Способ определения коэффициента температуропроводности твердых тел

 

Союз Соаетских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОУСКОМУ С ТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свмд-ау (22) Заявлено 12,1 1, 9 (21) 2838224/18-25 61) М

G 01 Н 25/18 с присоединением заявки 89 (23) ПриоритетГосударственный комнтет

СССР

«о ямам нзобретеннй открнтн"

Опубликовано 150881. Бюллетень Н9 30 (53) УДК 536. 63 (088. 8) Дата опубликования описания 150881 государственный универс (S 4 ) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА

ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ ТВЕРДЫХ

ТЕЛ

Изобретение относится к измерению теплофизических величин и может быть использовано для определения коэффициента температуропроводности твердых тел, преимущественно пласт;масс и металлов.

Известен способ определения коэффициента температуропроводности по методу регулярного теплового режима

1"ro рода, при котором образец испытуемого материала с помещенным внутри него термометром предварительно нагревают (охлаждают) и погружают в ванну с термостатированной жидкостью. Затем ведут наблюдение эа ходом изменения температуры образца.

По полученным данным определяют темп охлаждения (нагревания) образца и, зная коэфФициент формы, вычисляют коэффициент температуропроводности (11.

Недостатками этого способа являются необходимость внедрения термометра в образец, что нарушает сплошнооть образца, необходимость тщательнбй реализации условий постоянства температуры среды, в которую помещается образец, что во многих случаях приводит к большим затратам времени, поддержание в продолжение опыта неизменным коэффициент теплоотдачи, ведение опыта при перепаде температур порядка 10оС а иногда и значительно большем, что необходимо для выполнения условия постоянства коэффициента теплоотдачи, и не позволяет определять истинное значение коэффициента температуропроводности и отнести его к определенной температуре, и, следовательно, способ непригоден при изучении температуропроводности материалов в области ее сильного изменения, например в области фазовых переходов, кроме того способ не позволяет изучать температуропроводность материалов при значении критерия Фурье

:меньше 0,55.

Наиболее близким техническим ре20 шением является способ определения коэффициента температуропроводности твердых тел в начальной стадии нестационарного режима по методу двух стыкующихся образцов, которые перед опытом однородно нагреваются до различных температур Т1 и Т< в двух нагревательных камерах, а затем быстро приводятся в тепловой контакт. При этом измеряют изменение темпера туры во времени в месте стыка об855464 раэцов и в точках, расположенных на образцах на некотором расстоянии от поверхности контакта на одном и втором образце, причем оцин иэ них играет роль эталона(3.

Процесс выравнивания их температур описывается определенными математическими зависимостями, построенными на использовании теории начальной стадии теплопроводности (F (0,03).

Эти зависимости, полученные в предположении существования идеального теплового контакта на поверхности соприкосновения двух тел, связывают изменение температуры в образцах с их теплофиэическими параметрами, что делает возможным использование этих функциональных зависимостей для опытного определения коэффициентов тепло — и температуропроводности материала испытуемого образца.

Недостатками способа определения теплофизических свойств образцов методом стыкующихся образцов является необходимость тщательной обработки поверхностей стыка образцов таким образом, чтобы свести к минимуму величину контактного теплового сопротивления,а так же принятие специальных мер по его уменьшению путем сжатия образцов, введением в контактную зону промежуточных контактирующих материалов, смазки на графитной основе, медную фольгу, олово, жидкие металлы. Кроме того, поскольку образцы перед опытом необходимо нагревать до различных температур Т„ и Т, необходимы две изолированные нагревательные камеры с термостатирующими устройствами, а так же проведение опыта предполагает наличие разности и порядка 100©С, что не позволяет определить истинные значения теплофизических характеристик и отнести их к определенной температуре, поэтому способ непригоден для измерений в области их сильных изменений, например в зоне фазовых переходов материала °

Отмеченные обстоятельства накладывают ограничения принципиального характера на точность определения коэффициентов тепло и температуропроводности указанного способа.

Цель изобретения — повышение точности определения истинного коэффициента температуропроводности при данной температуре, упрощение и увеличение быстродействия эксперимента.

