RU2439543C1 - Method for complex determination of thermophysical characteristics of materials - Google Patents
Method for complex determination of thermophysical characteristics of materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2439543C1 RU2439543C1 RU2010125772/28A RU2010125772A RU2439543C1 RU 2439543 C1 RU2439543 C1 RU 2439543C1 RU 2010125772/28 A RU2010125772/28 A RU 2010125772/28A RU 2010125772 A RU2010125772 A RU 2010125772A RU 2439543 C1 RU2439543 C1 RU 2439543C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- sample
- standard
- test
- substance
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к области тепловых испытаний дисперсных и пастообразных материалов, а именно к области исследования теплофизических характеристик этих материалов.The invention relates to the field of thermal testing of dispersed and pasty materials, and in particular to the field of research of thermophysical characteristics of these materials.
Уровень техникиState of the art
Известен способ определения теплопроводности материалов [Авторское свидетельстве СССР 1741036, МКИ G 01 N 25/18, опубликованное в электронном ресурсе Патенты России. - М-.: ФГУ ФИПС, 2009.- 1], заключающийся в том, что в термостате размещают два исследуемых образца цилиндрической формы, плоский центральный нагреватель, находящийся между образцами, а также дифференциально включенную термопару, горячий спай которой расположен в одном из исследуемых образцов, а холодный - на границе этого образца с термостатом. При достижении стационарного состояния фиксируют сигнал дифференциальной термопары и мощность плоского нагревателя, сравнивают эти значения и рассчитывают теплопроводность исследуемого материала.A known method for determining the thermal conductivity of materials [USSR Author's Certificate 1741036, MKI G 01 N 25/18, published in the electronic resource Patents of Russia. - M-.: FGU FIPS, 2009.- 1], which consists in the fact that two investigated samples of cylindrical shape, a flat central heater located between the samples, and also a differentially switched thermocouple, whose hot junction is located in one of the studied samples, and cold - at the border of this sample with a thermostat. Upon reaching a stationary state, the differential thermocouple signal and the power of a flat heater are recorded, these values are compared and the thermal conductivity of the material under study is calculated.
Недостатками аналога являются возможность определения только одного теплофизического свойства материала теплопроводности и большая длительность эксперимента, необходимого для достижения стационарного состояния.The disadvantages of the analogue are the ability to determine only one thermophysical property of the material of thermal conductivity and the long duration of the experiment necessary to achieve a stationary state.
Известен способ комплексного определения двухA known method for the complex determination of two
теплофизических характеристик материалов температуропроводности и теплопроводности в стационарных условиях [Патент РФ №2178166, МПК G01N 25/18, опубликованный в электронном ресурсе Патенты России. - М.: ФГУ ФИПС, 2009. -1], заключающийся в том, что измеряют толщину исследуемого образца пластинчатой формы и приводят его в тепловой контакт по плоскости с эталонным образцом, выполненным в виде пакета из двух эталонных материалов аналогичной формы с различными теплофизическими свойствами и расположенным между ними плоским нагревательным элементом; затем непрерывно подводят теплоту, фиксируя мощность нагревателя, и регистрируют температуру в заданных сечениях каждого эталонного образца; на каждом шаге измерения температуры вычисляют первую и вторую производные температуры и во второй момент равенства второй производной нулю испытания прекращают, а искомые теплофизические характеристики определяют по выражениям, приведенным в формуле изобретения.thermal characteristics of materials thermal diffusivity and thermal conductivity in stationary conditions [RF Patent No. 2178166, IPC G01N 25/18, published in the electronic resource Patents of Russia. - M .: FGU FIPS, 2009. -1], which consists in the fact that they measure the thickness of the test sample plate-shaped and bring it into thermal contact in the plane with a reference sample made in the form of a package of two reference materials of a similar shape with different thermophysical properties and a flat heating element located between them; then heat is continuously supplied, fixing the power of the heater, and the temperature is recorded in predetermined sections of each reference sample; at each step of temperature measurement, the first and second derivatives of the temperature are calculated, and at the second moment of the equality of the second derivative to zero, the tests are stopped, and the desired thermophysical characteristics are determined by the expressions given in the claims.
