RU2646437C1 - Method of determining thermal conductivity coefficient of liquid heat insulation at non-stationary thermal mode - Google Patents
Method of determining thermal conductivity coefficient of liquid heat insulation at non-stationary thermal mode Download PDFInfo
- Publication number
- RU2646437C1 RU2646437C1 RU2016148988A RU2016148988A RU2646437C1 RU 2646437 C1 RU2646437 C1 RU 2646437C1 RU 2016148988 A RU2016148988 A RU 2016148988A RU 2016148988 A RU2016148988 A RU 2016148988A RU 2646437 C1 RU2646437 C1 RU 2646437C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- liquid
- thermal conductivity
- heat
- heat source
- coefficient
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/18—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating thermal conductivity
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к нестационарным способам определения коэффициента теплопроводности жидких теплоизоляционных материалов. Разработанный способ может применяться в строительстве и теплоэнергетике для исследования теплопроводных качеств сверхтонких жидких теплоизоляционных покрытий.The invention relates to non-stationary methods for determining the coefficient of thermal conductivity of liquid insulating materials. The developed method can be used in construction and power engineering to study the heat-conducting qualities of ultra-thin liquid heat-insulating coatings.
Известен способ определения коэффициента теплопроводности сверхтонких жидких теплоизоляционных покрытий, проводимый в два этапа. На первом этапе нижнюю поверхность плоскопараллельной стенки, состоящей из двух слоев одинаковой толщины с равным коэффициентом теплопроводности материала, нагревают с помощью плоского терморегулируемого источника теплоты и измеряют температуру поверхности источника теплоты, а также температуру между слоями. Температуру наружной поверхности верхнего слоя определяют расчетным способом. На втором этапе на наружной поверхности плоскопараллельной стенки закрепляют металлическую пластину известной толщины с известным коэффициентом теплопроводности. Далее на наружную поверхность металлической пластины наносят слой сверхтонкого жидкого теплоизоляционного покрытия известной толщины и измеряют температуру поверхности контакта верхнего слоя плоскопараллельной стенки и металлической пластины со сверхтонким жидким теплоизоляционным покрытием. По специальной расчетной формуле вычисляют коэффициент теплопроводности жидкого теплоизоляционного покрытия [Патент РФ 2478936, кл. G01N 25/18, G01N 25/20, 2013].A known method for determining the coefficient of thermal conductivity of ultrathin liquid thermal insulation coatings, carried out in two stages. At the first stage, the lower surface of a plane-parallel wall, consisting of two layers of the same thickness with an equal coefficient of thermal conductivity of the material, is heated with a flat thermoregulated heat source and the surface temperature of the heat source is measured, as well as the temperature between the layers. The temperature of the outer surface of the upper layer is determined by calculation. In a second step, a metal plate of known thickness with a known coefficient of thermal conductivity is fixed on the outer surface of a plane-parallel wall. Next, a layer of ultrathin liquid heat-insulating coating of known thickness is applied to the outer surface of the metal plate, and the contact surface temperature of the upper layer of the plane-parallel wall and the metal plate with ultrathin liquid heat-insulating coating is measured. Using a special calculation formula, the thermal conductivity coefficient of the liquid heat-insulating coating is calculated [RF Patent 2478936, cl. G01N 25/18, G01N 25/20, 2013].
К недостаткам данного способа можно отнести использование большого количества элементов: терморегулируемого источника теплоты, двух слоев плоскопараллельной стенки, металлической пластины, а также применение контактных измерителей температуры, расположенных между соседними слоями измерительной системы и искажающих ее стационарное температурное поле. Сложность способа также заключается в необходимости априорного знания значений коэффициентов теплопроводности двухслойной плоскопараллельной стенки и металлической пластины. Исходные уравнения для вывода итоговой расчетной формулы в некоторой степени не соответствуют классическим законам теплообмена.The disadvantages of this method include the use of a large number of elements: a temperature-controlled heat source, two layers of a plane-parallel wall, a metal plate, as well as the use of contact temperature meters located between adjacent layers of the measuring system and distorting its stationary temperature field. The complexity of the method also lies in the need for a priori knowledge of the values of the thermal conductivity of a two-layer plane-parallel wall and a metal plate. The initial equations for deriving the final calculation formula to some extent do not correspond to the classical laws of heat transfer.
