RU2189581C2 - Method of determination of effective heat conductivity of powder materials - Google Patents
Method of determination of effective heat conductivity of powder materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2189581C2 RU2189581C2 RU2000131070/28A RU2000131070A RU2189581C2 RU 2189581 C2 RU2189581 C2 RU 2189581C2 RU 2000131070/28 A RU2000131070/28 A RU 2000131070/28A RU 2000131070 A RU2000131070 A RU 2000131070A RU 2189581 C2 RU2189581 C2 RU 2189581C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder
- gas
- coefficient
- thermal conductivity
- gas permeability
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к способам определения физических свойств материалов, в частности к исследованию эффективной теплопроводности порошков из металлов и оксидов. The invention relates to methods for determining the physical properties of materials, in particular to the study of the effective thermal conductivity of powders of metals and oxides.
В практике определения эффективной теплопроводности (λэ) порошков используются источники тепла, в частности и в методе цилиндра, когда исследуемый материал размещается в зазоре между двумя коаксиальными цилиндрическими стенками с нагревателем, расположенным по оси сборки, и при известном стационарном потоке тепла по разности температур стенок рассчитывается величина λэ по формуле бесконечного цилиндра [1].In the practice of determining the effective thermal conductivity (λ e ) of powders, heat sources are used, in particular in the cylinder method, when the test material is placed in the gap between two coaxial cylindrical walls with a heater located along the assembly axis and with a known stationary heat flux over the wall temperature difference the value of λ e is calculated by the formula of an infinite cylinder [1].
Однако существует целый класс пожаро- и взрывоопасных порошков, исследование эффективной теплопроводности которых методами, использующими нагрев порошка, невозможно, кроме того, эти методы достаточно трудоемки, особенно в области высоких температур. However, there is a whole class of fire and explosive powders, the study of the effective thermal conductivity of which by methods using powder heating is impossible, in addition, these methods are quite laborious, especially at high temperatures.
Известно, что
λэ = λк+λг+λp,
где λк - теплопроводность каркаса, т.е. твердой части порошкового материала;
λг - теплопроводность, обусловленная наличием газа;
λp - радиационная теплопроводность.It is known that
λ e = λ k + λ g + λ p ,
where λ k - thermal conductivity of the frame, i.e. solid part of the powder material;
λ g - thermal conductivity due to the presence of gas;
λ p - radiation thermal conductivity.
При диаметре частиц не более 4...5 мм и в диапазоне температур, когда радиационная составляющая отсутствует, идентификация λк и λг существенно упрощается [2].With a particle diameter of not more than 4 ... 5 mm and in the temperature range when the radiation component is absent, the identification of λ k and λ g is significantly simplified [2].
О влиянии давления газовой среды на теплообмен известно из справочной книги [3] , где представлен широкий спектр данных. Согласно этим данным каркасная составляющая, определяемая в вакууме, пренебрежимо мала на фоне роли газа. Характеристикой порошка, определяющей возможность циркуляции газа в нем, является газопроницаемость, как вероятность перемещения молекул газа в дисперсной среде и, следовательно, переноса энтальпии. Однако способы определения λэ, учитывающие газовую составляющую теплопроводности через измерение газопроницаемости материалов, до сих пор неизвестны.The effect of gas pressure on heat transfer is known from the reference book [3], which presents a wide range of data. According to these data, the frame component, which is determined in vacuum, is negligible against the background of the role of gas. The characteristic of the powder, which determines the possibility of gas circulation in it, is gas permeability, as the probability of movement of gas molecules in a dispersed medium and, therefore, enthalpy transfer. However, methods for determining λ e , taking into account the gas component of thermal conductivity through the measurement of gas permeability of materials, are still unknown.
Задачей изобретения является создание способа определения эффективной теплопроводности порошковых материалов по газовой составляющей теплопроводности порошка без его нагрева. The objective of the invention is to provide a method for determining the effective thermal conductivity of powder materials by the gas component of the thermal conductivity of the powder without heating it.