Недостатками способа являются: определение двух теплофизических характеристик материалов: температуропроводности и теплопроводности; использование двух эталонных образцов.The disadvantages of the method are: determination of two thermophysical characteristics of materials: thermal diffusivity and thermal conductivity; use of two reference samples.
Известен способ комплексного определения трех теплофизических характеристик материалов: температуропроводности, теплопроводности, теплоемкости [Патент РФ №2243543, МПК G01N 25/18, опубликованный в электронном ресурсе Патенты России. - М.: ФГУ ФИПС, 2009. -1], который реализуется в два этапа. Способ, заключается в том, что на первом этапе термостатируют внешние плоские поверхности многослойной измерительной системы, подводят теплоту к образцам системы, регистрируя удельную мощность источника теплоты, измеряют с постоянным шагом во времени температуру в течение всего эксперимента, вычисляют величину динамического параметра и при превышении его диапазона (0,87÷95) начинают проведение второго этапа эксперимента, а именно отключают объемный источник теплоты и на каждом временном шаге вычисляют безразмерную температуру (θ) и число Фурье (Fo). Проведение второго этапа эксперимента заканчивают при безразмерной температуре менее значения (0,08÷0,1). По экспериментальным данным первого этапа рассчитывают теплопроводность исследуемого материала, а по данным второго этапа определяют коэффициенты температуропроводности и теплоемкости.There is a method of complex determination of three thermophysical characteristics of materials: thermal diffusivity, thermal conductivity, heat capacity [RF Patent No. 2243543, IPC G01N 25/18, published in the electronic resource Patents of Russia. - M .: FGU FIPS, 2009. -1], which is implemented in two stages. The method consists in the fact that, at the first stage, the external flat surfaces of the multilayer measuring system are thermostated, heat is supplied to the system samples, the specific power of the heat source is recorded, the temperature is measured with a constant step in time throughout the experiment, the value of the dynamic parameter is calculated, and if it is exceeded of the range (0.87 ÷ 95), the second stage of the experiment begins, namely, the volumetric heat source is turned off and the dimensionless temperature (θ) and the number about Fourier (Fo). The second stage of the experiment is completed at a dimensionless temperature less than the value (0.08 ÷ 0.1). According to the experimental data of the first stage, the thermal conductivity of the studied material is calculated, and according to the data of the second stage, the coefficients of thermal diffusivity and heat capacity are determined.
Недостатками способа являются: многостадийность и длительность эксперимента, осуществляемого последовательно в два этапа; ограниченность и неточность результатов, обусловленные использованием стационарного режима при определении коэффициента теплопроводности.The disadvantages of the method are: multi-stage and the duration of the experiment, carried out sequentially in two stages; the limited and inaccurate results due to the use of the stationary mode in determining the coefficient of thermal conductivity.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату, т.е. прототипом, является способ комплексного определения теплофизических характеристик материалов (теплопроводности и температуропроводности) и устройство для его осуществления [Патент РФ №2027172, МПК G01N 25/18, опубликованный в электронном ресурсе Патенты России. - М.: ФГУ ФИПС, 2009. -1], заключающийся в том, что измеряют толщину исследуемого образца и приводят его в тепловой контакт по плоскости с эталонным образцом, термостатируют исследуемый и эталонный образцы при заданной начальной температуре; затем подводят непрерывно теплоту к плоскости сечения внутри эталонного образца, расположенной на заданном расстоянии и параллельно плоскости контакта, при этом температуры на внешних поверхностях исследуемого и эталонного образцов поддерживают равными заданной начальной температуре термостатирования, регистрируют удельную мощность источника теплоты и измеряют с постоянным шагом во времени температуру эталонного образца в заданном сечении, на каждом шаге определяют величину динамического параметра, представляющего собой отношение температуры в заданном сечении эталонного образца на каждом шаге измерения, номер которого на постоянное целое число меньше номера последнего шага измерения, к температуре в этом же сечении эталонного