Способ определения теплофизических характеристик материала

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Совета нк

Соцналистнческик

Республик

<>667829 (б1) Дополнительное к авт. саид-ву(51)М. Кл. (22) Заявлено 1Э0176 (21) 2315911/18-10 с присоединением заявки М

G 01 К 17/00

Государственный комитет

СССР по делам нзобретеннй н открытнй (23) Приоритет— (53) УДК 5 З6 . 21 (08 8. 8) Опубликовано 1506„79. Бюллетень Йо 22

Дата опубликования описания 1506.79 (72) Автор изобретения

И.Я.Нвусихин

Белорусский ордена Трудового КрасногО Знамени политехнический институт (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ XAPAKTEPNCTHK

MATEPHAJIA

Изобретение предназначено для определения коэффициента теплопроводности, температуропроводности, объемной теплоемкости различных материалов.

Известен способ определения теплофиэических характеристик различных материалов; заключающийся в расположении нагревателя постоянной мощности между двумя исследуемыми образцами, последующего нагрева образцов, измерения температуры на нагревателе и последующего вычисления искомой величины (lj.

Однако известный способ не позво ляет измерить теплофизические характеристики тонких материалов, так как для его реализации необходимо установить дополнительную термопару в ис--следуемом образце на пути теплового потока от нагревателя.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ определения теплофизических характеристик материала, заключающийся в расположении нагревателя постоянной мощности между двумя исследуемыми образцами материала, последующем нагреве образцов, измерении температуры на нагревателЕ в процессе нагре- ва, определении времени достижения измеренной температуры и вычислении искомой величины f2(.

Однако известный способ пригоден для измерения теплофиэических характеристик однородных материалов, требует обязательного измерения температуры на некотором удалении от нагревателя, что не всегда представляется возможным, например, в случае измерения характеристик тонких материалов. Кроме того, известный способ не позволяет раздельно определять теплопроводность, теплоемкость и температуропроводность исследуемых материалов.

Целью изобретения является обеспечение раздельного определения теплопроводности, теплоемкости и температуропроводности исследуемых материалов. Это достигается тем, что по предлагаемому способу образцы с нагревателем помещают между двумя пласти- . нами с заведомо отличающимися от исследуемых образцов теплофиэическими характеристиками и на основании полученных данных определяют искомые величины по формулам:

И жв- 4Р— (ср) =

4 г-, д,8

667829 (3) 1 Ю

ff -

2 < (6) или о

-t 2 и« р

2 1

Яд8 г >

Тогда (7) 4 6Г

< Р)г=.,„1 (8) Согласно (1) и (2):

3 где А — коэффициент теплопроводности исследуемого материала;. а - температуропроводность исследуемого материала, f. p — объемная теплоемкость исследуемого материала;

g — тепловой поток от нагревателя; толщина исследуемого материала„ температура на нагревателе; Г, — время достижения иэмеренной температуры на нагревателе.

На фиг.1 показано устройство для

I0 реализации предложенного способа, где 1- плоский нагреватель, 2 — исследуемый материал, 3 — термопара на нагревателе, 4- пластины с заведомо отличающимися от исследуемого материала теплофиэическими снойствами. На фиг. 1,2 показано изменение температуры на нагревателе н процессе измерения.

Устройство работает следующим об.— разом. Помещают плоский нагреватель

1 между двумя одинаковыми образцами испытываемого материала 2 и весь па. .кет обкладывают одинаковыми фрагмен тами неизвестного материала 4. По 25 ходу температуры, измеряемой на нагревателе, определяют все теплофиэические характеристики испытываемого образца и коэффициент тепловой активности образцов неизвестного 30 материала.

Аналогично можно определить теплофизические характеристики двухслойных конструкций, если поместить нагреватель сразу между их фрагмен-, тами, Обозначим теплофиэические характеристики по слоям соответственно индексами r и о .

