Способ определения теплофизических свойств материалов
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик
<„> 744298 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (5!)М. Кл. (22) Заявлено 020277 (21) 2448835/18-25 с присоединением заявки HP
G 01 N 25/20
Государственный комитет
СССР но Делам изобретений и открытий (23) Приоритет
Опубликовано 300680 Бюллетень Мо 24
Дата опубликования описания ЗОР6.80 (53) УДК 536.6 3 (088.8) (72) Автор изобретения
Я. Г. Верхивкер (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ
CBOACTВ МАТЕPИАЛОВ
Изобретение относится к технике определения теплофизических свойств (коэффициентов теплопроводности, температуропроводности и . теплоемкости) различных материалов, например плодов фруктов и овощей, и может применяться при лабораторных исследованиях, Известны различные методы определения теплофизических характеристик например, методы Л вЂ” калориметра, d.-калориметра, метод двух точек и т.д,, основанные на теории и методах регулярного теплового режима. Наиболее распространены способы, предпо - 15 лагающие внедрение - в образец, источников или стоков тепла, т.е. предпо.лагающие разрушение исследуемого тела Pj, Однако разрушение объекта исследо-20 вания (изготовление из него образца специальной форьы) может быть нежелательно, так как это влияет на правильность полученнйх экспериментальных данных (примером таких тел могут служить плоды фруктов и овощей) °
Наиболее близким техническим решением является способ определения теплофизических свойств материалов, . основанный на использовании решения 30 дифференциального уравнения теплопроводности для полуограниченного тела при граничных- условиях второго рода, т.е. при постоянном тепловом потоке на поверхности образца, Полученное расчетное уравнение позволяет при знании изменения во времени избыточной температуры в центре круга определенного радиуса на поверх-. ности тела определить коэффициенты; тепло- и температуропроводности f2), Недостатками данного способа являются узкая область применения (вероятно только большие объемы сыпучих материалов); длительность опыта, так как невозможно при контактном методе подвода тепла создать большие тепловые потоки; невозможность определения при какой температуре тела получены теплофизические характеристики, Цель изобретения — повышение достоверности определения теплофиэичес- . ких свойств материалов растительного происхождения.
Поставленная цель достигается тем, что осуществляют равномерный нагрев испытываемого объекта до 70-80 С о (температуры вскипания:межклеточного сока в плодах и разрыва ксаицы) т под744298
Решение уравнения (1) может быть.записано как
< Я(ЗЦ -5)+ ((). )-! = — p(-- ——
О- Л1 о „о„. з z э1п,о,—,о„ „ — е
„„2ф„соэ,и „
) Т (;Y),T
R г
a о
A(Определение теплофизических свойств матери алов, н апример плодов и овощей, по предлагаемому способу осуществляется следующим образом.
К поверхности исследуемого тела ,подводят постоянный тепловой поток и регистрируют изменение температуры в центре тела во времени. Если регистрация температуры в центре образ,ца з атруднен а (наличие косточки), то датчи к температуры р ас пол аг ают в бли— зи косточки на известном расстоянии.
При расчете теплофиэических свойств по снятой кривой Т(r) = f (7,) ) полагают, что свойства материала практически не изменяются при переходе. от Т гД) до Т (r Т, ), Такое условие позволяет получить расчетное уравнение для определения коэффициента температуропроводности у,Л, 2цs n,О
t(t,т,!-! 3F — !cc 2& !coen, т(<)Tz то 3я -5>- со 2R,n&n -о(! "с)
Способ осуществляет ся следующим образ ом. Исследуемое тепло помещается ,внутрь сферы таким образом, чтобы герметические центры тела и сферы совместились, На внутренней поверхности сферы имеется инфракрасный излучатель н виде нихромовой спирали, которой дают возможность подводит ь пос т оян ный (р егулируеьий в широких пределах) тепловой поток ко всей поверхности образ — 1.-э ца. Для определения теплофизических снойств образца при таком способе необходимо, решить трехмерную задачу распределения температуры в теле в gQ любой момент времени при постоянной плотности теплово-о потока на поверхности, т.е. при граничных условиях . нторого рода. Так как данный способ предназначен 2 н первую очередь для определени я теп- лофизических свойств плодов и овощей, которые в большинстве своем имеют форму, близкую к сферической, приводится решение и применение способа дЛя образцов сферической форьы. Общее дифференциальное уравнение теплопроводности в сферических координатах имеет нид При начальном условии T(r 0) = Т„ (2) н граничных условиях ат ц, — ((,"С) + — = о а " д 4G с)Т „(О,З7 =o T(o,m) Фоо Решая уравнение (5) графоаналитическим методом, определяет величину коэффициента температуропроводнс)сти T + ò при температуре Т = —, Зная величину. 9 из уРавнения (5), .определяют 55 величину коэффициента теплопровод-! )носзи, Определив а и А легко найти и величину теплоемкости материала С=— (б) С4P 60 Пример Определение теплофизических свойств яблок. Выбирается плод по форме близкий к шарообразной, Измеряются его геометрические размеры. Затем на держа— температура соответственно в момен т времени на изотерме радиу— са r и в начальный момент времени. . интенсивность теплового потока; текущий радиус; коэффициент теплопроводности материала; — радиус образца; критерий Фурье; корни характеристического уровня 744298 Составитель Я, Верхивкер Техред.М.Келемеш Редактор О. Колесникова Корректор Н ° Григорук Заказ 5241/2 Тираж 1019 ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Подписное Филиал ППП Патент, r, Ужгород, ул, Проектная, 4 исследуемого тела (плод в целом виде) . После этого в точку объема плода на глубину (R-2) помещается термоприемник (термопара), сигнал которой 5 фиксируется самопишущим потенциометром, Включается источник нагрева и по приборам поддерживается постоянная величина его мощности . Параллельно с этйм включается самопишущий потенциометр, который фиксирует изменение температуры в измеряемой точке объема плода во времени. При достиже,". нии заданного значения температуры опыт прекращается. Диапазон рабочих 5 температур — 10-80 С (верхний предел температуры обусловлен оспецификой объектов исследования) . Время одиночного опыта 15-30 мин, 20 Используя полученную кривую изменения температуры во времени по уравнениям (4) и- (5), определяются величины коэффициентов тепло- и температуропроводности. Формула изобретения Способ определения теплофизических свойств материалов растительного щюисхождения, преимущественно шарообразной формы посредством помещения испытываемого объекта в среду с постоянной интенсивностью теплообмена и регистрации температурных изменений вматериале, о тли чающий с я тем,что, с целью повышения достоверности определения, осуществляют равномерный нагрев испытываемого объекта до 70-80 С, поддерживают ток и мощность электродвигателя постоянным и измеряют падение напряжения на нем затем измеряют изменение температуры материала во времени в процессе нагрева и по измеренным параметрам определяют теплофизические свойства мате -. ри ал а. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Чудновский A. Ф. Теплофизические характеристики дисперсных материалов, М-Л,, 1962, с. 142-143 ° 2. Авторское свидетельство СССР Р 458753, кл G 01 N 25/20, 1975 °