образца на последнем шаге измерения, сравнивают величину динамического параметра с заданным максимальным значением, испытания заканчивают при превышении заданного максимального значения динамического параметра и определяют искомые теплофизические характеристики по формулам, приведенным в формуле изобретения.The closest in technical essence and the achieved result, i.e. The prototype is a method for the comprehensive determination of the thermophysical characteristics of materials (thermal conductivity and thermal diffusivity) and a device for its implementation [RF Patent No. 2027172, IPC G01N 25/18, published in the electronic resource Patents of Russia. - M .: FGU FIPS, 2009. -1], which consists in the fact that the thickness of the test sample is measured and brought into thermal contact along the plane with the reference sample, the test and reference samples are thermostated at a given initial temperature; then heat is continuously supplied to the cross-section plane inside the reference sample located at a predetermined distance and parallel to the contact plane, while the temperatures on the external surfaces of the test and reference samples are maintained equal to the given initial temperature of temperature control, the specific power of the heat source is recorded and the temperature is measured with a constant step over time reference sample in a given section, at each step determine the value of the dynamic parameter, which is the ratio the temperature in a given section of the reference sample at each measurement step, the number of which is a constant integer less than the number of the last measurement step, to the temperature in the same section of the reference sample at the last measurement step, the value of the dynamic parameter is compared with the specified maximum value, the tests are completed when exceeding the specified maximum value of the dynamic parameter and determine the desired thermophysical characteristics according to the formulas given in the claims.
Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:
-ограниченность способа, обусловленная определением двух теплофизических характеристик материалов: температуропроводности и теплопроводности;-boundedness of the method due to the determination of two thermophysical characteristics of materials: thermal diffusivity and thermal conductivity;
-трудоемкость, заключающаяся в необходимости обеспечения постоянства температуры на внешних поверхностях исследуемого и эталонного образцов; предварительного определения двух постоянных коэффициентов b и с для эталона;-the complexity, consisting in the need to ensure the constancy of temperature on the external surfaces of the investigated and reference samples; preliminary determination of two constant coefficients b and c for the standard;
-узость результатов ввиду ограничения области изменения температур с помощью динамического параметра в пределах (0,2÷0,8), т.к. при этом не учитывается весь информативный диапазон графика изменения температуры исследуемого материала;- narrowing of the results due to the limitation of the range of temperature changes with the help of a dynamic parameter in the range (0.2 ÷ 0.8), because this does not take into account the entire informative range of the graph of the temperature change of the investigated material;
-снижение точности получаемых результатов ввиду измерения температуры не исследуемого вещества, а эталона, причем измерение проводится в плоскости подвода теплоты.-decrease in the accuracy of the results due to the measurement of the temperature of the substance not being investigated, but of the standard, and the measurement is carried out in the plane of heat supply.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Задачей изобретения является определение трех переменных эффективных теплофизических характеристик дисперсных и пастообразных материалов, снижение трудоемкости и материалоемкости при техническом его осуществлении, повышение точности результатов и расширение диапазона динамического параметра, характеризующего величину интервала изменения температуры исследуемого вещества.The objective of the invention is to determine three variables of the effective thermophysical characteristics of dispersed and pasty materials, reducing the complexity and material consumption during its technical implementation, increasing the accuracy of the results and expanding the range of the dynamic parameter characterizing the size of the interval of temperature change of the investigated substance.