Наиболее близким к заявленному изобретению является способ определения коэффициента теплопроводности тонкостенных теплозащитных покрытий, проводимый в два этапа. На первом этапе с помощью нагревателя, имеющего постоянную температуру поверхности, равномерно на дистанции нагревают всю внешнюю поверхность образца без теплозащитного покрытия, одновременно охлаждая обратную сторону образца воздушным потоком, движущимся в теплоизолированном вентиляционном канале. На втором этапе наносят теплозащитное покрытие известной толщины на внешнюю поверхность образца и повторно проводят те же самые испытания. По результатам бесконтактного измерения термографами температурных полей поверхностей образца до и после нанесения на одну из его сторон теплозащитного покрытия, а также по температуре охлаждающего воздуха вычисляют по специальным расчетным формулам коэффициент теплопроводности теплозащитного покрытия [Патент РФ 2426106, кл. G01N 25/18, 2011].Closest to the claimed invention is a method for determining the coefficient of thermal conductivity of thin-walled heat-resistant coatings, carried out in two stages. At the first stage, with the help of a heater having a constant surface temperature, the entire external surface of the sample is uniformly heated at a distance without a heat-protective coating, while cooling the reverse side of the sample with air flow moving in a heat-insulated ventilation duct. In the second stage, a heat-shielding coating of known thickness is applied to the outer surface of the sample and the same tests are repeated. According to the results of non-contact thermographs measuring the temperature fields of the sample surfaces before and after applying a heat-shielding coating to one of its sides, as well as the temperature of the cooling air, the thermal conductivity coefficient of the heat-shielding coating is calculated using special calculation formulas [RF Patent 2426106, cl. G01N 25/18, 2011].
К недостаткам данного способа можно отнести использование большого количества элементов: нагревателя, вентиляционного канала, компрессора, инфракрасного прозрачного стекла, компьютерных термографов, а также достаточно сложный порядок выполнения расчета: определение по результатам первого этапа измерений по уравнению теплового баланса коэффициента теплоотдачи между образцом и холодным циркулирующим воздухом в вентиляционном канале, нахождение по результатам второго этапа измерений температуры на границе образца и теплозащитного покрытия, что является весьма затруднительным с технической точки зрения, итоговое вычисление локальных и среднеинтегрального значений коэффициента теплопроводности теплозащитного покрытия.The disadvantages of this method include the use of a large number of elements: a heater, a ventilation duct, a compressor, infrared transparent glass, computer thermographs, as well as a rather complicated calculation procedure: determination of the heat transfer coefficient between the sample and the cold circulating according to the results of the first stage of measurements air in the ventilation duct, finding according to the results of the second stage of temperature measurements at the boundary of the sample and heat shield PTFE coating, which is very difficult from a technical point of view, the final computation of the local mean-values and the thermal conductivity thermal barrier coating.
Целью изобретения является упрощение способа и повышение точности определения коэффициента теплопроводности жидкой тепловой изоляции.The aim of the invention is to simplify the method and improve the accuracy of determining the coefficient of thermal conductivity of liquid thermal insulation.
Поставленная цель достигается тем, что слой жидкой тепловой изоляции известной толщины наносят локально на поверхность плоского источника теплоты. В режиме охлаждения поверхности плоского источника теплоты в произвольный момент времени проводят отдельно измерения температуры поверхности плоского источника теплоты, температуры поверхности теплоизолированного участка и температуры окружающей среды. По известным значениям температуры поверхности плоского источника теплоты, температуры поверхности теплоизолированного участка и температуры окружающей среды, а также по известной толщине слоя тепловой изоляции вычисляют по специальной расчетной формуле коэффициент теплопроводности жидкой тепловой изоляции.This goal is achieved in that a layer of liquid thermal insulation of known thickness is applied locally to the surface of a flat source of heat. In the cooling mode of the surface of a planar heat source at an arbitrary point in time, separately measure the surface temperature of a planar heat source, the surface temperature of the insulated area and the ambient temperature. Using the known values of the surface temperature of a planar heat source, the surface temperature of the insulated area and the ambient temperature, as well as the known thickness of the thermal insulation layer, the thermal conductivity coefficient of liquid thermal insulation is calculated using a special calculation formula.
На фиг. 1 показана принципиальная схема реализации способа определения коэффициента теплопроводности жидкой тепловой изоляции при нестационарном тепловом режиме.In FIG. 1 shows a schematic diagram of the implementation of a method for determining the coefficient of thermal conductivity of liquid thermal insulation under non-stationary thermal conditions.