Указанная задача решена тем, что в порошковом материале сначала производят измерение коэффициента газопроницаемости порошка с выделением из полученной величины составляющей скольжения коэффициента газопроницаемости порошка, и, используя предварительно установленный коэффициент пропорциональности между газовой составляющей коэффициента эффективной теплопроводности порошка, коэффициентом теплопроводности газа и коэффициентом газопроницаемости порошка, после чего по полученным данным рассчитывают коэффициент эффективной теплопроводимости порошка по формуле:
λэ = Kλ•λ0•lg(g/gc),
где λэ - коэффициент эффективной теплопроводности порошка;
Kλ - коэффициент пропорциональности;
λ0 - коэффициент теплопроводности газа;
g - коэффициент проницаемости порошка;
gc - составляющая скольжения коэффициента проницаемости порошка.This problem is solved by the fact that in the powder material the gas permeability coefficient of the powder is first measured by extracting the powder gas permeability coefficient from the obtained slip component, and using a pre-set proportionality coefficient between the gas component of the powder effective thermal conductivity coefficient, the gas thermal conductivity coefficient and the powder gas permeability coefficient, after what according to the received data calculate the coefficient of effective heat rovodimosti formula powder:
λ e = K λ • λ 0 • log (g / g c ),
where λ e is the coefficient of effective thermal conductivity of the powder;
K λ is the coefficient of proportionality;
λ 0 - thermal conductivity of the gas;
g is the coefficient of permeability of the powder;
g c is the slip component of the powder permeability coefficient.
Пример осуществления способа
На устройстве [4] с осевым расположением нагревателя были проведены измерения эффективной теплопроводности на порошках фракций: <40; 125...180; 200. ..280; <280 мкм двух сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu, изготовленных методом пульверизации в различных условиях (в лаборатории - тип I, на промышленной установке - тип II). Теплопроводность была определена при четырех значениях давления воздуха: 4•10-2; 1.0; 100; 740 мм рт. ст. Минимальному газосодержанию эффективная теплопроводность (λэ) соответствует каркасной, т.е. λэ = λк.
Далее измерялся коэффициент проницаемости (g) на установке, представленной на фиг.1. При обработке результатов измерений использовалось соотношение:
где Qг- газовый поток;
S - площадь поперечного сечения образца;
ΔP,ΔP0 - перепады давления соответственно на заполненной порошком и пустой измерительной емкости при одном и том же расходе газа;
μ - молекулярный вес газа;
R - универсальная газовая постоянная;
Т - температура.An example of the method
On the device [4] with the axial arrangement of the heater, measurements of the effective thermal conductivity on the powders of fractions were performed: <40; 125 ... 180; 200. ..280; <280 μm of two alloys of the Al-Zn-Mg-Cu system manufactured by spraying under various conditions (in the laboratory - type I, in an industrial installation - type II). Thermal conductivity was determined at four values of air pressure: 4 • 10 -2 ; 1.0; 100; 740 mmHg Art. The effective gas conductivity (λ e ) corresponds to the frame content, i.e. lambda e = λ k.
Next, the permeability coefficient (g) was measured in the installation shown in figure 1. When processing the measurement results, the ratio was used:
where Q g is the gas stream;
S is the cross-sectional area of the sample;
ΔP, ΔP 0 - pressure drops respectively on the powder filled and empty measuring capacity at the same gas flow rate;
μ is the molecular weight of the gas;
R is the universal gas constant;
T is the temperature.
На основании полученных данных строился график зависимости 
На фиг. 3 приведена найденная в ходе измерений зависимость газовой составляющей теплопроводности (λг) от lg(g/gc), которая показывает наличие связи между вкладом газа в эффективную теплопроводность порошка и его проницаемостью. Отсюда очевидно существование закономерности:
λг = Kλ•λ0•lg(g/gc),
где λ0 - коэффициент теплопроводности газа;
Kλ - коэффициент пропорциональности, отражающий связь газовой составляющей эффективной теплопроводности порошка с теплопроводностью газа и газопроницаемостью материала. Характер изменения коэффициента Kλ (фиг.4) близок к линейному с тенденцией уменьшения по мере роста газопроницаемости.In FIG. Figure 3 shows the dependence of the gas component of thermal conductivity (λ g ) on log (g / g c ) found during the measurements, which shows the presence of a relationship between the contribution of the gas to the effective thermal conductivity of the powder and its permeability. Hence the existence of a pattern:
λ g = K λ • λ 0 • log (g / g c ),
where λ 0 is the coefficient of thermal conductivity of the gas;
K λ is the coefficient of proportionality, reflecting the relationship of the gas component of the effective thermal conductivity of the powder with the thermal conductivity of the gas and the gas permeability of the material. The nature of the change in the coefficient K λ (Fig. 4) is close to linear with a tendency to decrease with increasing gas permeability.