Поставленная задача достигается тем, что в способе комплексного определения теплофизических характеристик материалов, заключающемся в том, что измеряют толщину исследуемого образца и приводят его в тепловой контакт с эталонным образцом, термостатируют исследуемый и эталонный образцы при начальной заданной температуре, подводят теплоту к образцу, измеряют с постоянным шагом во времени температуру эталонного образца, определяют величину динамического параметра и искомые теплофизические характеристики по соответствующим формулам, согласно изобретению измеряют наружный и внутренний диаметры эталона, выполненного в виде полого цилиндра с известной теплопроводностью и теплоемкостью, помещают в него исследуемый дисперсный или пастообразный материал, подводят теплоту к эталону и исследуемому образцу путем их размещения в предварительно прогретом воздушном термостате, регистрируют температуру в центре исследуемого образца, на поверхности эталона и на границе их теплового контакта, при этом цроводят регистрацию во времени, после чего определяют теплофизические характеристики при переменной температуре на внешних поверхностях исследуемого и эталонного образцов в следующем порядке:The problem is achieved in that in the method for the comprehensive determination of the thermophysical characteristics of materials, which consists in measuring the thickness of the test sample and bringing it into thermal contact with the reference sample, the test and reference samples are thermostated at the initial set temperature, heat is supplied to the sample, measured with a constant step in time the temperature of the reference sample, determine the value of the dynamic parameter and the desired thermophysical characteristics according to the corresponding formulas, with According to the invention, the external and internal diameters of a standard made in the form of a hollow cylinder with known thermal conductivity and heat capacity are measured, the disperse or paste-like material being studied is placed in it, heat is supplied to the standard and the test sample by placing them in a preheated air thermostat, and the temperature is recorded in the center of the test sample, on the surface of the standard and on the border of their thermal contact, while registration is carried out in time, after which thermophysical characteristics are determined teristics at variable temperature on the outer surfaces of the test and reference samples in the following order:
-температуропроводность определяют путем минимизации отклонений экспериментальных и расчетных температур на временных интервалах, в пределах которых коэффициент температуропроводности принимают постоянным-the thermal diffusivity is determined by minimizing deviations of the experimental and calculated temperatures at time intervals within which the thermal diffusivity is taken constant
где tэкс(0,τ) - экспериментальные значения температуры в центре вещества, °С;where t ex (0, τ) are the experimental values of the temperature in the center of the substance, ° С;
- расчетные значения температуры в центре вещества, °С;- calculated temperature values in the center of the substance, ° С;
- t0 - начальная температура исследуемого и эталонного образцов,°С;- t 0 - the initial temperature of the investigated and reference samples, ° C;
- r0 - радиус наружной поверхности исследуемого образца, м;- r 0 is the radius of the outer surface of the test sample, m;
ℓ - символ, характеризующий экспоненциальную зависимость;ℓ is a symbol characterizing an exponential dependence;
аи(τ) - значение коэффициента температуропроводности, м2/с;a and (τ) - the value of the coefficient of thermal diffusivity, m 2 / s;
J0(µи,r), J1(µи,r), J1((µэ,r) - функции Бесселя нулевого и первого порядка;J 0 (µ u , r), J 1 (µ u , r), J 1 ((µ e , r) - zero and first order Bessel functions;
µи, µэ - собственные числа корней функций Бесселя для исследуемого вещества и эталона;µ and , µ e are the eigenvalues of the roots of the Bessel functions for the test substance and the standard;
bп,k kп,k и bгр,k, kгp,k - экспериментальные коэффициенты аппроксимированных граничных условий для эталона и исследуемого вещества;b p, k k p, k and b g, k , k g g, k are the experimental coefficients of the approximated boundary conditions for the standard and the test substance;
n - количество экспонент, необходимых для точного описания граничных условий;n is the number of exponentials necessary for an accurate description of the boundary conditions;
- теплопроводность определяют по формуле:- thermal conductivity is determined by the formula:
где λэ - коэффициент теплопроводности эталонного образца, Вт/(м·К);where λ e is the coefficient of thermal conductivity of the reference sample, W / (m · K);
λи - коэффициент теплопроводности исследуемого материала, Вт/(м·К);λ and is the coefficient of thermal conductivity of the investigated material, W / (m · K);
R - радиус наружной поверхности эталонного образца, м;R is the radius of the outer surface of the reference sample, m;
- теплоемкость определяют по формуле:- heat capacity is determined by the formula:
где ρм - плотность исследуемого образца, кг/м3;where ρ m is the density of the test sample, kg / m 3 ;
С - его теплоемкость, Дж/(кг·К).C is its heat capacity, J / (kg · K).
