RU1784889C - Способ определени теплопроводности материалов - Google Patents

Abstract

Способ определени  теплопроводности материалов относитс  к технической физике , в частности к теплофизическим измерени м . Сущность способа заключаетс  в Следующем: на теплоизолированную за счет охранного кольца поверхность полубесконечного в тепловом отношении исследуемого тела воздействуют источником тепла. Измер ют мощность теплового источника и разность температур в двух точках, расположенных под Охранным кольцом на заданном рассто нии друг от друга в радиальном направлении по отношению к источнику тепла, а теплопроводность определ ют с учетом величины радиуса теплового источника,

Description

10

С

Изобретение относитс  к технической физике, в частности к теплофизическим измерени м .

Известен способ измерени  коэффициента теплопроводности, состо щий в создании перепада температуры на плоском образце за счет его теплового контакта с двум  средами разной температуры, измерении в квазистационарной стадии опыта лерелада температуры на образце и скорости изменени  температуры одной из поверхности образца, при этом на верхней поверхности образца выдел ют и измен ют мощность, обеспечивающую нулевую разность температур между нею и контактирующей с ней средой, дополнительно измер ют скорость изменени  температуры на нижней поверхности образца и рассчитывают коэффициент теплопроводности по соответствующей формуле

Недостатками известного способа  вл ютс : необходимость нарушени  целостности исследуемого тела (надо изготовить плоский образец); малое быстродействие: требуетс  выждать врем  установлени  нулевой разности температур между верхней поверхностью образца и контактирующей средой; больша  трудоемкость: необходимо наличие двух сред разной температуры, измерение перепада температур на образце и скорости изменени  температуры на обеих поверхност х образца.

За прототип прин т способ неразрушающего контрол  теплофизических характеристик материалов, состо щий в тепловом воздействии на теплоизолированную поверхность полубесконечного в тепловом отношении исследуемого тела от источника тепла, измерении времени достижени  максимальной избыточной температуры в заданной точке поверхности тела rmax,

vi

00

4

00 00

о

тепла Q

прин то посто нным за

измерении мощности источника тепла, при этом обеспечивают посто нную мощность W источника тепла, до момента достижени  максимальной избыточной температуры в заданной точке поверхности, затем мощность источника тепла измен ют обратно пропорционально корню квадратному из времени и замер ют величину максимальной избыточной температуры в точке приложени  источника тепла Т0 max, а искомые теплофизйческйй характеристики определ ют по соответствующим формулам с учетом измеренных W0, rmax и Tmax.

Недостатками способа  вл ютс  мала  точность, так как не учитываютс  размеры источника тепла (он прин т точечным); в течение времени достижени  максимальной температуры удельное количество

Ж

j .счет поддержани  посто нства мощности

источника тепла; в действительности же температурное поле претерпевает искажени  из-за краевого эффекта (отклонени  от плоской формулы), следовательно, измен етс  площадь изотермической поверхности, что приводит к непосто нству величины Q; возможно вли ние излучени  источника тепла на термопары, замер ющие соответствующие температуры; малое быстродействие из-за необходимости ожидани  времени достижени  максимальной избыточной температуры в заданной точке поверхности .

Цель изобретени  - повышение точности измерени .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что теплоизолированную за счет охранного кольца поверхность полубесконечного в тепловом отношении исследуемого тела воздействуют источникомчтепла, провод т температурные измерени  в заданных точках поверхности, измер ют мощность Q теплового источника, кроме того, измер ют разность температур Л Т в двух точках, расположенных под охранным кольцом на рассто нии х друг от друга в радиальном направлении по отношению к источнику тепла, а теплопроводность определ ют по следующей формуле с учетом величины радиуса R теплового источника

. Я ДТ-R х

л irfoi .TX + 1.24R Вт

х 0.168 In . , в /

Лх +5,04 R м . о

Наличие совокупности существенных признаков: измерение разности температур в двух точках, расположенных под охранным кольцом на определенном рассто нии друг от друга, учет величины радиуса теплового источника обеспечит повышение

точности измерени .

Сущность способа заключаетс  в следующем .