Использование предлагаемого способа показало, что газовая составляющая эффективной теплопроводности (λг) составляет 94...98% от эффективной теплопроводности (λэ), что, исходя из соотношения λэ = λк+λг, дает основание считать λэ практически равным λг. Заявляемый способ впервые позволил использовать влияние газовой составляющей для определения с достаточной степенью точности эффективной теплопроводности порошков без их разогрева, что особенно важно для пожаро- и взрывоопасных материалов. Накопление и систематизация исследовательских данных по коэффициенту газопропорциональности (Kλ) будет способствовать более широкому внедрению и совершенствованию предложенного способа. Более того, с использованием предлагаемого способа появляется возможность определения эффективной теплопроводности (λэ) при пониженном до уровня порядка 1 мм рт. ст. давления газовой среды, что особенно актуально при решении задач в области вакуумной техники. Кроме того, повышается уровень значимости и мотивации использования коэффициента газопроницаемости в вопросах теории и практики применения дисперсных материалов и, в частности, исследования в них явления аккомодации.Using the proposed method showed that the gas component of the effective thermal conductivity (λ g ) is 94 ... 98% of the effective thermal conductivity (λ e ), which, based on the ratio of λ e = λ to + λ g , gives reason to consider λ e practically equal λ g The inventive method for the first time made it possible to use the influence of the gas component to determine with a sufficient degree of accuracy the effective thermal conductivity of the powders without heating them, which is especially important for fire and explosive materials. The accumulation and systematization of research data on the coefficient of gas proportionality (K λ ) will contribute to a wider implementation and improvement of the proposed method. Moreover, using the proposed method, it becomes possible to determine the effective thermal conductivity (λ e ) when reduced to a level of about 1 mm RT. Art. gas pressure, which is especially important when solving problems in the field of vacuum technology. In addition, the level of significance and motivation for using the gas permeability coefficient in matters of theory and practice of using dispersed materials, and, in particular, studying the phenomenon of accommodation in them, is increasing.
Источники информации
1. Шашков А.Г., Волохов Г.М., Абраменко Т.Н. Методы определения теплопроводности и температуропроводности. М.: Энергия, 1973, 336 с.Sources of information
1. Shashkov A.G., Volokhov G.M., Abramenko T.N. Methods for determining thermal conductivity and thermal diffusivity. M .: Energy, 1973, 336 p.
2. Васильев Л.Л., Танаева С.А. Теплофизические свойства пористых материалов. Минск: Наука и техника, 1971, 268 с. 2. Vasiliev L.L., Tanaeva S.A. Thermophysical properties of porous materials. Minsk: Science and Technology, 1971, 268 p.
3. Дульнев Г.Н., Заричняк Ю.П. Теплопроводность смесей и композиционных материалов. Справочная книга. Л.: Энергия, 1974, 264 с. 3. Dulnev G.N., Zarichnyak Yu.P. Thermal conductivity of mixtures and composite materials. Reference book. L .: Energy, 1974, 264 p.
4. Авторское свидетельство СССР. Устройство для измерения теплофизических свойств дисперсных материалов в вакууме. 658455, кл. G 01 N 25/18, 1977. 4. Copyright certificate of the USSR. A device for measuring the thermophysical properties of dispersed materials in a vacuum. 658455, cl. G 01 N 25/18, 1977.