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретенияInformation confirming the possibility of carrying out the invention
Конкретная реализация предложенного способа комплексного определения эффективных теплофизических характеристик проводилась для мицелия нистатина - полупродукта антибиотика, получаемого биосинтезом с дальнейшей термической обработкой. Мицелий, разлагающийся при температуре более 50°С, в зависимости от влажности, может находиться в состоянии дисперсного слоя (с пористостью 0,33; влагосодержанием 10,25%) и влажной пасты с влагосодержанием до 400%. Теплофизические характеристики мицелия неизвестны. Порядок их определения заключался в следующем.A specific implementation of the proposed method for the complex determination of effective thermophysical characteristics was carried out for nystatin mycelium, an intermediate of the antibiotic obtained by biosynthesis with further heat treatment. Mycelium, decomposing at temperatures above 50 ° C, depending on humidity, can be in the state of a dispersed layer (with a porosity of 0.33; moisture content of 10.25%) and a moist paste with a moisture content of up to 400%. The thermophysical characteristics of mycelium are unknown. The procedure for their determination was as follows.
Пример 1Example 1
Мицелий в состоянии дисперсного слоя загружают в эталон с известными коэффициентами теплопроводности и теплоемкости (винипласт), выполненный в виде полого цилиндра [Теплотехнический справочник: в 2 т. Т.2 / Под общей ред. В.Н.Юренева и П.Д.Лебедева.- 2-е изд., перераб. -М.: Энергия, 1975. - 896 с] стр.316, 317.Mycelium in the state of a dispersed layer is loaded into a standard with known coefficients of thermal conductivity and heat capacity (vinyl plastic), made in the form of a hollow cylinder [Thermal Technical Reference: in 2 tons. T.2 / Ed. V.N. Yureneva and P.D. Lebedeva. - 2nd ed., Revised. -M.: Energy, 1975. - 896 s] p. 316, 317.
Эталон с исследуемым материалом выдерживают при начальной температуре, помещают в предварительно прогретый, термостатируемый шкаф и проводят их прогрев, регистрируя во времени значения термоэлектрических преобразователей в центре исследуемого вещества, на поверхности эталона и на границе их теплового контакта. Эксперимент заканчивают в момент выравнивания температуры материала в центре и на поверхности его теплового контакта с эталоном [Чиркин B.C. Теплопроводность промышленных материалов. / B.C. Чиркин. - 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Машгиз, 1962. - 247 с] стр.146, 155. Графическое представление заявленного способа показано на фиг.1-2.The standard with the studied material is maintained at the initial temperature, placed in a preheated, thermostatically controlled cabinet and they are heated, registering over time the values of thermoelectric converters in the center of the test substance, on the surface of the standard and on the border of their thermal contact. The experiment is completed at the time of equalizing the temperature of the material in the center and on the surface of its thermal contact with the standard [B. Chirkin. Thermal conductivity of industrial materials. / B.C. Chirkin. - 2nd ed., Revised. and additional - M .: Mashgiz, 1962. - 247 s] p. 146, 155. A graphical representation of the claimed method is shown in Fig.1-2.
Основные параметры эталона, термоэлектрическиих преобразователей и прибора контроля температуры: рабочий объем эталона 3,95·10-5 м3; наружный 32·10-3 м и внутренний 15,5·10-3 м диаметры; термоэлектрические преобразователи ДТПL 011-0,5/1,5 с показателем тепловой инерции не более 3 с, диапазон измеряемых температур -50÷300°С, класс допуска 2; устройство измерения и контроля температуры восьмиканальное УКТ 38-Щ4.The main parameters of the standard, thermoelectric converters and temperature control device: working volume of the standard 3.95 · 10 -5 m 3 ; outer 32 · 10 -3 m and inner 15,5 · 10 -3 m diameters; DTPL 011-0.5 / 1.5 thermoelectric converters with a thermal inertia index of not more than 3 s, the range of measured temperatures is -50 ÷ 300 ° C, tolerance class 2; eight-channel UKT 38-Shch4 temperature measuring and control device.
На этом же этапе проводится точная аппроксимация экспериментальных температур на поверхности эталона и на границе его контакта с веществом суммой экспоненциальных зависимостей (4):At the same stage, an exact approximation of the experimental temperatures is carried out on the surface of the standard and on the boundary of its contact with the substance by the sum of the exponential dependences (4):
определяется величина динамического параметра (безразмерная температура) θ=(tc-tэкс(0,τ)/(tc-t0). Где tc - температура среды в термостатируемом шкафу, t0 - начальная температура образцов, °С.the value of the dynamic parameter (dimensionless temperature) θ = (t c -t ex (0, τ) / (t c -t 0 ) is determined. Where t c is the temperature of the medium in a thermostatically controlled cabinet, t 0 is the initial temperature of the samples, ° С.
