RU2518224C1 - Способ исследования нестационарного теплового режима твердого тела - Google Patents
Способ исследования нестационарного теплового режима твердого тела Download PDFInfo
- Publication number
- RU2518224C1 RU2518224C1 RU2012156990/28A RU2012156990A RU2518224C1 RU 2518224 C1 RU2518224 C1 RU 2518224C1 RU 2012156990/28 A RU2012156990/28 A RU 2012156990/28A RU 2012156990 A RU2012156990 A RU 2012156990A RU 2518224 C1 RU2518224 C1 RU 2518224C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- solid
- solid body
- thermal
- coordinates
- unsteady
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области тепловых измерений и может быть при изучении особенностей нестационарного теплового режима, нахождении теплового баланса и определении теплофизических показателей твердых материалов различного предназначения. Сущность заявленного способа заключается в формировании нестационарного теплового режима твердого тела с помощью бесконтактного неразрушающего теплового воздействия на переднюю лицевую поверхность твердого тела источником инфракрасного излучения. Температурное состояние твердого тела регистрируют в фиксированных точках координатного пространства по схеме: в толще твердого тела при y=0 и z=0 на участке x∈[0, δ], где δ - толщина твердого тела, в точках в количестве N+1 с координатами x=0, δ/N, 2δ/N, …, (N-1)δ/N, δ; на поверхностях твердого тела при x=0 и x=δ в координатах, удовлетворяющих условиям |y|≤(0,9÷0,95)a и z≤(0,8÷0,9)b, где a и b - геометрические характеристики поверхностей твердого тела. На основании экспериментальных данных строят нестационарное температурное поле твердого тела по пространственно-временным координатам. Технический результат - повышение точности получаемых данных. 7 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к области тепловых измерений. Разработанный способ может применяться в строительстве, теплотехнике и теплоэнергетике при изучении особенностей нестационарного теплового режима, нахождении теплового баланса и определении теплофизических показателей твердых материалов различного предназначения.
Способ включает в себя бесконтактное неразрушающее тепловое воздействие на поверхность твердого тела источником инфракрасного излучения, период проведения тепловых измерений, регистрацию температур твердого тела с помощью системы термопреобразователей в фиксированных точках координатного пространства, этап построения нестационарного температурного поля твердого тела на основании экспериментальных данных по пространственно-временным координатам.
Известен способ аналитического определения нестационарного теплового режима твердого тела, заключающийся в решении краевой задачи теплопроводности с граничными условиям первого рода. Постановка краевой задачи, включающая условия однозначности: геометрические характеристики, физические и теплофизические параметры, начальные и граничные условия твердого тела - позволяет получить решение дифференциального уравнения теплопроводности и в результате исследовать тепловой режим твердого тела [Лыков А.В. Теория теплопроводности: учеб. для вузов / А.В. Лыков. - М.: Высшая школа, 1967. - С.74-78].
Недостатком данного способа является невысокая точность результатов, так как любой вариант аналитического решения дифференциального уравнения теплопроводности связан с геометрической идеализацией исследуемого объекта и соответствующих ему условий однозначности. Математическая сложность выполнения расчетов температурного поля твердого тела затрудняет исследование его теплового режима.
Известен способ дистанционного измерения температурного поля объектов, основанный на использовании тепловизора и предусматривающий выбор одной или нескольких реперных площадок на поверхности исследуемого объекта. Измерение температуры реперных площадок осуществляют контактным методом. Далее результаты контактной термометрии передают на тепловизор с целью определения отношения «амплитуда пикселя - величина температуры» для конкретных условий выполнения сеанса проведения тепловых измерений и корректирования по этим отношениям первоначальной градуировочной характеристики тепловизора. Определение температурных полей выполняют с помощью преобразования всех зарегистрированных пикселей цифрового изображения в значения температуры с последующим сглаживанием полученных значений с учетом температуры соответствующих реперных площадок исследуемого объекта [Патент РФ 2424496, кл. G01J 25/18, 2009].