Задавая на нагреватель постоянную 40 мощность, определяют тепловой поток, ответвленный на одну двухслойную конструкцию g и измеряют избыточную температуру на нагревателе

В координатах .t иЯ наносят полученные опытные точки. Температурная 45 кривая при этом будет иметь вид, показанный на фиг.2. Участок о-d является во всех случаях прямой, проходя: —,. щей через начало координат. Участок е-f располагается в положении 1,,если 50

Ь < Ь, и н положении 2, если b„ ) b, При Ь = Ь линия е-f будет прямой, являющейся продолжением линии î-d где b - коэффициент тепловой активности 55

f .p — объемная теплоемкость;

3 — - коэффициент теплопронодности.

Если Ь с Ь, продьлжают отрезки о-й и е — f до пересечения в пункте

0 с координатами С и t Тогда теплофиэические характеристики граничного слоя определяются по зависимостям; (ср)

< г

Коэффициент тепловой активности пластин 4 определяется иэ выражения: о г

1 ) г где h = (ф >)

t-t

tgq = —, npz Ерт. (4)

6ь,.гг- И, °

Величина h по нычисленному tgy может быть определена по соответствующим формулам.

Если Ь > Ь,. то по полученным не менее трех опытным точкам на участке е-f определяем неличину п.

Тогда величина 1 может быть вычислена.из выражения:

1 tf 21 (5)

По величине n определяют величины

А и h, а по выражению (6) определяют A где 5 и t координаты точки, лежащей на отрезке.

Величина b определяется по известной величйне h из. выражения (3).

Пример. Плоский нагреватель, изготовленный иэ константановой проволоки диаметром 0,2 мм, помещен между двумя образцами иэ пенобетона. Весь пакет расположен между двумя керамическими плитами. Термопара, расположенная на нагревателе, подключена к потенциометру ЭПП-09. При включении нагревателя в сеть на ленте потенциоментра происходит регистрация темпера-, туры. Полученные температурные точки расположены в координатах t u Wt

На испытынаемый образец подается тепловой поток g =, 250 Вт/м Толщина испытываемого материала 8 = 5 мм.

В результате проведенного эксперимента прямые, проходящие через температурные точки, пересеклись в точке D с координатами . (ОФ) 10К и Г, = 1.00 с.

Тогда согласно (1) 1à — - О, 125 ЪТ)мк ф р 250 0,05

667829 6 кими характеристиками и на основании полученных данных по температуре и времени. определяют искомые величи- " ны по формулам:. 5

ЪИ ОOOS -S 2

- — - О, 8Ь 1О м2)с

4й . 4. ïî

Согласно (2): р д2

4т, (q) м. Ф

46

Формула иэобрЕтения

3pCr г

A,Свй

А д в

", J 2 1 и

Фив. 1

Фие. 2

Составитель A.Òåðåêîâ

Техред С. Мигай Корректор М. Пожо

Редактор C.Õåéôèö

Заказ 3452/36 Тираж 765 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул. Проектная, 4 (ОР),, =- — = 637 кДж/<вв4 к) У,. 4.2Sa ОО

ЖЩ Ь,Л4 1О 0,006

Предложенный способ удешевляет процесс исследования и дает возмож1лость более эффективной реализации ряда технологических процессов, связанных с изготовлением многослойных t0 конструкций.

Способ определения теплофизических 15 характеристик материала, заключающийся в расположении нагревателя постоянной мощности между двумя исследуемыми образцами материала, в последующем нагреве образцов, измерении темпера1туры на нагревателе в процессе нагрева, определении времени достижения измеренной температуры и вычислении искомой величины, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью обеспечения

1 . раздельного определения теплофивических характеристик: теплопроводности, объемной теплоемкости и температуропроводности, образцы с нагревателем помещают между двумя пластинами с заведомо отличающимися от исследуемых образцов теплофизичесгде 4 — коэффициент теплопроводности исследуемого материала; — температуропроводность исследуемого материала;

ep — объемная теплоемкость исследуемого материала; ф — тепловой поток от нагревателя; — толщина исследуемого образца)

, — температура на нагревателе; à — время достижения измеренной

1 температуры на нагревателе.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Krischer.O. t)ber die Bestimmung

der W5rmeleitfahigkeit йег Wapmekapazitat und der Warmeein dringzah1

in einem Kuzzeitverfahren, SehmieRug Techn.

2. Лыков A.Â. Теоретические основы строительной теплофизики. Изд-so..

AH БССР, Минск, 1968, с.363.

6/в г)

I2 > вв I2 вв