Способ определения коэффициентов температуропроводности и теплопроводности образцов материалов

 

1

О НИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

П-ИСА "> 717637

Союз Советскик

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено27.12.77 (21) 2560826/18-25 с присоединением заявки М (23) Приоритет (51)М. Кл.

ГевударатввнныН квинтет

CCC.P по данам нзабретеннй и атврытнй

C ОХИ 25/18

Опубликовано 25.08.80. Бюллетень Ля 7 (53) УДК 5З6.2 (088.8) Дата опубликования описания 28,08.80 (72) Авторы изобретения

А. Г. Бережной и В. М. Ройтман

Московский ордена. Трудового Красного Знамени инженерно-стройтельный институт (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ

ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ И ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ

ОБРАЗЦОВ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к области определения тепловых свойств образцов материалов в широком интервале температур в режиме нестационарного температурного поля.

Известны импульсные способы определения коэффициентов температуропроводности и теплопроводности, основанные иа закономерностях распространения теплового импульса в образцах материалов(11 t0

Однако при испытаниях в широком интервале температур использование этих " способов связано с большими затратами времени, необходимыми для достижения состояния теплового равновесия образца !

5 материала с окружающей средой при проведении каждого опыта.

Известен также способ определения коэффициентов температуропроводности и теплопроводности образцов материалов, в режиме нестационарного температурного поля при помощи нагревателя и датчиI ков температуры, в котором включают нагреватель, фиксируют продолжительность

2 его действия до момента отключения, после чего замеряют температуры через определенные промежутки времени и по полученным данным находят искомые коэффициенты 52/

Способ состоит в следующем. Опытный образец снаряжают выключателем и датчиками температуры, затем помещают в термостат и задают требуемую по условиям опыта температуру, выдержйвают образец до установления состояния теплового равновесия с окружающей средой и фиксируют температуру образца, после чего включают нагреватель на .заданный отрезок времени, поддерживают постоянство мощности нагревателя, фиксируют эту величину, а также продолжительность действия нагревателя, максимальное значение температуры и времени наступления максимального значения температуры в контрольных точках образца и по полученным данным определяют коэффициенты температуропроводности и теплопроводности.

Испытания по известному способу в широком интервале температур связаны с большими затратами времени, так как необходимым условием для проведения опытов является достижение состояния тепло; вого равновесия образца -с окружающей средой на каждом температурном уровне, что может быть достигнуто только с помощью ступенчатого прогрева образца.

При проведении широкотемпературных исследований это сводит к нулю основное достоинство известного способа — быстроту получения искомых коэффициентов.

Более эффективным и рациональным в данном случае при определении темпера- и 5 турных зависимостей искомых коэффициентов представляет комбинированное использование достоинств непрерывного разогрева образца с быстротой проведения единичного опыта известного способа. 2О

Это становится возможным благодаря тому, что при линейном изменении температуры среды, окружающей образец, на-, чиная с определенного момента времени разность температур двух любых точек тела является величиной постоянной и в течение короткого промежутка времени проведеняя опыта может изменяться только от воздействия теплового источника, влияние которого можно учесть, восполь эовавшись принципом суперпозиции тепловых полей.

Цель предлагаемого иэобретения— сокрашение времени определения температурных зависимостей HGKQMb|õ коэффициентов.

Поставленная цель достигается тем, что до момента включения нагревателя в среде, окружающей образец, изменяют 4О температуру с постоянной скоростью, измеряют и сравнивают значейия температур и их разностей по сечению образца, по мере изменения температуры образца фиксируют наступление средней темпера- 45 туры образца, при достижении средней температуры образца, равной заданной температуре опыта „производят включение нагревателя и по полученным данным определяют искомые коэффициенты. Причем, с целью повышения точности способа производят контроль скорости изменения температур по сечению образца путем определения этой величины перед включением нагреватця в течение двух послдоватыь-55 ных интервалов времени, равных продолжительности действия нагревателя и после-. дуюших замеров температур.

717637 4

Предлагаемый способ состоит в следукицем. Образец материала, снаряженный нагревателем и датчиками температуры, помещают в среду, температуру которой изменяют с постоянной скоростью, периодически перед включением нагревателя измеряют и сравнивают значения температуры и разности температур внутри образца, фиксируют наступление средней температуры образца, равной температуре проведения единичного опыта, после чего производят включение нагревателя, фиксируют продолжительность его действия до момента отключения, и замеряют температуру внутри образца через определенные промежутки времени и rio полученным данным находят искомые коэффициенты. е

С целью, повышения точности способа производят контроль скорости изменения температуры по сечению образца в местах заложения датчиков температуры и нагревателя путем определения этой величины в течение двух последовательных интервалов времени, равным продолжительности действия нагревателя и последуюших замеров температуры.

Предлагаемый способ поясняется чертежом, на котором показана динамика развития полей температур в контрольных точках образца в момент проведеoя единичного опыта по предлагаемому способу: — температура в месте. заложения

И нагревателя;

1„— температура в месте заложения датчика температуры;

1к - температура на поверхности образца.

