RU2701775C1 - Способ определения кинетических теплофизических свойств твердых материалов - Google Patents
Способ определения кинетических теплофизических свойств твердых материалов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2701775C1 RU2701775C1 RU2018139081A RU2018139081A RU2701775C1 RU 2701775 C1 RU2701775 C1 RU 2701775C1 RU 2018139081 A RU2018139081 A RU 2018139081A RU 2018139081 A RU2018139081 A RU 2018139081A RU 2701775 C1 RU2701775 C1 RU 2701775C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thermal
- heating
- temperature
- time
- point
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 47
- 239000011343 solid material Substances 0.000 title claims abstract description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 49
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 26
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims description 7
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 9
- 238000001931 thermography Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 10
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 238000001757 thermogravimetry curve Methods 0.000 description 2
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000746 Structural steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000004093 laser heating Methods 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000012925 reference material Substances 0.000 description 1
- 239000013074 reference sample Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/0003—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry for sensing the radiant heat transfer of samples, e.g. emittance meter
-
- 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
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к теплофизическим измерениям и может быть использовано для определения теплофизических характеристик материалов и изделий неразрушающим методом путем экспериментально-расчетного способа определения теплофизических свойств тестируемых материалов. Способ определения комплекса теплофизических свойств твердых материалов включает тепловое импульсное воздействие от источника нагрева на поверхность исследуемого образца и последующий анализ нестационарной тепловой картины. Тепловую картину создают внешним «точечным» источником энергии, локализованным на площадке размером порядка 1 мм2, и регистрируют на доступной поверхности тепловизором создаваемый в бездефектном контролируемом изделии радиально симметричный тепловой фронт, как систему концентрических круговых изотерм, положение которых во времени определяют путем усреднения информации с большого числа пикселей матрицы тепловизора, установленного неподвижно относительно центра изображения пятна нагрева, после чего производят анализ результатов. Технический результат – повышение экспрессности метода определения теплофичических свойств твердых материалов и готовых изделий. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.
Description
Предлагаемое изобретение относится к теплофизическим измерениям. Область применения - определение теплофизических характеристик материалов и изделий неразрушающим (безобразцовым) методом путем экспериментально-расчетного способа определения кинетических теплофизических свойств тестируемых материалов (в частности, коэффициентов температуро- и теплопроводности, основанного на методе нестационарной термографии.
Известен способ идентификации теплофизических свойств (ТФС) материалов, основанный на сравнении исследуемой термограммы с совокупностью нормированных термограмм исследуемого и эталонного материалов (Патент РФ №2018117, МПК G01N 25/18, 1994). При идентификации решается оптимизационная задача, для которой существует минимальная погрешность между разностью отклика исследуемого материала и совокупностью откликов нормированных характеристик эталонов.
Недостатком этого способа является необходимость сбора большого числа экспериментальных данных, формируемых в течение длительного времени проведения опытов.
Известен также принятый за прототип способ определения комплекса ТФС твердых материалов (Патент РФ №2284030, МПК G01N 25/18, 2005). Способ заключается в тепловом импульсном воздействии от линейного источника нагрева на плоскую поверхность исследуемого и эталонного образцов, измерении избыточной температуры на плоской поверхности образцов на фиксированном расстоянии от линии нагрева с момента подачи теплового импульса, при этом тепловое импульсное воздействие и измерение избыточной температуры осуществляют в плоскости контакта исследуемого и эталонного образцов, а измерение избыточной температуры производят в одной точке до момента регистрации в ней заданного отношения избыточной температуры к скорости нагрева, измеряют интегральное значение избыточной температуры на временном интервале от момента подачи импульса до момента регистрации заданного отношения избыточной температуры к скорости нагрева, используя математическую модель:
решают итерационным методом уравнение:
рассчитывают многофакторные функции преобразования
составляют систему уравнений:
решая которую методом итераций, определяют искомые теплофизические свойства исследуемого материала α2, λ2,
Q - количества тепла, выделяемое нагревателем на единицу длины;
τ - текущее время, отсчитываемое от момента подачи импульса;
r - фиксированное расстояние от линии нагрева до точки измерения избыточной температуры;
Т(a 2, λ2, τ) - текущая избыточная температура в плоскости контакта на фиксированном расстоянии от линии нагрева;
К - заданное отношение избыточной температуры к скорости нагрева;
τo - момент регистрации в точке измерения заданного отношения избыточной температуры к скорости нагрева;
Io - интегральное значение избыточной температуры на временном интервале от 0 до τo;
I(a 2, λ2) - многофакторная функция преобразования интегрального значения температуры;
а 1 - температуропроводность эталона;
λ1 - теплопроводность эталона;
а 2 - температуропроводность исследуемого материала;
λ2 - теплопроводность исследуемого материала.