На теплоизолированную за счет охранного кольца поверхность исследуемого тела

0 устанавливают торцовой поверхностью цилиндрический источник тепла и сообщают последнему посто нную мощность. Затем измер ют разность температур в двух точках , расположенных под охранным кольцом

5 на определенном рассто нии друг от друга в радиальном направлении, кроме того, измер ют мощность теплового источника. Зна  значение этих параметров, определ ют теплопроводность с учетом величины

0 радиуса теплового источника по соответствующей формуле.

Согласно закону Фурье количество теплоты , проход щее в единицу времени через площадь Ризотермической поверхности

5

Q--A F

dT

(О

W8T

где п - нормаль к изотермической поверхности .

0 Обычно при пользовании формулой (1) считывают площадь F посто нной благодар  применению охранного кольца. Однако в действительности это условие не выполн етс  вследствие краевого эффекта, привод 5 щего к искажению температурного пол  (отклонению его от плоской формы).

Изотермическа  поверхность проходит по исследуемому телу как непосредственно под источником тепла в виде посто нной

0 торцовой поверхности цилиндра радиуса R, так и проника  под охранное кольцо и распростран  сь в виде части увеличивающейс  поверхности тора радиуса г. Очевидно, R const, a r - непрерывно воз5 растающа  величина.

Найдем соотношение дл  расчета площади F изотермической поверхности. Элемент поверхности тора равен

50

dFT r-f.

(2)

тогда F   R2 + оТт 2 ar(R + -Ј-). (3)

55 Подставл   (2) в (3), найдем искомую площадь:

+ л2 Rr +

(4)

Подставл   выражение (4) в (1), получим

0 -А(ЯЯ2+ )-Јf. Разделим переменные: -/dT

Q./.dr

Тп л,2,

--jrRr + R2

(5)

В соотношении (5) интеграл можно свести к табличному, введ  следующие обозначени 

а -у-; b - JtR; с R2; г х; Д 4ас - Ь2 - ttR2(2 - л} 0.

Тогда решение уравнени  (5) будет иметь вид

А Q 1. 2 эх + ь - V -А Q ir ln2ax-fb+v/-A I

J JTx + JTR - R (Я - 2 )

RVjr(rc-2) ШЛх+7ГР- Улг( -2)

- Q . t . ЛГх + 1,24 R Я  1.9 R ЛГх -f-5,04R

т.е. Д Т

Q . mfiflin TX + 1.24R ,ftv TIT ° 1681п х+5,04Р )

Из соотношени  (6) получаем окончательное расчетное соотношение дл  коэффициента теплопроводности

/

1 Q -mftoin Ях + 1.24 К /чч Я AT-R °-168|п  х4-5,04Р

где А Т - разность температур в двух точках поверхности исследуемого тела, отсто щих друг от друга на величину базы х в Ј5

Ю

,5

15

0

0

5

радиальном направлении. Целесообразно базу х выбирать под охранным кольцом: это позволит устранить вли ние излучени  источника тепла на термопары, замер ющие величину А Т.

По сравнению с прототипом предлагаемый способ обладает более высокой точностью вследствие учета размеров источника тепла, действительной величины изотермической поверхности и исключени  вли ни  теплового излучени  на результаты измерени  температуры.

Кроме того, предлагаемый способ характеризуетс  и большим быстродействием , так как исключает необходимость ожидани  времени достижени  максимальной избыточной температуры в заданной точке поверхности.

Технико-экономическа  эффективность способа вытекает из повышени  точности измерени .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ определени  теплопроводности материалов, состо щий в тепловом воздействии на теплоизолированную посредством охранного кольца поверхность полубесконечного в тепловом соотношении исследуемого тела, температурных измерени х в заданных точках поверхности, измерении мощности источника, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, измер ют разность температур в двух точках , расположенных под охранным кольцом на заданном рассто нии друг от друга в радиальном направлении по отношению к источнику тепла, а теплопроводность определ ют с учетом радиуса теплового источника по формуле

   А

   Q

   AT- R

   0,168 In

   лгх + 1.24 R Ях +5,04 R

   где Q - мощность теплового источника, Вт; Д Т - разность температур, С; R - радиус теплового источника, м.