К недостаткам данного способа можно отнести техническую сложность выполнения измерений температурного поля поверхности исследуемого объекта, связанную с многоэтапностью работы: определение температур в реперных точках объекта контактным методом; корректировка первоначальной градуировочной характеристики тепловизора; расчет фактического температурного поля исследуемого объекта по результатам калибровки тепловизора. Следует также отметить дороговизну проведения подобных тепловых измерений, обусловленную применением тепловизора в качестве измерителя температурного поля поверхности объекта.
Наиболее близким способом к заявленному изобретению является исследование теплового режима твердого тела с помощью системы термопреобразователей, распределенных по поверхностям и в толще твердого тела. Для создания нестационарного теплового режима в твердом теле используют внутренние источники теплоты - электрические обогреватели переменного или постоянного тока [Теплоэнергетика и теплотехника. Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент: Справочник./Под общ. ред. А.В. Клименко и В.М. Зорина. - М.: Издательский дом МЭИ, 2007. - С.379-380].
Недостатком данного способа является применение внутренних источников теплоты, которые искажают температурное поле однородного и изотропного твердого тела. Использование электрических обогревателей, расположенных внутри твердого тела, небезопасно в связи с отсутствием возможности визуального контроля за проведением тепловых измерений.
Техническим результатом изобретения является повышение точности и надежности исследования нестационарного теплового режима твердого тела, повышение безопасности проведения тепловых измерений.
Данный технический результат достигается тем, что нестационарный тепловой режим твердого тела формируют с помощью бесконтактного неразрушающего теплового воздействия на переднюю лицевую поверхность твердого тела источником инфракрасного излучения. Температурное состояние твердого тела в фиксированных точках координатного пространства регистрируют в течение проведения тепловых измерений с помощью системы термопреобразователей, подключенных через аналогово-цифровой преобразователь и конвертер к компьютеру. На основании экспериментальных данных строят нестационарное температурное поле твердого тела по пространственно-временным координатам.
На фиг.1 показана принципиальная схема реализации способа.
На фиг.2-4 показаны схемы расположения термопреобразователей в твердом теле.
На фиг.5 показаны фотографии устройства, с помощью которого реализуют заявленный способ исследования нестационарного теплового режима твердого тела на примере фрагмента ограждающей строительной конструкции из керамического кирпича.
На фиг.6 показаны одномерное температурное поле фрагмента ограждающей строительной конструкции из керамического кирпича вида t=t(x,τ) при нестационарном тепловом режиме и его аппроксимация.
На фиг.7 показано плоское температурное поле фрагмента ограждающей строительной конструкции из керамического кирпича вида t=t(y,z)x=0 и t=t(y,z)x=δ при нестационарном тепловом режиме.
Источник инфракрасного излучения 1 работает от электрической сети (фиг.1). Исследуемое твердое тело 2 в форме параллелепипеда толщиной 5 расположено на расстоянии s от источника инфракрасного излучения 1. Центральная ось источника инфракрасного излучения 1 и твердого тела 2 совпадают. На участке х∈[0,δ] твердого тела 2 при y=0 и z=0 зафиксированы термопреобразователи 3 в количестве N+1 (фиг.2): T0x, T1x, T2x, …, T(N-1)x, TNx соответственно в точках с координатами х=0, δ/N, 2δ/N, …, (N-1)δ/N, δ. На поверхностях твердого тела 2 в заданных координатах при х=0 и х=δ расположены термопреобразователи 3 с маркировкой соответственно (фиг.3, 4): Т00-Т40 и Т0δ-Т4δ. Координаты термопреобразователей 3 на поверхностях твердого тела 2 при х=0 и х=δ (фиг.3, 4) удовлетворяют условиям: |y|≤(0,9÷0,95)а и |z|≤(0,8÷0,9)b, где а и b - геометрические характеристики поверхностей твердого тела 2 при х=0 и х=δ. Термопреобразователи 3, расположенные в фиксированных точках координатного пространства твердого тела 2, подключены через аналогово-цифровой преобразователь (далее АЦП) и конвертер (условно не показаны) к компьютеру (условно не показан).