Недостатком известного способа является его сложность в практическом применении, обусловленная необходимостью использования эталонного образца, применения линейного нагревателя, который взаимодействует с исследуемым образцом на значительной площади, вызывая неравномерный нагрев. Большие погрешности при определении фиксированного расстояния от линии нагрева до точки измерения избыточной температуры делают недостоверными результаты определения ТФС материала.
Частично эти недостатки устраняются при применении импульсного нагрева с помощью лазерного излучения. В статье Int J Theosophy's (2013) 34:467-485/Situ Measurement of Thermal Diffusivity in Anisotropic Media/Tadeusz Kruczek et al. измерение тепловой диффузии в анизотропных средах основано на использовании точечного лазерного нагрева и применении видеокамеры. Согласно этому способу поверхность образца подвергают тепловому импульсному воздействию и затем проводят анализ нестационарной тепловой картины, регистрируют создаваемую в бездефектном контролируемом изделии радиально симметричную тепловую волну, которая регистрируется на доступной поверхности тепловизором как система концентрических круговых изотерм. Один импульс лазера формирует данные для извлечения двух основных компонентов тензора термодиффузии (ТД). Методика может быть использована для определения ТД или теплопроводности. В последнем случае, плотность и удельная теплоемкость должна быть определены путем раздельного измерения. Оценка ТД осуществляют в два этапа. В первом, записанное температурное поле обрабатывают, чтобы найти форму изотерм. Результатом этого процесса является соотношение основных компонентов ТД. На втором этапе вычисляют временное изменение соотношения температур при наборе точек. Применение простого обратного метода производит основной компонент тензора ТД. Второй компонент получают из заранее определенного соотношения двух компонент тензора ТД.
Недостаток этого способа авторы видят в том, что до сих пор этот метод был проверен на средах с тепловыми проводимостями в диапазоне от 5 до 40 Вт м-1 К-1. Более высокие значения требует модификации оборудования и модели.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является разработка простого способа для экспресс-инспекции и определения кинетических ТФС тестируемых материалов (в частности, коэффициентов температуро- и теплопроводности) путем анализа нестационарного температурного поля, регистрируемого тепловизором на наружной поверхности исследуемого материала.
Технический результат достигается тем, что согласно способу определения кинетических теплофизических свойств твердых материалов и готовых изделий, включающий тепловое импульсное воздействие от источника нагрева на поверхность исследуемого изделия и последующий анализ нестационарной тепловой картины, тепловую картину создают внешним «точечным» источником энергии, локализованным на площадке размером порядка 1 мм2 и регистрируют с помощью тепловизора создаваемую в бездефектном контролируемом изделии эволюцию распределения температуры на поверхности изделия, как систему концентрических круговых изотерм, положение которых во времени определяют путем усреднения информации с большого числа пикселей матрицы тепловизора, установленного неподвижно относительно центра изображения пятна нагрева, после чего производят анализ результатов.