На чертеже изображено также расположение датчиков в образце, где 1 — испытуемый образец; 2 — дифференциальная термопара для контроля развития температурного поля в контрольной точке образца r ; 3 — дифференциальная термопара для контроля установления теплового режима образца; 4 — термопара для контроля изменения температуры образца;

5-линейный источник тепла.

Пример реализации предлагаемого способа.

Определялись коэффициенты температуропроводности и теплопроводности образцов пористой керамики об ьемым весом g = 0;84 г/с 4 в диапазон o температур 20-30 С. Блина линейного источника тепла L = 0,25 м, расстояние между нагревателем и датчиком

5 7 температуры г 0,008 м, размеры образца 0,1х0,1х0,1 м. для данного образца продолжительность действия йагревателя порядка 10 сек.

Коэффициенты теплопроводности и

I температуропроводности определяются следукхцим образом.

17637

6 коэффициент температуропроводности а

+ имп

С(Х I%&A ко эффиш ент теплопроводности

1. Образец материала 1, снаряжен- io ный линейным источником тепла 5 из нихромовой нити, двумя дифференциалными термопарами из хромель-алюмепя

2,3, один из спаев которых помещают в точку на поверхности образца R,,а другие в месте заложения нагревателя Н и в контрольную точку образца г .

2. В среде, окружающей образец, изме няют температуру с постоянной скоростью. По прошествии определенного про- 20 межутка времени скорость изменения"температуры любой точки тела устанавли- вается постоянной для любой точки тела.. (см. кривые t< 1 ), й(И(25

3. Контролируют установление постоянной разности температур между точками тела с помощью дифференциальных термопар, для чего измеряют и сравнивают значения разности температур между rio,зо верхностью образца и местами заложения нагревателя и датчика темйературы, находящегося на расстоянии r от него в течение двух последовательных интервалов времени, равных продолжительности проведения опыта по известному способу; в случае равенства этих разностей при достижении средней температуры, равной заданной температуре опыта, приступают к проведению эксперимента (см. кривые

40 к н)

4. Определяют и сравнивают скорость изменения температуры на поверхности образца.

5. Создают с помощ ю нагревателя

45 нестационарное температурное поле, в процессе развития которого фиксируют продолжительность действия нагревателя Ю, поддерживают и фиксируют его мощность Q после окончания действия

50 нагревателя фиксируют экстремальное амплитуды в датчике температуры, находившегося на расстоянии l от нагревателя, и время наступления это го значения Г

6. Определяют искомые коэффициенты из выражений:

Средняя температура, при которой проводят опыт, определяется: где r — расстояние между нагрева-. . телем и датчиком температуры; . Г

4.„- продолжительность действия нагревателя; С о — момент создания теплового импульса в образце; — время наступления экстремального значения разности температур в образце между его поверхностью и местом заложения датчика темпера- . туры; — максимальное изменение разности температур между поверхностью образца и местом заложения датчика температуры, находящегося на расстоянии г от нагревателя;

Й вЂ” мощность линейного нагреваC(-Z1 теля на единицу длины; () — функция интегрального экспоненциала; — установившаяся скорость изменения температуры любой точки образца к моменту- проведения единичного опыта; — значение температуры в месте заложения нагревателя в. момент создания теплового импульса; — значение температуры в месте заложения датчика температуры в момент создания теплового импульса.

Предлагаемый способ обеспечивает возможность в несколько раз сократить время, необходимое для определения коэффициентов температуропроводности и теплопроводности материалов B широком интервале температур, что в целом спо717637 8 мененйя температуры образца фиксируют наступление средней температуры образца равной заданной температуре опыта, которую определяют путем непрерывной регистрации значений температур внутреннего источника тепла и в контрольной точке образца до момента, когда их среднеарифметическое значение становится равным заданной температуре опыта, при достижении которой производят включение внутреннего источникатепла и по полученным данным определяют искомые коэффициенты.

Способ определения коэффициентов температуропроводности и теплопровод- 10 ности образцов материалов, заключающийся в том, что включают нагреватель, фиксируют продолжительность его дей.ствия до момента отключения, после чего замеряют температуру внутри образца через определенные промежутки времени, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени определения температурных зависимостей искомых коэффициентов, разогревают образец в .квазистационарном режиме, по мере из200

1б0

/?О

/00

b0

В Рмя яо /реба офазца, 7 мин

БНИИПИ Заказ 9831/60 Тираж 1019 Подписное

Филиал ППП "Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 собствует более быстрому внедрению в практику новых материалов и изделий .с точки зрения оперативности определения их характеристик теплопереноса.

Формула изобретения

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Дмитрович, А. Д. Определение теплофизических свойств строительных материалов М., Стройгнз, 1963, с. 65-118.

2. Авторское свидетельство СССР

No 127843, кл. Cj 01 М 25/18, 1960.