На фиг. 2 показан график для определения коэффициента теплоотдачи α в зависимости от температуры поверхности теплоизолированного участка tc2 и температуры окружающей среды tв при вертикальном расположении в пространстве поверхности плоского источника теплоты.In FIG. 2 shows a graph for determining the heat transfer coefficient α depending on the surface temperature of the heat-insulated section t c2 and the ambient temperature t in a vertical arrangement in the surface space of a flat heat source.
На фиг. 3 показан график для определения коэффициента теплоотдачи α в зависимости от температуры поверхности теплоизолированного участка tc2 и температуры окружающей среды tв при горизонтальном расположении в пространстве поверхности плоского источника теплоты.In FIG. Figure 3 shows a graph for determining the heat transfer coefficient α depending on the surface temperature of the heat-insulated section t c2 and the ambient temperature t in when the surface of the plane heat source is horizontal in space.
На фиг. 4 показан пример конкретной реализации способа определения коэффициента теплопроводности жидкой тепловой изоляции при нестационарном тепловом режиме (на примере охлаждения поверхности конфорки электрической плитки).In FIG. Figure 4 shows an example of a specific implementation of the method for determining the thermal conductivity coefficient of liquid thermal insulation under non-stationary thermal conditions (using the example of cooling the surface of a hotplate burner).
На фиг. 5 показано температурное поле поверхности плоского источника теплоты и поверхности теплоизолированного участка при нестационарном тепловом режиме (на примере охлаждения поверхности конфорки электрической плитки).In FIG. Figure 5 shows the temperature field of the surface of a planar heat source and the surface of a thermally insulated area under unsteady thermal conditions (using the example of cooling the surface of a hotplate burner).
На поверхности плоского источника теплоты 1 расположен локально слой жидкой тепловой изоляции 2 толщиной δиз (фиг. 1). В режиме охлаждения поверхности плоского источника теплоты 1 в произвольный момент времени τ температура поверхности плоского источника теплоты 1 равна tc1, температура поверхности теплоизолированного участка tc2 и температура окружающей среды tв.On the surface of a
Устройство для реализации предложенного способа работает следующим образом (фиг. 1).A device for implementing the proposed method works as follows (Fig. 1).
В режиме охлаждения поверхности плоского источника теплоты 1 в произвольный момент времени τ проводят отдельно измерения температуры поверхности плоского источника теплоты 1 tc1, температуры поверхности теплоизолированного участка 2 tc2 и температуры окружающей среды tв.In the cooling mode of the surface of a
Коэффициент теплопроводности жидкой тепловой изоляции 2 вычисляют по специальной расчетной формуле:The thermal conductivity of liquid
где k - коэффициент пропорциональности; α - коэффициент теплоотдачи между поверхностью теплоизолированного участка 2 и окружающей средой; δиз - толщина слоя жидкой тепловой изоляции 2.where k is the coefficient of proportionality; α is the heat transfer coefficient between the surface of the
Коэффициент пропорциональности вычисляют по эмпирической формуле:The proportionality coefficient is calculated by the empirical formula:
где a=-0,64828604, b=3,1176277 - параметры уравнения; μ - первый корень характеристического уравнения.where a = -0.64828604, b = 3.1176277 are the parameters of the equation; μ is the first root of the characteristic equation.
Параметры а и b в формуле (2) получены по результатам аппроксимации (достоверность r2=0,9997) табличных значений первого корня μ для пластины в зависимости от числа Bi.Parameters a and b in formula (2) were obtained by approximating (reliability r 2 = 0.9997) the tabular values of the first root μ for the plate, depending on the number Bi.