Технический результат достигается тем, что для материалов и изделий с высокой теплопроводностью в виде пластины (толщиной до 3 мм и продольными размерами >15-20 мм) используют метод создания цилиндрического теплового фронта «точечным» источником нагрева, и процедура анализа заключается в следующем:
- для нескольких промежутков времени t от начала нагрева определяют центр осесимметричного распределения температур и производят его усреднение по углу;
- выбирают два значения времени t1 и t2 и строят зависимость температуры Т от расстояния r для этих значений t; при этом время t1 соответствует максимальному времени эксперимента, а выбор времени t2 делается из соображений реализации наибольшего градиента температуры dT/dr на зависимости Т(r);
- выбирают температуру T1 на максимальном времени нагрева t1 и в точке на радиусе r1 большем, чем радиус пятна нагрева;
- на выбранном времени t2 и в точках на расстоянии r2 определяют температуру Т2;
- определяют значение отношения β=Т2/Т1; для наилучшей точности определения температуропроводности отношение температур должно быть близким к 0,5;
- если отношение β выходит из интервала 0,4<β<0,6, то задают новое значение расстояния r2 и снова определяют температуру Т2, повторяя эту процедуру до тех пор, пока значение β не станет равным 0,5±0,1;
- вычисляют величину χ по формуле
где:
χ - коэффициент температуропроводности материала в мм2/с;
γ=~ 0,5772 - постоянная Эйлера;
r1 - расстояние до точки с температурой Т1;
r2 - расстояние до точки с температурой Т2;
t1 - время нагрева максимальное;
t2 - время нагрева выбранное;
β - отношение между температурами Т2/Т1.
Технический результат для массивных материалов и изделий достигается тем, что используют метод создания «точечным» источником нагрева радиально-симметричного распространения сферического теплового фронта в полупространство, и процедура анализа заключается в следующем:
- при определении коэффициента температуропроводности χ используют аналитическое решение задачи распределения температуры вне пятна нагрева r0, которое может быть аппроксимировано функцией вида
где
С - некоторая константа;
- экспериментальные данные строят в координатах (T⋅r, (r-ro)t-1/2) и аппроксимируют функцией вида γ=C⋅erfc(A⋅x), варьируя лишь масштабы по осям;
- методом регрессии определяют оптимальное значение параметра А, обеспечивающее наилучшее согласование экспериментальных данных с аппроксимирующей кривой;
- как следует из (2), найденная таким образом величина 
, по которой определяют 
Способ также достигается тем, что в качестве «точечного» источника энергии возможно использование лазера с регулируемой мощностью до 30 Вт видимого или инфракрасного диапазона и регулируемой длительностью импульса, либо осуществление контакта с предварительно разогретым до 100-150°С заостренным массивным металлическим стержнем.
Методика проведения исследований Изначально исследуемый материал в виде металлической оболочки (как вариант это может быть пластина, лист или др.) находилась в тепловом равновесии с окружающей средой. В начальный момент времени наружную сторону стенки начинали нагревать локальным источником энергии. Тепловизионная камера регистрировала нестационарное тепловое поле с легкодоступной наружной стороны оболочки (фиг. 1а).
В эксперименте использовали металлическую емкость, выполненную из малоуглеродистой конструкционной стали Ст3 толщиной 3 мм. Нагрев создавали лазером мощностью 10 Вт с длиной волны 450 нм и регулируемой длительностью импульса или посредством контакта с предварительно разогретым до 100-150°С заостренным металлическим стержнем. Это позволяло осуществлять локальный перегрев металлической оболочки на несколько десятков °С (фиг. 16 - фиг. 1г). Цифровое ИК-изображение наружной поверхности регистрировали тепловизионной системой FLIRA35sc. Камера имела матрицу 320×256 пикселей, угловое разрешение (Instantaneous Field of View - IFOV) 2,78 мрад, порог чувствительности ≈ 0,05°С (в диапазоне температур от - 20°С до +550°С) и частоту выводимых и сохраняемых кадров 60 Гц. В качестве входных данных для последующего анализа использовали разность тепловых полей, обозначаемая далее Т(х, у, t), в исследуемый момент времени t и при t=0.
