Способ определения теплофизических параметров вещества
Союз Советскик
Социалистических
Реснубпик
ОП ЫСАНЫЕ
ИЗОВРЕТЕ Н ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
{22) Заявлено 14.08.8 1 (2 I ) 3331600/18-25 с присоединением заявки М (53)М. Кл.
601 И 25/18
Гасударственный кеантет (23) Приоритет
Опубликовано 23.01.83. Бюллетень 44 3
Дата опубликования описания 23.01.83
Ilo аевеи кзабретеннй и етерытий (53) УДК 536, B(088.8) г ро Ф Р 1 г . - . f
* р ll
Московский ордена Ленина, ордена Омеябрвской, Революиии / и ордена Трудового Красного Знамени госуДщщвеннЬтй / университет им. М. В, Ломоносова (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ
ПАРАМЕТРОВ ВЕЩЕСТВА .
Изобретение относится к исследованию теплофизических параметров вещества, в частности к геофизичесям исследованиям на акваториях с целью определения физических характеристик донных осадков.
При этом определяемыми параметрами является коэффициент теплопроводности
) и коэффициент температуропроводности Ж.
Известен способ определения теплофизи-, чесиих пара. метров вещества, заключающийся в измерении процесса изменения температуры, создаваемой в результате теплового взаимодействия изучаемой среды и внедряемого в нее штлиндрического зонда 1 1 .
Однако при изучении удаленных обьектов, например при глубоководных изме рениях, разность температуры зонда и среды является величиной нерегулируемой, - zo пос. ольку при указанных измерениях начальная температура зонда равна температуре придонного саоа воды. Следствием этого является малая начальная разность температуры зонда и среды и соответст венно низкая точность определения теплофизических параметров.
Наиболее близким к изобретению является способ определения теплофизических параметров вещества, заключающийся в измерении изменения температуры, созда» ваемой объемным нагревательным элементом,, расположенным в шятиндрическом зонде, помещенном в исследуемую среду (21 .
Недостатком указанного способа as ляется малая точность проводимых изме, рений, связанная с сильным влиянием неконтролируемой величины контактного теплового сопротивления между зондом и исследуемой средой, а также с необходимостью осуществлять нагрев столь длительное время, чтобы кривая те мттера» тура-время вьвпла на асимптоту.
Необходимость использования именно асимптотическнх участков кривой темпера3 9912 тура-время связано с тем обстортельсч вом, что только по этим участкам возможно раздельное определение параметров Х и Я.. Даже незначительные ошибки в определении наклона асимптоты приводят 5 к большим ошибкам в определении теплофизических параметров среды, которые вычисляются графически по экспериментально найподеш|ым температурным кривым. о
Целью изобретения является повышение то.пюсти и уменьшение времени изме, рений.
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения тепло- 15 физических параметров вещества, заключающемуся в измерен и изменения температуры, создаваемой объемным нагревательным элементом; расположенным в цил>пщрическом зонде, помещенном в исследуемую среду, измеряют -зменение температуры в точках среды на некотором расстоянии К от зонда, па котором расположен нагреватель (таким образом, измеритель температуры не совмещен с нагревателем в отличие от существующих методов), при этом расстояние от точки измерения температуры до оси зонда выбирают не меньше, чем полтора радиуса зонда и не более одной десятой его дгппы,, а теплофизические параметры вещества определяют путем сравнения полувоенной температурной кривой с теоретической, расчита|шой для среды с заданными значен иьп теплофизических параметров.
З5
Первое требование вытекает из необходимости соблюдения таких условий эксперимента, при которых имеет место подобие тепловьm. процессов. Теоретически такое подобие требуемое для раздель 1
4О ного определения ) u Х, имеет место прп Y 7r 1.,5Го, где pp - радиус нагреваемого зопда. Второе условие вытекает из необходимости собпости приближение реального зонда к зсшду теоретически
45 бесконечной длины, для которого оказывается возможным раздельное определение )- и К. Это приближение для зонда ограниченной длины с необходимой для практики точностью имеет место, если расстояние от точки измерения до цент50 ра зонда не превышает 0,1 его длины.
При этом точка измерения температуры в среде должна располагаться на перпендикуляре, проведенном к оси зонда через .точку Ь, где 1; — длина зонда. Теплофизические параметры вещества вычисля ют путем сравнения полученной температурной кривой с теоретической кривой, 73 4 рассчитанной для среды с известными значениями теплофизических параметров.
Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.
Помещают цилиндрический зонд с коэффициентом теплопроводности . и коэффициентом температуропроводности Ж q в исследуемую среду с соответствующими параметрами -2 и 3 . Радиус зонда 1"о .