Первый корень характеристического уравнения вычисляют по формуле:The first root of the characteristic equation is calculated by the formula:
где tc1 - температура поверхности плоского источника теплоты 1; tc2 - температура поверхности теплоизолированного участка 2; tв - температура окружающей среды.where t c1 is the surface temperature of a
Коэффициент теплоотдачи α между поверхностью теплоизолированного участка 2 и окружающей средой при вертикальном или горизонтальном расположениях плоского источника теплоты 1 находят соответственно по графикам на фиг. 2 и фиг. 3.The heat transfer coefficient α between the surface of the heat-insulated
Достоинствами предложенного способа являются техническая простота проведения теплофизических измерений и возможность проведения исследований в нестационарных условиях. Высокая точность результатов расчета достигается за счет применения формулы (1), выведенной из классического уравнения нестационарной теплопроводности для неограниченной пластины при толщине δ→0, а также графиков для расчета коэффициента теплоотдачи α (фиг. 2 и фиг. 3), полученных с помощью теории подобия тепловых процессов.The advantages of the proposed method are the technical simplicity of thermophysical measurements and the ability to conduct research in non-stationary conditions. High accuracy of the calculation results is achieved by applying formula (1), derived from the classical equation of unsteady heat conduction for an unbounded plate with a thickness of δ → 0, as well as graphs for calculating the heat transfer coefficient α (Fig. 2 and Fig. 3) obtained using theory similarities of thermal processes.
Пример конкретной реализации способа (фиг. 4).An example of a specific implementation of the method (Fig. 4).
Определим коэффициент теплопроводности жидкой тепловой изоляции на примере теплоизоляционной краски Броня 2, нанесенной на половину поверхности конфорки электрической плитки 1, с толщиной слоя жидкой тепловой изоляции 2 δиз=2,0⋅10-3 м. Значения температуры поверхности конфорки электрической плитки 1 и поверхности теплоизолированного участка 2 в момент времени τ=600 с по данным пирометра Testo 830-Т1 соответственно составили tс1=89,4°C и tс2=54,6°C (фиг. 5). Температура окружающей среды по результатам измерений равна tв=22,4°С.Let us determine the thermal conductivity coefficient of liquid thermal insulation using the example of Bronya 2 heat-insulating paint applied to half the surface of a
Коэффициент теплоотдачи вертикально расположенной поверхности конфорки электрической плитки 1 согласно фиг. 2 равен α=5,35 Вт/(м2⋅К).The heat transfer coefficient of the vertically located surface of the
Первый корень характеристического уравнения по формуле (3) равен:The first root of the characteristic equation by formula (3) is equal to:
. .
Коэффициент пропорциональности по формуле (2) составил:The proportionality coefficient by the formula (2) amounted to:
. .
Коэффициент теплопроводности жидкой тепловой изоляции Броня 2 по формуле (1) составил:The thermal conductivity coefficient of liquid
Относительная погрешность измерительной системы равна ±5%.The relative error of the measuring system is ± 5%.
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016148988A RU2646437C1 (en) | 2016-12-13 | 2016-12-13 | Method of determining thermal conductivity coefficient of liquid heat insulation at non-stationary thermal mode |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016148988A RU2646437C1 (en) | 2016-12-13 | 2016-12-13 | Method of determining thermal conductivity coefficient of liquid heat insulation at non-stationary thermal mode |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2646437C1 true RU2646437C1 (en) | 2018-03-05 |
Family
ID=61568865
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016148988A RU2646437C1 (en) | 2016-12-13 | 2016-12-13 | Method of determining thermal conductivity coefficient of liquid heat insulation at non-stationary thermal mode |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2646437C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2731112C1 (en) * | 2019-05-28 | 2020-08-28 | Александр Валерьевич Бояринцев | Method of determining heat conductivity coefficient of heat-insulating coatings based on hollow microspheres using thermal imager |
RU2752469C1 (en) * | 2020-12-07 | 2021-07-28 | Александр Валерьевич Бояринцев | Method for determining heat transfer coefficient and thermal conductivity coefficient of thermal insulation coatings based on hollow microspheres by measuring actual heat loss in stationary conditions |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000137012A (en) * | 1998-10-30 | 2000-05-16 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | Heat resistance measurement of coating layer |
RU2245538C1 (en) * | 2003-05-05 | 2005-01-27 | Тамбовский государственный технический университет (ТГТУ) | Nondestructive control method for thermal and physical properties of building materials for multilayer building structure erection |
CN101303320A (en) * | 2008-06-06 | 2008-11-12 | 西安交通大学 | Quasi-stable state method solid body thermal conductivity measurement instrument |
RU2426106C1 (en) * | 2009-12-31 | 2011-08-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Лётно-исследовательский институт имени М.М.Громова" | Method of determining heat conductivity of thin-wall heat shield and device to this end |