Устройство для реализации предложенного способа работает следующим образом.
В начальный момент проведения тепловых измерений температурное поле твердого тела 2 однородно и численно равно температуре окружающей среды (фиг.1). С момента реализации заявленного способа энергия в форме электричества поступает из электрической сети к источнику инфракрасного излучения 1, который преобразует и бесконтактно передает часть энергии в виде электромагнитного излучения поверхности твердого тела 2 при х=0. Поток инфракрасного излучения, равномерно падающий на переднюю лицевую поверхность твердого тела 2, преобразуется в теплоту, которая расходуется на нагрев всего объема твердого тела 2. Изменения температур твердого тела 2 вдоль оси 0х регистрируют термопреобразователи 3 (фиг.2): T0x, T1x, T2x, …, T(N-1)x, TNx, а на поверхностях твердого тела 2 при х=0 и х=δ термопреобразователи 3 с маркировкой соответственно (фиг.3, 4): Т00-Т40 и Т0δ-Т4δ. Термопреобразователи 3, расположенные в фиксированных точках координатного пространства твердого тела 2, в течение проведения тепловых измерений передают аналоговый сигнал на энергонезависимую память компьютера (условно не показан) через АЦП и конвертер (условно не показаны).
Достоинством предложенного способа является бесконтактный неразрушающий нагрев твердого тела источником инфракрасного излучения, а также схема измерения температур в фиксированных точках координатного пространства, позволяющая исследовать нестационарный тепловой режим твердого тела с минимальным числом термопреобразователей.
Пример конкретной реализации способа
Исследуем нестационарный тепловой режим твердого тела на примере фрагмента ограждающей строительной конструкции из керамического кирпича 2 (фиг.5) с геометрическими характеристиками передней и задней лицевой поверхностей а=0,250 м и b=0,195 м.
Толщина ограждающей строительной конструкции δ=0,120 м.
В качестве источника инфракрасного излучения использован электрический инфракрасный излучатель марки ЭЛК 10R 1 суммарной мощностью 3 кВт, расположенный на расстоянии s=0,6 м от передней лицевой поверхности ограждающей строительной конструкции из керамического кирпича 2.
В качестве термопреобразователей использованы хромель-алюмелевые термопары 3, координаты расположения которых в ограждающей строительной конструкции из керамического кирпича 2 приведены в таблице.
| Координаты расположения хромель-алюмелевых термопар в ограждающей строительной конструкции из керамического кирпича | |||||
| № п/п | Координаты (х, y, z), мм | № п/п | Координаты (х, y, z), мм | № п/п | Координаты (x, y, z), мм |
| Т00 | 0, 0, 0 | Т00 | 0, 0, 0 | T0120 | 120, 0, 0 |
| Т130 | 30, 0, 0 | T10 | 0, -125, 65 | T1120 | 120, 125, 65 |
| Т260 | 60, 0, 0 | T20 | 0, 125, 65 | Т2120 | 120, -125, 65 |
| Т390 | 90, 0, 0 | Т30 | 0, -125, -65 | Т3120 | 120, 125, -65 |
| Т4120 | 120, 0, 0 | Т40 | 0, 125, -65 | Т4120 | 120, -125, -65 |
Продолжительность тепловых измерений составила Δτ=3600 с.
Температурное поле фрагмента ограждающей строительной конструкции из керамического кирпича 2 вида t=t(x,τ), построенное в программной среде TableCurve 3D, изображено на фиг.6.
Температурное поле фрагмента ограждающей строительной конструкции из керамического кирпича 2 вида t=t(y,z)x=0 и t=t(y,z)x=δ, построенное в программной среде SigmaPlot 11.0, представлено на фиг.7.
