Устройство для определения тепло-проводности пористых материалов
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Союз Советских
Социалистических
Республик
К АВТОРСКОМУ СВ ИИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву ,(22) Заявлено 24.0779 (21) 2801212/18-25 ® М. (л. с присоединением заявки N9
G 01 N 25/18 (23) Г3риоритет
ГосударстаенныЯ комнтет
СССР но делам нзобретеннЯ н открытнЯ
Опубликовано 150581. Бюллетень Йх 18
Дата опубликования описания 1 0531 (53) УДК 536.6 (088.8) (I
С М Аринкин
I
Ъ
Ордена Трудового Красного Знамени институт тепдо-.-:.
1 и массообмена им. A.Â.Ëûêîâà Ф (72) Автор изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ
ПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ
Изобретение относится к устройствам для теплофизических измерений пористых материалов при повышенных температурах.
Известно устройство для определения теплопроводности материалов, содержащее корпус с образцом, источник лучистого теплового потока и измерительную схему (1).
Однако оно обладает недостаточной точностью и предназначено для использования в довольно узком диапазоне температур.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является 15 устройство для измерения теплопроводности материалов, предназначенное для определения теплопроводности тонких пленок. Оно включает герметичный корпус, заполненный газом, 20 источник лучистого теплового потока, измеритель. радиометрической силы, измеритель давления газа, измеритель удельной мощности теплового потока(2
Однако устройство характеризуется сложностью и недостаточной точностью измерений, что обусловлено количеством измеряемых параметров (три), а также ограниченным температурным диапазоном. 30
Цель изобретения — повышение точности, расширение диапазона температуры и упрощение процесса измерений, Для достижения укаэанной цели в устройство для определения теплопроводности пористых материалов в качестве одной иэ стенок герметичного корпуса, размещенной перпендикулярно лучистому потоку, используют образец исследуемого пористого материала, выполненный в виде плоской пластинки с внешней зачерненной поверхностью,а B одну йэ газонепроницаемях стенок герметичного корпуса вмонтирован датчик давления.
Кроме того, приспособление для равномерного распределения лучистого тепЛового потока выполнено в виде полой многогранной призмы с соотношением внутренних размеров — высоты к ширине, обеспечивающим многократное отражение лучистого потока от внутренних зеркальных поверхностей призмы.
Датчик давления газа в герметичном корпусе перед пористой стенкой используется в качестве измерителя теплопроводности пористого материала. Применение измерителя давления газа для определения теплонровод830218 ности пористого материала возможно после установления пропорциональной зависимости коэффициента теплопроводности от величины повышения .. давления газа перед пористым образцом, нагреваемым с внешней стороны известным по величине тепловым потоком и охлаждаемым газом, который подают с постоянным массовым расходом через пористый образец навстречу тепловому потоку. Зависимость имеет вид 1
t P f%
Р где Л - коэффициент теплопроводности пористого материала при тем- 15 пературе, Вт/м град, m — - массовый расход охладителя на ециницу площади поверхн ос ти образца, кг/с и, С вЂ” теплоемкость охладителя, Дж/кг,град, К вЂ” газовая постоянная,Дж/кг,град,, q — величина теплового потока, воспринимаемого единицей площади поверхности образца, Вт/м, 1- безразмерный коэффициент гидравлического сопротивления пористой структуры образца-пластинки выбранной толщины;, 30
P — повышение давления газа перед пористым образцом-стенкой, равное разности величины давления газа перед образцом после нагрева образца до
35 соответствующей температуры„ и в исходном состоянии, Н/м
P — давление газа перед образцом в исходном состоянии, Н/м2. . Герметичный корпус устройства вы- 40 полняет роль ресивера газа. Подачу и поддержание постоянного расхода газа выполняет регулятор массового расхода, например расходомерная шайба., включенная в магистраль подачи газа в герметичный корпус.
Воздействие на поверхность образца равномерного теплового потока известной интенсивности обеспечивает источник интенсивного лучистого теплового потока и многогранная призма. С целью упрощения измерений, исключения зависимости величины теплового потока, воспринимаемого поверхностью образца от поглощающей способности его поверхности, тепловоспринимающая
55 поверхность образцов зачерняется одинаково.