Поставленная цель достигается тем, что теплоиэолированный призматический образец материала призматической формы подвергают поперечному изгибу, затем регистрируют величину алгебраической разности температур сжатой и растянутой поверхности образца в разные моменты времени н по полученным данным, определяют коэффициент температуропроводности по формуле кь1 а=— ь ю (1) если кРитеРий Фурье

Cl ( - О ь 52 — размер образца в плоскости изгиба, см! — отношение разностей температур сжатой и растянутой поверхностей образца в момент времени Ф„ и ь соответственно; где (> . о д) e (ey и по формуле

Ъ Sylph

Ро Ъ 0,35

Я - „

На чертеже изображена схема проведения опыта.

Известно, что при деформации твердых тел в адиабатных условиях их температура изменяется: при растя.жении - уменьшается, а при сжатии

25 увеличивается.

Согласно схеме по предлагаемому способу на верхней и нижней поверхностях испытуемого образца 1 устанавливают датчик разности температур 2, Я после чего за короткий промежуток времени, соответствующий критерию

Фурье порядка 1 ° 10 З, его изгибают.

При этом температура растянутой зоны образца понижается, а сжатой Т .пощ вышается..Таким образом создается начальное неоднородное поле температур, которое с течением времени выравнивается эа счет внутренней теплопроводности материала.

© Затем эа некоторый момент времени „ и uq регистрируют величину разности температур сжатой и растянутой поверхностей образца е„(ъ„}=т (-.„) - („(. „1

45 и определяют коэффициент температуропроводности по формулам 1 или 2.

С целью проверки работоспособ ® ности способа и оценки величины относительной погрешности определения .коэффициента температуропроводности были проведены эксперименты на призматическом образце из полиметилметакрилата (орг, стекло).

Данный материал рекомендован

ВНИИМ в качестве стандартной меры теплофизических свойств в диапазоне

273 6 Т 4 350оК, для которого коэф.фициент температуропроводности

Ъ бб а * 1,19 10 см7сек с погрешностью

+1,2Ф.Характерный размер поперечного сечения образца в плоскости действия изгибающего момента Ь 2,01 см. В качестве датчика ф3 разности температур сжатой и

855464 а 10 см /с

d(a е, условные единицы

8 условные единицы

1 15 25 346 305 1,18 -0,84

1162 1,198 +0 67

1305 1,220 +2,58

2 5 20 1456

3 5 15 1467

ВНИИПИ Заказ 6894/59 Тираж 907 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Проектная, 4 растянутой поверхностей образца использовалась дифференциальная медь — константановая термопара, сигнал которой усиливался усилителем типа И37, измерялся цифровым вольтметром типа TR-1652 и регистрировался цифропечатающими устройством .типа 3512а-3535а. Опыты производились

Из таблицы видно, что вычисленные значения коэффициента температуропроводности по данным опытов методом адиабатного изгиба образца иэ полиметилметакрилата находятся в удовлетворительном согласии со справочным значением коэффициента температуропроводности на данный материал.

Способ определения коэффициента температуропроводности твердых тел методом адиабатного изгиба образца позволяет устранить внешние нагревательные устройства и, вместе с тем, исключить погрешности, связанные с наличием контактных термических со противлений в испытательной зоне образца, что ведет к существенному повышению точности определения истинного коэффициента температуропроводности.

Формула изобретения

Способ определения коэффициента температуропроводности твердых тел при температуре образца 295еK. Продолжительность одного опыта не превышала 10-25 с.

В таблице указаны данные опытов, которые проводились при различных значениях величины изгибающего момента, а также результаты расчетоэ, выполненных по формуле (1). в начальной стадии нестационарного режима теплопроводности, при котором в разные моменты времени определяют температуру образца в двух точках, отличающийся тем, что, 2S с целью повышения точности определения истинного коэффициента температуропроводности,теплоизолированиый призматический образец подвергают поперечному изгибу, затем регистри () руют величину алгебраической разности температур сжатой и растянутой поверхностей образца в разные моменты времени и по этим данным определяют коэффициент температуропроводности.

35 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Осипова В.А. Экспериментальное определение процессов теплообмена.

М., Энергия, 1969, с. 96.

2. Осипова В.А. Экспериментальное определение процессов теплообмена.

М., Энергия, 1969, с. 152 (прототип).