По результатам исследования нестационарного теплового режима передней и задней лицевой поверхностей фрагмента ограждающей строительной конструкции из керамического кирпича заявленным способом и методом инфракрасной диагностики с применением тепловизора SDS HotFind-D установлено, что расхождение измерений температурного поля не превышает 10-12% [Игонин В.И. Некоторые особенности проведения комплексного тепловизионного обследования производственных установок и строительного объекта (статья) / В.И. Игонин, Д.Ф. Карпов, М.В. Павлов, О.В. Стратунов // Научно-технический журнал «Инженерные системы». АВОК - Северо-Запад. - 2011. - №1. - С.46-51].
Claims (1)
- Способ исследования нестационарного теплового режима твердого тела, включающий применение источников теплоты в качестве средств создания нестационарного теплового режима твердого тела и термопреобразователей, распределенных по поверхностям и в толще твердого тела, в качестве средств исследования нестационарного теплового режима твердого тела, отличающийся тем, что нестационарный тепловой режим твердого тела формируют с помощью бесконтактного неразрушающего теплового воздействия на переднюю лицевую поверхность твердого тела источником инфракрасного излучения, для построения нестационарного температурного поля твердого тела температуру твердого тела регистрируют в фиксированных точках координатного пространства по схеме: в толще твердого тела при y=0 и z=0 на участке x∈[0, δ], где δ - толщина твердого тела, в точках в количестве N+1 с координатами x=0, δ/N, 2δ/ N, …, (N-1)δ/N, δ; на поверхностях твердого тела при x=0 и x=δ в координатах, удовлетворяющих условиям |y|≤(0,9÷0,95)a и |z|≤(0,8÷0,9)b, где a и b - геометрические характеристики поверхностей твердого тела.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012156990/28A RU2518224C1 (ru) | 2012-12-25 | 2012-12-25 | Способ исследования нестационарного теплового режима твердого тела |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012156990/28A RU2518224C1 (ru) | 2012-12-25 | 2012-12-25 | Способ исследования нестационарного теплового режима твердого тела |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2518224C1 true RU2518224C1 (ru) | 2014-06-10 |
Family
ID=51216292
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012156990/28A RU2518224C1 (ru) | 2012-12-25 | 2012-12-25 | Способ исследования нестационарного теплового режима твердого тела |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2518224C1 (ru) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101246137A (zh) * | 2008-01-29 | 2008-08-20 | 西北民族大学 | 用红外热像仪检测建筑围护结构传热阻/传热系数的方法 |
| RU2383008C1 (ru) * | 2008-12-19 | 2010-02-27 | Олег Николаевич Будадин | Способ теплового неразрушающего контроля теплотехнических характеристик материалов и конструкций |
| RU2403562C1 (ru) * | 2009-02-16 | 2010-11-10 | Открытое акционерное общество Пергам-Инжиниринг ОАО Пергам-Инжиниринг | Способ теплового неразрушающего контроля теплотехнических характеристик многослойных конструкций в нестационарных условиях теплопередачи |
| RU2420730C2 (ru) * | 2009-07-09 | 2011-06-10 | Елена Вячеславовна Абрамова | Способ теплового контроля сопротивления теплопередаче многослойной конструкции в нестационарных условиях теплопередачи |
| RU2424496C2 (ru) * | 2009-09-07 | 2011-07-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственный испытательный центр "АРМИНТ" | Способ дистанционного измерения температурного поля |
| RU2457471C2 (ru) * | 2010-10-14 | 2012-07-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Технологический институт энергетических обследований диагностики и неразрушающего контроля "ВЕМО" | Способ определения термического сопротивления участка элемента конструкции при нестационарном режиме теплопередачи |
