Способ определения теплофизических параметров в капиллярно- пористых телах

 

О П И С А Н И Е (1о994969

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советсиик

Социапистнчесинк

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22)Задавлено 02.09.81 (21) 3337537/18-25 с присоединением заявки М (23) Приоритет (5l)N. Кд.

G О1 и 25/18

Гесумрстаеккью каактат

СССР

Опубликовано 07.02.83. Бюллетень М 5 ю елан кзебре еккй и вткрытий

{53)УДК 536.. 6 (088. 8) Дата опубликования описания 10.02.83

Г:-::= -:", 1 уральский научно-исследовательский и 4 ekrний инееитут строительных материалов (72) Автор изобретения (7l) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ

ПАРАМЕТРОВ В КАПИЛЛЯРНО-ПОРИСТЫХ

ТЕЛАХ

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам измерения и испытания теплофизических параметров, и может быть использовано при исследованиях тепломассопереноса в капиллярно-пористых телах, подлежащих тепловлажност.ной обработке в сочетании с,другимитехнологическими воздействиями, например при термообработке бетонных изделий на конвейере с применением виброударного уплотнения, при сочетании сушки с вибрацией слоя. сыпучего материала, при пропитке нагретых капиллярно-пористых материалов раз:15 личными, например, полимерными составами, при процессах в массообменных аппаратах .и т.п., а также при использовании аналитических решений тепломассообмена.

Известен способ определения и контроля теплофизических характерис" тик и параметров переноса в капилляр нопористых телах, предусматривающий контроль теплофизических характеристик путем введения теплового импульса и замера температуры в точке на заданном расстоянии от источника нагрева с помощью двух термопар с различной теплоемкостью 1 ).

Недостатком данного способа является недостаточная точность измерений при исследованиях, проводимых на влажных капиллярнопористых материа" лах.

Ближайшим техническим решением к изобретение является способ определения теплофиэических характеристик в капиллярнопористых телах, заключающийся в -создании на поверхности образца теплового импульса с последующим измерением скорости распространения температурной волны и определением теплопроводности (2 )..

Однако использование известного способа для измерения теплофизических параметров переноса в материалах, имеющих бопее высокую и изменяющуюся по сечению изделия влажность, при которой процесс переноса тепла протекает взаимосвязанно с массопереносом (например, в технологических процессах обработки материалов), приводит к значительным погрешностям, обусловленным измерением интегральных, а не локальных значений влажности, а также вследствие возникновения дополнительной составляющей t0 потока тепла, которая, в зависимости от свойств материала, может усиливать или замедлять перенос тепла а, следовательно, и влиять на скорость распространения тепла и температуропро- 15 водность. Вследствие этого способ не позволяет оценить степень влияния взаимосвязанного тепломассообмена на теплофизические параметры переноса в капиллярнопористых телах. 20

Целью изобретения является повышение точности определения параметров при испытании влагонасыщенных образцов и расширение функциональной возможности способа для определения сте- 25 пени влияния на эти параметры взаимосвязанного тепломассообмена и импульсных физико-механических воздействий в технологических процессах.

Цель достигается тем, что согласно 50 способу определения теплофизических характеристик в капиллярно-пористых телах, заключающемся в создании на поверхности образца теплового импульса с последующим измерением скорости распространения температурной волны и определением теплопроводности, в образце устанавливают массопотенциалометры сопротивления, высушивают его до постоянного веса, затем увлажняют до требуемого уровня, после чего приводят в состояние изопотенциального равновесия, фиксируемого массопотенциалометрами, установленными в образце, и дополнительно производят замеры локальных значений температуры и потенциала массопереноса, подвергая влажный образец воздействию импульса тепла, а затем импульсу Физико-механического воздействия, и по получен50 ным данным определяют теплофизические параметры.

Сущность предлагаемого способа заключается в новых условиях подготовки контрольного образца, предусматри55 вающих дополнительную установку дат-. чиков измерения локальной влажности, предварительное высушивание - увлажнение, приведение в состояние изопотенциального равновесия, соответствующего равномерному распределению влаги и температуры, а также новые условия испытания, а именно приложение теплового импульса сначала к воздушно сухому образцу, а затем к образцу, увлажненному до требуемого уровня, с последующим одновременным или последовательным приложением импульса Физико-механического воздействия, фиксация измерений локальных значений температуры и потенциала массопереноса, определение по ним расчетным путем теплофизических параметров теплопереноса и взаимосвязанного тепломассопереноса, в том числе при влиянии на него импульсных физико-механических воздействий, сравнительная оценка получаемых результатов.

Способ заключается в следующем.

Берут контрольный образец, напри-. мер, в виде полуограниченного цилиндра, устанавливают вдоль его оси датчики температуры и влажности., например термопары и массопотенциалометры сопротивления, высушивают образец до воздушно-сухого состояния, подвергают один из торцов импульсному воздействию тепла путем приведения в контакт с плоским источником тепла. Известным способом расчитывают скорость распространения фронта температурной волны и локальное значение температуропроводности, фиксируя интервал времени, в течение которого температура в контролируемом сечении достигнет максимума. Полученные значения параметров принимают за стандартные, с которыми сравнивают все последующие измерения.