На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство. устройство включает систему подво» ф() да и регулятор-стабилизатор 1.массового расхода газа, герметичный корпус 2, выполненный из сплошного материала, измеритель 3 давления газа в герметичном корпусе перед образцом, теплоизолирующую уплотнительную прокладку 4 образец 5 исследуемого пористого материала, охлаждаемую многогранную призму 6, обеспечивающую равномерное распределение лучистого теплового потока по поверхности образца. Для обеспечения эффективного выравнивания теплового потока по поверхности, образца полая многогранная призма выполнена из соединенных по боковым торцам охлаждаемых пластин. Поверхности пластин, образующих внутреннюю стенку призмы, имеют зеркальную . обработку. Размеры пластин выбирают из условия обеспечения многократного отражения лучистого теплового потока от стенок при прохождении через призму. Для предохранения призмы от перегрева ее стенки выполнены охлаждаемыми. Источник 7 интенсивного лучистого потока снабжен охлаждаемым отражателем 8. Корпус устройства, призма и источник лучистого теплового потока смонтированы воедино с помощью формы 9. Образец
10 закрепляют в устройстве при помощи резьбового кольца. После монтажа устройства производят измерение величины и контроль равномерности распределения теплового потока по плоскости установки тепловоспринимающей поверхности образца.
Устройство работает следующим образом.
Изготовляют в виде пластинки образец исследуемого, материала. Одну иэ боковых поверхностей зачерняют.
Устанавливают образец в герметичный корпус зачерненной боковой поверхностью наружу. Закрепляют при помощи реэьбового кольца образец в герметичном.корпусе. За счет усилия затяжкн реэьбового соединения кольца с корпусом добиваются уплотнения теплоизолирующей прокладки 4, и, следовательно, герметизации внутренней полости корпуса. При помощи регулятора-стабилизатора расхода газа устанавливают выбранный массовый расход газа через образец. Измеряют величину давления
Р газа в исходном состоянии образца.
Бйлючают охлаждение призмы и источник лучистого теплового потока. После нагрева наружной зачерненной поверхности образца до соответствующей температуры измеряют величину давления газа внутри корпуса при помощи измерителя давления. Изменение давления газа перед образцом внутри корпуса при постоянном массовом расходе газа обусловлено объемным расширением газа вследствие его нагрева при движении через пористую структуру нагретой стенки. Далее определяют величину разности давлений, соответствующих установившемуся тепловому состоянию образца при соответствующей температуре нагреваемой его поверх830218 ности и в исходном состоянии. После этого определяют иэ зависимости (1) величину коэффициента теплопроводности пористого материала при соответствующей температуре.
Предлагаемое устройство использует- 5 ся для измерений с высокой точностью теплапроводности пористых материалов, теплопроводность которых значительно выше теплопроводности газа, подаваемого через образец. Это условие выпол- о няется в подавляющем большинстве конструкционных пористых .материалов.
Формула изобретения
1. Устройство для определения теплопроводности пористых материалов, содержащее герметичный корпус, с помещенным в нем образцом исследуемого материала, источник постоянного по величине лучистого теплового 2О потока, приспособление для равномер-. ного распределения лучистого теплового потока на поверхности образца, систему подвода, измерения и стабилизации Расхода газа, о т л и ч а ю - 5 щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, расширения температурного диапазона и упрощения процесса измерений, одной из стенок герметичного корпуса, размещенной перпендикулярно лучистому тепловому потоку, служит образец исследуемого пористого материала, выполненный в виде плоской пластинки с внешней зачерненной поверхностью, а в одну из газонепроницаемых стенок герметичного корпуса вмонтирован датчик давления.
2..Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что приспособление для равномерного распределения лучистого теплового потока выполнено в виде полой многогранной призмы с соотношением внутренник размеров - высоты к ширине, обеспечивающим многократное отражение лучистого потока от внутренних зеркальных поверхностей приэьии.
Источники информации, принятые во внимание llpB экспертизе
1. Харламов А.Г. Теплопроводность твердых тел. Атомиэдат, 1973, с. 35 -. 38
2. Авторское свидетельство СССР
В 295037, кл. G 01 N 25/18, 1962 (прототип) .
ВНИИПО Заказ 3449/58 Уираж 907 Подписное
Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4
