запаздывание термопары

15 относительно термопары 16, иначе временный перепад на образце то.

Расчс проводят по формуле: а(() = (8)

4 (= — =о) где Р -- радиус образца (м); то — поправка па пеидептичность показания термопар и на перепад по толщине трубы является «постоянной» прибора и определяется из градуировочного опыта на медном образце.

1О

20 э5

, стройство 1аоотает следуюьцпм обр lзом.

11сслсдусмь и образец загружается в трубу, сверку ставят поршень, и на него тем или иным способом передают сжимающее усилие.

На основной нагреватель подается питание, включается систе»а автоматического регулирования, а блок вместе с образцом начинает монотонно разогреваться. При этом по термопарс 15 следят за уровнем тсмпсратуры обр".çöà и замеряют:гапаздыванис тсрмопары!5 относительно 16. По индикатору фиксируют изменение длины образца, соответствующее прпращепгпо температур ры. По формулам (6)— (8) рассчеты ывают искомые коэффициенты, Формула изобретения

Спосоо выравнивания температурного поля в блоке калориметра высокого давления, содержащего образец, шайбы с нагревателями, шейки с нагревателями, заключающийся в удержан;ш нулевой разности температур между блоком и шайбами, отличающийся ем, что, с целью устранения тепловых потерь, изменяют мощность нагревателей шеек в соответствии с нз 1спсппсм скорости нагрева ООразца. ивЂ

-Д ! ,II

I ир .ск. !>,. =. Рожкаьи

1 (g ) 1 эл . i:.с,: е

r> -"н-.ета Со, тя М и::стров ССГР

: ::.а,, з;;. г: ;:;,". î fl<;)i>i ий :,:";.:.-,;у,"),... лллскгя:аб., д 4 5

|1,,;; (: II0", ?