Затем образец увлажняют до требуемой влажности, превышающей гигроскопическую, полностью тепло-влагоизолируют и термостатируют при 2025 C для приведения в состояние изоа потенциалометров. Вновь подвергают рабочий торец цилиндра импульсному воздействию тепла,а затем, одновременно или последовательно с ним, импульсу физико-механического воздействия, например акустическими, элект. ромагнитными, ударными волнами, вакуумированием, увлажнением и т.п.

Фиксируют изменение во времени локальных значений температуры и потенциала массопереноса. Расчетным путем определяют скорость распространения импульсы тепла, одновременно или последовательно с которым создают, например, импульс вакуума, контролируют изменение локальных значений температуры и потенциала массопереноса. По полученным значениям определяют расчетом температуропроводность при взаимосвязанном тепломассопереносе, в том числе с учетом импульсного вакуумирования. Сравнивая результаты, полученные на воэдушносухом и влажном образце от воздействия импульса тепла,"а также на влажном образце от воздействия импульсом тепла и вакуума, .устанавливают степень влияния вэимосвязанного тепломассопереноса и импульсного физикомеханического воздействия вакуумированием на теплофизические параметры.

Так, например, установлено, что скорость переноса тепла, характеризуемая скоростью распространения фронта максимума температурной волны, при взаимосвязанном тепломассопереносе в гипсовом цилиндре, имеющем влажность 10- 123, в 1,5 раза, а при дополнительном воздействии вакуума в 5-,7 раз выше, чем в воздушно-сухом цилиндре.

Преимуществом предлагаемого способа является повышение точности при влажность от гигроскопической до максимального насыщения, и расширение возможнЬстей способа для определения теплофизических параметров при взаимосвязанном тепломассопереносе и внешних импульсных физико-механических воздействиях на капиллярнопористые тела в технологических процессах.

Определяя степень влияния этих воздействий на теплофизические параметры, можно изыскать способы дополнительной интенсификации теплопереноса.

Способ обеспечивает также дополнительную возможность определения скорости переноса влаги и влагопроводности.

Для этого используются показания массояотенциалометров сопротйвления, которые подвергаются расчетной обра- ботке, аналогичной обработке показаний термопар.

Способ определения теплофизических параметров в капиллярно-пористых телах, заключающийся в создании

5 9949б9 4 температурной волны и температуропроводность при взаимосвязанном тепломассопереносе. Степень влияния взаимосвязанного тепломассопереноса-и импульсных физико-механических воздействий на теплофизические параметры определяют, сравнивая полученные результаты с параметрами воздушносухого образца.

Пример. Иэ исследуемого мате- 10 риала готовят контрольный образец в форме цилиндра с размерами: диаметр . 30 мм, высота 150 мм. В процессе иэ. готовления вдоль оси цилиндра устанавливают термопары и массопотен- — ts циалометры сопротивления. Первые . датчики устанавливают на глубине

5 мм от рабочего торца цилиндра, по- . следующие — через каждый 30 мм. Образец помещают в сушильный шкаф и 20

- высушивают до постоянного веса. За- . тем приводят рабочий торец в крат-ковременный контакт (не более 15 c) с плоским источником тепла, имеющим температуру 300ОС, теплоизолируют 2 и в течение 2 ч фиксируют изменение локальных значений температуры и потенциала массопереноса по длине ци-линдра. По времени 7„, „ достижения максимальной температуры „ в конт-Зо яза х ролируемом сечении х определяют расчетом скорость распространения Фрон испытании образцов, имеющих любую .та температурнойволны ч=(Дхп,а„/di и температуропроводность по формуле а =

2 " ах где а — температуропроводность; х - расстояние контролируемого сечения от рабочего торца; 40

Т„, „ - время достижения максимума температуры в. контролируемом сечении.

Затем помещают образец в воду, например, на 5 мин. Полностью теплои влагоизолируют его поверхности и .помещают в термостат с температурой

20 С. Выдерживают в термостате до наступления изопотенциального равновесия, соответствующего равномер- ному распределению влаги в цилиндре и фиксируемого по постоянству значений потенциала массопереноса во всех его сечениях. Вновь подвергают рабочий торец цилиндра нагреву 15. с, формула изобретения а затем 2 ч контролируют изменение температуры и потенциала массопереноса вдоль оси цилиндра. После этого. вновь прикладывают к рабочего торцу

Составитель А. Платова

Редактор П. Коссей Техред И, Гайду Корректор Е. Рошко

Заказ 630/28

Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР яо делам изобретений и открытий

113035, Москва, N-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 994969 8 на поверхности образца теплового им и дополнительно производят замеры пульса с последующим измерением ско- локальных значений температуры и порости распространения температурной тенциала массопереноса, подвергая волны и определением теплопроводнос- влажный образец воздействию импульса ти, о т л и ч а io шийся тем, тепла, а затем импульсу физико-мехачто, с целью повышения точности оп- нического воздействия, и по полученределения параметров, в образце ус- ным данным определяют теплофизические танавливают массопотенциалометры со- параметры. противления, высушивают его до по- Источники информации, стоянного веса, затем увлажняют до 10 принятые во внимание при экспертизе требуемого уровня, после чего приво- 1. Авторское свидетельство СССР дяде в состояние изопотенциального У 761892, кл. G 01 и 25/56, 1978. равновесия, фиксируемого массопотен- 2. Авторское свидетельство СССР циалс метрами,установленными в образце, Р 800846,кл. G 01 И 25/18,1979 прототип