Затем проводят определение температуропроводности, теплопроводности и теплоемкости материала. Эффективный коэффициент температуропроводности определяют путем минимизации отклонений расчетных и экспериментальных температур в центре исследуемого материала последовательно на каждом временном интервале шириной две минуты, с шагом 1 минута, в пределах интервала коэффициент принимают постояннымThen conduct the determination of thermal diffusivity, thermal conductivity and heat capacity of the material. The effective coefficient of thermal diffusivity is determined by minimizing deviations of the calculated and experimental temperatures in the center of the test material sequentially at each time interval two minutes wide, in increments of 1 minute, within the interval the coefficient is taken constant
где tэкс(0,τ) - экспериментальные значения температуры в центре вещества °С;where t ex (0, τ) are the experimental values of the temperature in the center of the substance ° C;
- расчетные значения температуры в центре вещества °C;- calculated temperature values in the center of the substance ° C;
аи(τ) - значение коэффициента температуропроводности, м2/с;a and (τ) - the value of the coefficient of thermal diffusivity, m 2 / s;
J0(µи,r), J1(µи,r), J1(µэ,r) - функции Бесселя нулевого и первого порядка;J 0 (µ u , r), J 1 (µ u , r), J 1 (µ e , r) - zero and first order Bessel functions;
µи, µэ - собственные числа корней функций Бесселя для исследуемого вещества и эталона;µ and , µ e are the eigenvalues of the roots of the Bessel functions for the test substance and the standard;
bп,k, kп,k и bгp,k, kгp,k - экспериментальные коэффициенты аппроксимированных граничных условий для эталона и исследуемого вещества;b p, k , k p, k and b gp, k , k gp, k are the experimental coefficients of the approximated boundary conditions for the standard and the test substance;
n - количество экспонент, необходимых для точного описания граничных условий;n is the number of exponentials necessary for an accurate description of the boundary conditions;
m - количество корней.m is the number of roots.
Среднюю интегральную температуру по сечению вещества на каждый момент времени определяют по выражениюThe average integral temperature over the cross section of a substance for each moment of time is determined by the expression
а среднюю температуру материала в пределах интервала (τн÷τк) по уравнению (7):and the average temperature of the material within the range (τ n ÷ τ k ) according to equation (7):
где τн, τк - границы временного интервала;where τ n , τ to - the boundaries of the time interval;
r - радиус материала.r is the radius of the material.
Определение эффективного коэффициента теплопроводности исследуемого вещества осуществляют из условия равенства удельных тепловых потоков на поверхности контакта эталон - исследуемый материал:The determination of the effective thermal conductivity of the test substance is carried out from the condition of equality of the specific heat fluxes on the contact surface of the standard - the studied material:
где λэ - коэффициент теплопроводности эталонного образца, Вт/(м·К);where λ e is the coefficient of thermal conductivity of the reference sample, W / (m · K);
λи - коэффициент теплопроводности исследуемого материала, Вт/(м·К).λ and - the coefficient of thermal conductivity of the investigated material, W / (m · K).
Затем рассчитывают эффективную теплоемкость материалаThen calculate the effective heat capacity of the material
где ρм - плотность материала, кг/м3;where ρ m is the density of the material, kg / m 3 ;
С - его теплоемкость, Дж/(кг·К).C is its heat capacity, J / (kg · K).
Пример 2Example 2
По примеру 1, отличается тем, что исследуемым материалом является паста мицелия нистатина с влагосодержанием 302,85%.According to example 1, characterized in that the test material is a paste of mycelium nystatin with a moisture content of 302.85%.
Пример 3Example 3
По примеру 1, отличается тем, что исследуемым материалом является паста мицелия нистатина с влагосодержанием 401,23%.According to example 1, characterized in that the test material is a paste of mycelium nystatin with a moisture content of 401.23%.