| US20120310552A1 (en) * | 2011-05-30 | 2012-12-06 | Shenzhen China Star Optoelectronics Technology Co. Ltd. | Detection Method and System for Array Substrate |
-
2012
- 2012-12-25 RU RU2012156990/28A patent/RU2518224C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101246137A (zh) * | 2008-01-29 | 2008-08-20 | 西北民族大学 | 用红外热像仪检测建筑围护结构传热阻/传热系数的方法 |
| RU2383008C1 (ru) * | 2008-12-19 | 2010-02-27 | Олег Николаевич Будадин | Способ теплового неразрушающего контроля теплотехнических характеристик материалов и конструкций |
| RU2403562C1 (ru) * | 2009-02-16 | 2010-11-10 | Открытое акционерное общество Пергам-Инжиниринг ОАО Пергам-Инжиниринг | Способ теплового неразрушающего контроля теплотехнических характеристик многослойных конструкций в нестационарных условиях теплопередачи |
| RU2420730C2 (ru) * | 2009-07-09 | 2011-06-10 | Елена Вячеславовна Абрамова | Способ теплового контроля сопротивления теплопередаче многослойной конструкции в нестационарных условиях теплопередачи |
| RU2424496C2 (ru) * | 2009-09-07 | 2011-07-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственный испытательный центр "АРМИНТ" | Способ дистанционного измерения температурного поля |
| RU2457471C2 (ru) * | 2010-10-14 | 2012-07-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Технологический институт энергетических обследований диагностики и неразрушающего контроля "ВЕМО" | Способ определения термического сопротивления участка элемента конструкции при нестационарном режиме теплопередачи |
| US20120310552A1 (en) * | 2011-05-30 | 2012-12-06 | Shenzhen China Star Optoelectronics Technology Co. Ltd. | Detection Method and System for Array Substrate |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Datcu et al. | Improvement of building wall surface temperature measurements by infrared thermography | |
| CN105628208B (zh) | 一种基于红外成像系统的温度测量方法 | |
| Ring | Pioneering progress in infrared imaging in medicine | |
| CN104236724B (zh) | 红外温度在线测量标靶装置及测量方法 | |
| CN104833695A (zh) | 基于红外热成像技术的金属薄板热导率测量方法 | |
| CN103675019A (zh) | 一种红外热像仪快速测量材料表面发射率的方法 | |
| CN103983365B (zh) | 多测头瞬态辐射热流计及热辐射热流密度的测定方法 | |
| CN107850494A (zh) | 温度测量装置以及具有这样的测量装置的热疗设备 | |
| CN104330412A (zh) | 岩土体导热系数的非接触无损测试方法 | |
| Ohlsson et al. | Dynamic model for measurement of convective heat transfer coefficient at external building surfaces | |
| RU2518224C1 (ru) | Способ исследования нестационарного теплового режима твердого тела | |
| CN104101432A (zh) | 一种测量封闭空腔金属器具内壁温度分布的方法 | |
| RU2502989C1 (ru) | Способ определения температуропроводности твердого тела при нестационарном тепловом режиме | |
| CN113551778B (zh) | 一种热像仪相对测温性能评估装置 | |
| CN106885634A (zh) | 基于红外热像测温技术的非定常壁面加热热流分布测量方法 | |
| Wen et al. | The assessment of multispectral radiation thermometry using linear and log-linear emissivity models for steel | |
| RU2013139427A (ru) | Способ оценки различия теплофизических параметров видимой поверхности изотропного объекта с учетом фона | |
| RU2460063C1 (ru) | Способ определения теплопроводности и температуропроводности твердого тела при нестационарном тепловом режиме | |
| CN110296760A (zh) | 一种测定膜状电加热器电-热辐射转换效率的方法 | |
| Rani et al. | Investigating temperature distribution of two different types of blackbody sources using infrared pyrometry techniques | |
| Murphy et al. | Development of an algorithm to extract thermal diffusivity for the radial converging wave technique | |
| Tempelhahn et al. | Modeling transient thermal behavior of shutter-less microbolometer-based infrared cameras | |
| KR20170109389A (ko) | 온도 프로파일 구현 장치 | |
| RU2604267C1 (ru) | Способ измерения температурного поля в помещении и устройство для его осуществления | |
| Zhao et al. | Where ThermoMesh meets ThermoNet: A machine learning based sensor for heat source localization and peak temperature estimation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141226 |