Claims (1)
λЭ = Kλ•λ0•lg(g/gc),
где λЭ - коэффициент эффективной теплопроводности порошка;
Kλ - коэффициент пропорциональности;
λ0 - коэффициент теплопроводности газа;
g - коэффициент газопроницаемости порошка;
gс - составляющая скольжения коэффициента газопроницаемости порошка.A method for determining the effective thermal conductivity of a powder material, characterized in that the gas permeability coefficient of the powder is first measured by extracting the powder gas permeability coefficient from the obtained slip component, and using a predetermined proportionality coefficient between the gas component of the powder effective thermal conductivity coefficient, gas thermal conductivity coefficient and powder gas permeability coefficient , then according to the data calculate the coefficient of effective thermal conductivity of the powder by the formula
λ E = K λ • λ 0 • log (g / g c ),
where λ E is the coefficient of effective thermal conductivity of the powder;
K λ is the coefficient of proportionality;
λ 0 - thermal conductivity of the gas;
g is the coefficient of gas permeability of the powder;
g with - component of the slip coefficient of gas permeability of the powder.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000131070/28A RU2189581C2 (en) | 2000-12-14 | 2000-12-14 | Method of determination of effective heat conductivity of powder materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000131070/28A RU2189581C2 (en) | 2000-12-14 | 2000-12-14 | Method of determination of effective heat conductivity of powder materials |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2189581C2 true RU2189581C2 (en) | 2002-09-20 |
Family
ID=20243330
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000131070/28A RU2189581C2 (en) | 2000-12-14 | 2000-12-14 | Method of determination of effective heat conductivity of powder materials |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2189581C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011081551A1 (en) * | 2009-12-31 | 2011-07-07 | Schlumberger Canada Limited | Method for core thermal conductivity determination |
| CN112083029A (en) * | 2020-08-13 | 2020-12-15 | 四川士达特种炭材有限公司 | Device and method for evaluating comprehensive performance of filler |
-
2000
- 2000-12-14 RU RU2000131070/28A patent/RU2189581C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011081551A1 (en) * | 2009-12-31 | 2011-07-07 | Schlumberger Canada Limited | Method for core thermal conductivity determination |
| RU2503956C1 (en) * | 2009-12-31 | 2014-01-10 | Шлюмберже Текнолоджи Б.В. | Method to determine heat conductivity of core |
| US8873700B2 (en) | 2009-12-31 | 2014-10-28 | Schlumberger Technology Corporation | Method for core thermal conductivity determination |
| CN112083029A (en) * | 2020-08-13 | 2020-12-15 | 四川士达特种炭材有限公司 | Device and method for evaluating comprehensive performance of filler |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Dimbat et al. | Apparatus requirements for quantitative applications | |
| EP0347571B1 (en) | Method of determining the thermal conduction coefficient of a material, and instrument for the measurement of same | |
| Freeman et al. | Low-permeability laboratory measurements by nonsteady-state and conventional methods | |
| Ehle et al. | Temperature dependency of ceramic nanofluids shows classical behavior | |
| RU2189581C2 (en) | Method of determination of effective heat conductivity of powder materials | |
| US2899281A (en) | Catalytic ozone analyzer | |
| Jayachandran et al. | Characterization of various two-phase materials based on thermal conductivity using modified transient plane source method | |
| Welsch et al. | Temperature of the eluent: a neglected tool in high-performance liquid chromatography? | |
| Gregg et al. | A variable-volume optical pressure-volume-temperature cell for high-pressure cloud points, densities, and infrared spectra, applicable to supercritical fluid solutions of polymers up to 2 kbar | |
| JPH1068660A (en) | Detecting method and detector of enthalpy difference | |
| RU2334977C2 (en) | Method of nondestructive measurement of thermalphysic properties of rocks at well cores | |
| Somerton et al. | Ring heat source probe for rapid determination of thermal conductivity of rocks | |
| Kunii et al. | Thermal conductivities of porous rocks filled with stagnant fluid | |
| Kraft et al. | Determination of load dependent thermal conductivity of porous adsorbents | |
| Zhang et al. | Gas-phase PVT properties of 1, 1, 1, 2, 3, 3-Hexafluoropropane | |
| Vasques et al. | A Simple apparatus for determining the permeability of thin-thickness porous materials by pressure-decay Technique | |
| Torrent et al. | Analytical modelling of a novel test for determination of porosity and permeability of porous materials | |
| Coca et al. | Gaseous diffusion coefficients by the Stefan-Winkelmann method using a polymer-solvent mixture as evaporation source | |
| RU2230308C2 (en) | Aerodynamic method establishing specific surface of solid phase, specific surface of condensated phase, coefficient of moisture conductivity, potent ial of moisture for homogeneous porous materials and device for its realiz ation | |
| Prasad et al. | Measurement of thermal conductivity, pore size, permeability and coefficient of thermal expansion of porous nickel wick for lhps | |
| RU2734062C1 (en) | Method for measuring heat conductivity of construction materials | |
| Rao | Internal heat transfer to power-law fluid flows through porous media | |
| Iritani et al. | Evaluation of consolidation behavior by combined membrane filtration and stepped cake compression | |
| RU2188410C1 (en) | Method for proximate determination of composition of bicomponent medium | |
| Bobbo et al. | Experimental methods for the characterization of thermophysical properties of nanofluids |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20031215 |