Результаты определения трех теплофизических характеристик исследуемых материалов в ходе их периодического нагревания представлены в таблице.The results of determining the three thermophysical characteristics of the studied materials during their periodic heating are presented in the table.
Из приведенной таблицы видно, что заявляемый способ по сравнению с прототипом обладает следующими преимуществами:From the table it can be seen that the claimed method in comparison with the prototype has the following advantages:
- позволяет определять значения эффективных коэффициентов температуропроводности, теплопроводности и теплоемкости в зависимости от изменяющейся температуры материала;- allows you to determine the values of the effective coefficients of thermal diffusivity, thermal conductivity and heat capacity, depending on the changing temperature of the material;
- точен - максимальная относительная погрешность отклонений расчетных температур от опытных в течение первых 10 минут не превышает 6,2%, затем стабилизируется и не превышает 1,6%;- accurate - the maximum relative error of deviations of the calculated temperatures from the experimental during the first 10 minutes does not exceed 6.2%, then it stabilizes and does not exceed 1.6%;
- более информативен - позволяет проводить обработку температурных кривых с определением теплофизических характеристик в более широком интервале динамического параметра: θ=(0,1÷0,9);- more informative - allows the processing of temperature curves with the determination of thermophysical characteristics in a wider range of the dynamic parameter: θ = (0.1 ÷ 0.9);
Кроме того, заявляемый способ более прост в осуществлении и менее трудоемок, т.к. позволяет проводить процесс в нестационарном режиме, в котором не требуется дополнительного оборудования для обеспечения постоянной температуры на внешней поверхности эталона.In addition, the claimed method is simpler to implement and less time consuming, because allows to carry out the process in an unsteady mode, in which additional equipment is not required to ensure a constant temperature on the external surface of the standard.
Claims (2)
температуропроводность определяют путем минимизации отклонений экспериментальных и расчетных температур на временных интервалах, в пределах которых коэффициент температуропроводности принимают постоянным
где tэкс(0,τ) - экспериментальные значения температуры в центре вещества, °С;
- расчетные значения температуры в центре вещества, °С;
t0 - начальная температура исследуемого и эталонного образцов,°С;
r0 - радиус наружной поверхности исследуемого образца, м;
ℓ - символ, характеризующий экспоненциальную зависимость;
аи(τ) - значение коэффициента температуропроводности, м2/с;
J0(µи,r), J1(µи,r), J1((µэ,r) - функции Бесселя нулевого и первого порядка;
µи, µэ - собственные числа корней функций Бесселя для исследуемого вещества и эталона;
m - количество корней;
bп,k, kп,k, и bгр,k, kгp,k - экспериментальные коэффициенты аппроксимированных граничных условий для эталона и исследуемого вещества;
n - количество экспонент, необходимых для точного описания граничных условий;
теплопроводность определяют по формуле:
где λэ - коэффициент теплопроводности эталонного образца, Вт/(м·К);
λи - коэффициент теплопроводности исследуемого материала, Вт/(м·К);
R - радиус наружной поверхности эталонного образца, м;
теплоемкость определяют по формуле
где ρм - плотность исследуемого образца, кг/м3;
С - его теплоемкость, Дж/(кг·К). 2. The method according to claim 1, characterized in that the determination of thermophysical characteristics is carried out in the following order:
thermal diffusivity is determined by minimizing deviations of experimental and calculated temperatures at time intervals within which the thermal diffusivity is taken constant
where t ex (0, τ) are the experimental values of the temperature in the center of the substance, ° С;
- calculated temperature values in the center of the substance, ° С;
t 0 - the initial temperature of the investigated and reference samples, ° C;
r 0 is the radius of the outer surface of the test sample, m;
ℓ is a symbol characterizing an exponential dependence;
a and (τ) - the value of the coefficient of thermal diffusivity, m 2 / s;
J 0 (µ u , r), J 1 (µ u , r), J 1 ((µ e , r) - zero and first order Bessel functions;
µ and , µ e are the eigenvalues of the roots of the Bessel functions for the test substance and the standard;
m is the number of roots;
b p, k , k p, k , and b gr, k , k gp, k are the experimental coefficients of the approximated boundary conditions for the standard and the test substance;
n is the number of exponentials necessary for an accurate description of the boundary conditions;