RU2478936C1 (en) * | 2011-11-07 | 2013-04-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" КазГАСУ | Method of determining thermal conductivity coefficient of super-thin liquid heat-insulating coatings |
RU2490619C1 (en) * | 2012-01-10 | 2013-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" (КГАСУ) | Method of determining efficiency factor of super-thin liquid heat-insulating coatings |
-
2016
- 2016-12-13 RU RU2016148988A patent/RU2646437C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000137012A (en) * | 1998-10-30 | 2000-05-16 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | Heat resistance measurement of coating layer |
RU2245538C1 (en) * | 2003-05-05 | 2005-01-27 | Тамбовский государственный технический университет (ТГТУ) | Nondestructive control method for thermal and physical properties of building materials for multilayer building structure erection |
CN101303320A (en) * | 2008-06-06 | 2008-11-12 | 西安交通大学 | Quasi-stable state method solid body thermal conductivity measurement instrument |
RU2426106C1 (en) * | 2009-12-31 | 2011-08-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Лётно-исследовательский институт имени М.М.Громова" | Method of determining heat conductivity of thin-wall heat shield and device to this end |
RU2478936C1 (en) * | 2011-11-07 | 2013-04-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" КазГАСУ | Method of determining thermal conductivity coefficient of super-thin liquid heat-insulating coatings |
RU2490619C1 (en) * | 2012-01-10 | 2013-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" (КГАСУ) | Method of determining efficiency factor of super-thin liquid heat-insulating coatings |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2731112C1 (en) * | 2019-05-28 | 2020-08-28 | Александр Валерьевич Бояринцев | Method of determining heat conductivity coefficient of heat-insulating coatings based on hollow microspheres using thermal imager |
RU2752469C1 (en) * | 2020-12-07 | 2021-07-28 | Александр Валерьевич Бояринцев | Method for determining heat transfer coefficient and thermal conductivity coefficient of thermal insulation coatings based on hollow microspheres by measuring actual heat loss in stationary conditions |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
He et al. | Volume or inside heating thermography using electromagnetic excitation for advanced composite materials | |
RU2426106C1 (en) | Method of determining heat conductivity of thin-wall heat shield and device to this end | |
RU2478936C1 (en) | Method of determining thermal conductivity coefficient of super-thin liquid heat-insulating coatings | |
Zhang et al. | A numerical study on the influence of insulating layer of the hot disk sensor on the thermal conductivity measuring accuracy | |
Chaffar et al. | Thermal characterization of homogeneous walls using inverse method | |
Liu et al. | Experimental investigation of emissivity of steel | |
Chudzik | Measurement of thermal parameters of a heat insulating material using infrared thermography | |
Evangelisti et al. | Comparison between heat-flow meter and Air-Surface Temperature Ratio techniques for assembled panels thermal characterization | |
Su | Geometry estimation of the furnace inner wall by an inverse approach | |
Hubble et al. | A hybrid method for measuring heat flux | |
Lewandowski et al. | Possibility of thermal imaging use in studies of natural convection heat transfer on the example of an isothermal vertical plate | |
RU2646437C1 (en) | Method of determining thermal conductivity coefficient of liquid heat insulation at non-stationary thermal mode | |
Abreu et al. | Thermography detection of contact failures in double layered materials using the reciprocity functional approach | |
Malheiros et al. | Estimation of thermal properties using only one surface by means of infrared thermography | |
Zhang et al. | Determination of temperature dependent thermophysical properties using an inverse method and an infrared line camera | |
Silva et al. | Non-destructive infrared lock-in thermal tests: update on the current defect detectability | |
Simões et al. | Laboratory assessment of thermal transmittance of homogeneous building elements using infrared thermography | |
Wu et al. | Prediction of defect depth in GFRP composite by square-heating thermography | |
RU2568983C1 (en) | Method to determine coefficient of heat conductivity of liquid heat insulation in laboratory conditions | |
RU2610348C1 (en) | Method for determining factor of thermal conductivity liquid thermal isolation on surface of flat heating source | |
RU2468360C1 (en) | Method to measure integral coefficient of heat-shielding materials surface radiation | |
Chudzik | Measurement of thermal diffusivity of insulating material using an artificial neural network | |
Peng et al. | A novel approach to temperature-dependent total emissivity estimation based on isothermal cooling | |
RU2602595C1 (en) | Method of determining thermal conductivity coefficient of liquid heat insulation in natural conditions | |
CN103163117B (en) | High-temperature optical constant measuring method for metal oxide layer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181214 |