В некоторый момент времени 4 =0 в . нем начинает действовать объемный источник тепла с удельной мощностью (с,.
На расстоянии Г T "о от центра нагревательного зоцца измеряется температура среды.
Температура среды в этом случае для, зонда бесконечной длины определяется соотношением, 28 т ) т (лзр ) О) =j l o; +=X,å/-; х= я х=х, /м„
-время; зависимость Т, (., Ь,) выражается аналитически в виде интегральной формулъц
При распространении теплового потока постоянной мощности от линейного источшьчка имеет место условие подобия температурного поля в различных точках
t среды в моменты времен 4< и 4,2 такие, что (,2 ) где „, у- — расстояние от источника тепла; ф,, — соответствующие моменты
7 времени, когда, достигается одна и та же темперагура в точках V
Лля источника конечного радиуса У", условия подобия выполняются приближенно. Проверка проводилась численными расчетами при разли ных значениях параметров )„, g, P Ь и показала, что уже при F )r 1,5,.условия подобия выполняются с погрешностью не более
3-5 /о. При этом для двух сред 1 и 2 .с параметрами ., Хц, Ж и 3 для всей обпасти изменений,Х. и Э имеет место соотношение (1 Ж (1)
/ когда.
5 091273 6
1 L >2 и Т >22 о и Т относятся к средам - ° В данном случае, если интервалы оъ1 и 2 соответственно
Ф счета достаточно машы, можно использо-
В равенстве (2) индексы (1) и (2),вать только начальный участ>ж кривой означают измерения, проводимые в сре- нагрева, что сокращает время измерений дах с параметрами X<,air< и 7, Х< соот 5 без потери необходимой точности. Так, например, при радиусе стильного занда
Таким образом, график функций Т (6) 1; О, 1 см и Ж 0,12 АР/С пред- может оыть практически полностью сов- лагаемым способом можно .польэовмься, мешен с графиком Т, Ж (} путем рас- до истечении времени 6 от момента тяжения его по оси абсцисс в »» 10 включения нагревателя
Я2 о
2 ("Ц 24 ) раз.
Если вести измерения в некоторой эталоннои среде, т.е. в среде с извес Л" о.„7 ными теплофизическими параметрами, то о абсолютные значения температуры в сре-- t5, Использование предложенного способа.
=o 3 определения теплофизических параметров ся выражением в сравнении с существующими способами, о»1еспечивает увеличение эффективности ъ . — —. и точности определений.
g (r 4)=- — — 1оэ (з > +}> Ю
Формула изобретения
2. Ноп Hersen R.P. Иахие!1 А.Е.
The measurements of thermal conductivity of deep-sea sediments by a needle probe method. J. Geophys. Res.
1969, vol 612, И 86 (прототип).
Тираж 871 Подписное ВНИИПИ Заказ 121/60
4>илнал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, .4 а в среде с параметрами 2»,, 3С2» и при тех же значениях Р, Vð и Я„соответсч венно . 25
В.силу отмеченных особенностей кри- 30 вая Т2» (2",.6) может бып» совмещена с кривой Т2 (Г,4 ) путем растяжения вертикального масштаба в >1.->М,х раз и горизонтально в X2»/ X раз. Лве кривые с такими свойствами, построенные в билогарифмическом масштабе, приобретают полностью идентичную форму и отличаются только параллельным сдвигом относительно осей координат.
Таким образом если известны пара 4О метры. 3.,2 и Х, зонда, можно определить теплофизические параметры среды, совмещая экспериментальные и теоретические кривые, построенные в билогарифмических координатах. Смещение начала координат по оси абсцисс С и ординат
< 2» относительно начала координат теоре-
>тической кривой С, 39 дает значение параметров среды, ), С (l32» 50 .х эс
Х Э
Точность совмещения кривых зависит от количества измерений щ2и экспертизе, т.е. от времени наблюдений.
Способ определения теплофизических параметров вещества, закпючаюшийся в измерении изменения температуры, созда>ваемой объемным нагревательным зле ,ментом, расположенным- в цилиндрическом зонде, помещенном в исследуемую среду, отличающийся тем, что, с ,целью повышения точности и уменьшения времени измерений, определяют изменение температуры в точках среды, находшцих ся за пределами зонда, причем patccTos
:ние от точки. измерении темпе2эатуры до оси зонда выбирают не меньш ч 4 полтора радиуса зонда и не более одной де-. сятой его длины, а теплофизические параметры вещества определяют путем срав:нения полученной температурной кривой с теоретической кривой, рассчитанной для среды с заданными значениями теплофи зических. параметров.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Волькенштейн В. С. Скоростной метод определения теплофизических характеристик материалов. IL, Энергия", 1971.