thermal conductivity is determined by the formula:
where λ e is the coefficient of thermal conductivity of the reference sample, W / (m · K);
λ and is the coefficient of thermal conductivity of the investigated material, W / (m · K);
R is the radius of the outer surface of the reference sample, m;
heat capacity is determined by the formula
where ρ m is the density of the test sample, kg / m 3 ;
C is its heat capacity, J / (kg · K).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010125772/28A RU2439543C1 (en) | 2010-06-23 | 2010-06-23 | Method for complex determination of thermophysical characteristics of materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010125772/28A RU2439543C1 (en) | 2010-06-23 | 2010-06-23 | Method for complex determination of thermophysical characteristics of materials |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2439543C1 true RU2439543C1 (en) | 2012-01-10 |
Family
ID=45784221
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010125772/28A RU2439543C1 (en) | 2010-06-23 | 2010-06-23 | Method for complex determination of thermophysical characteristics of materials |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2439543C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2754715C1 (en) * | 2020-12-09 | 2021-09-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уральский государственный горный университет» | Method for determining the thermal properties of materials |
-
2010
- 2010-06-23 RU RU2010125772/28A patent/RU2439543C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2754715C1 (en) * | 2020-12-09 | 2021-09-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уральский государственный горный университет» | Method for determining the thermal properties of materials |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hu et al. | Thermal conductivity determination of small polymer samples by differential scanning calorimetry | |
| RU2387981C1 (en) | Method for complex detection of thermal characteristics of materials | |
| McMinn et al. | Modelling the mass transfer during convective, microwave and combined microwave-convective drying of solid slabs and cylinders | |
| Zmeskal et al. | Thermal properties of samples prepared from polylactic acid by 3D printing | |
| Welsh et al. | Multiscale modeling for food drying: A homogenized diffusion approach | |
| Prałat | Research on thermal conductivity of the wood and analysis of results obtained by the hot wire method | |
| Rodríguez et al. | Validation of a difussion model using moisture profiles measured by means of TD-NMR in apples (Malus domestica) | |
| Gurov et al. | The choice of the optimum conditions for measuring the thermal properties of materials by the plane “instantaneous” heat source method | |
| Jannot et al. | A quadrupolar complete model of the hot disc | |
| Özkan et al. | Effects of time, temperature, and pressure on the cake formation of milk powders | |
| RU2439543C1 (en) | Method for complex determination of thermophysical characteristics of materials | |
| Akpinar et al. | Moisture transfer models for slabs drying | |
| Bobda et al. | Thermal properties measurement of two tropical wood species as a function of their water content using the parallel hot wire method | |
| Najibi et al. | Fourier and time-phase-lag heat conduction analysis of the functionally graded porosity media | |
| RU2492398C1 (en) | Method of predicting temperature of fines containing free and bound moisture, in convective drying process | |
| CN109470772B (en) | Nondestructive measurement method for intensity and position of internal heat source based on ultrasound | |
| RU2008138643A (en) | METHOD FOR NON-CONTACT DETERMINATION OF THERMOPHYSICAL PROPERTIES OF SOLIDS | |
| Rejikumar et al. | Estimation of dry rubber content in natural rubber latex by differential scanning calorimetry | |
| RU2568983C1 (en) | Method to determine coefficient of heat conductivity of liquid heat insulation in laboratory conditions | |
| Low et al. | Thermal conductivity of soils by the needle probe method, for energy foundation applications | |
| RU2178166C2 (en) | Method of complex determination of thermal and physical characteristics of solid and dispersive materials | |
| RU2646437C1 (en) | Method of determining thermal conductivity coefficient of liquid heat insulation at non-stationary thermal mode | |
| Zhu et al. | Thermal properties measurement of cut tobacco based on TPS method and thermal conductivity model | |
| RU2523090C1 (en) | Method of determining specific heat capacity of materials | |
| RU2771997C1 (en) | Method for measuring specific thermal resistance and device for its implementation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130624 |