На фиг. 1 показана схема метода ИК-контроля (а) и видеограмма (б-г) кинетики разогрева с изотермами для металлической пластины (Ст3) толщиной 3 мм через время t от начала нагрева.
б) t=10 с, в) t=20 с, г) t=40 с.
1 - источник локального нагрева (лазер),
2 - тепловизионная камера,
3 - металлическая оболочка или пластина.
Точками на (фиг. 1 б, в, г) обозначены первичные экспериментальные данные с матрицы тепловизора, относящиеся к изотерме с целым числом °С±0,2°С, линиями - сглаженные аппроксимации для облегчения восприятия. Цифрами указаны температуры локального нагрева Т (относительно температуры до начала нагрева).
Эксперименты с точечным нагревом поверхности сфокусированным лазерным пучком или предварительно нагретым заостренным медным стержнем, показали, что в однородном материале или многослойной бездефектной оболочке изотермы могут быть с высокой точностью аппроксимированы концентрическими окружностями. На фиг. 2 представлено радиальное распределение температуры Tr для фиксированного расстояния r, усредненное по углам от 0 до 360°, для разных времен нагрева t для одного из опытов: распределение температуры в бездефектной области через 10 с (линия 1), 30 с (линия 2) и 60 с (линия 3) после начала нагрева в точке с нулевой координатой.
Скорость распространения теплового фронта от точки нагрева (в пренебрежении теплообменом с окружающей средой, что оправдано при достаточно динамичном нагреве) зависит только от коэффициента температуропроводности материала χ (или эффективного коэффициента температуропроводности композита). Обработка данных, приведенных на фиг. 2, с учетом соответствующих моделей нестационарной теплопроводности, позволяет с хорошей точностью определить величину χ материала стенки.
Согласно Carslaw Н.С., Jaeger J.C. Conduction of Heat in Solids. - Oxford University Press, 1959. - 510 p., зависимость температуры T от времени t и расстояния r при нагреве пластины заданным тепловым потоком Q, распространяющимся из пятна радиуса r0 на бесконечность может быть оценена как
где:
γ≈0,5772 - постоянная Эйлера,
O(х) - неизвестная функция, лимитированная значением своего аргумента, умноженного на конечную константу,
λ - коэффициент теплопроводности.
На практике, при достаточно больших временах вторым членом уравнения можно пренебречь.
Извлечение величины χ непосредственно из данных эксперимента (фиг. 2) по формуле (1) сталкивается, как с необходимостью иметь независимую информацию о величинах Q и λ, так и с экспоненциально сильной зависимостью искомой величины от входных данных. Фиксация температуры Т2 в некоторой произвольно выбранной наперед заданной точке (r2, t2) и выбор некоторого заданного значения отношения температур в референсной точке с температурой Т1 и в искомой точке при T2(r2, t2)=βT1(r1, t1) позволяет полностью уйти как от экспоненциальных зависимостей, так и вообще от зависимостей от Q и λ, поскольку соотношение (1) сводится к
Таким образом, для определения величины χ следует выбрать две пары значений температуры Т2 и Т1 и времени t1 и t2 и найти соответствующие им радиусы r1 и r2 из экспериментальных данных.
Точка с Т1 выбирается из соображений максимальной температуры в области, в которой нагрев обусловлен только теплопроводностью материала. Выбор отношения β определяется следующими соображениями: приближение ее величины к единице приводит к появлению все больших степеней в формуле (2). Приближение β к нулю влечет значительное увеличение радиуса r2, что нежелательно, так как в удаленных областях температура и в особенности ее градиент сильно уменьшаются, что уменьшает точность определения искомого радиуса. Выбор времени t2 ≈ 20-30 с (для стальных изделий) лимитируется сверху теми же соображениями об увеличении радиуса, а снизу - увеличением отброшенного члена
в формуле (1), зависящего от числа Фурье
на радиусе пятна нагрева r0.
Как видно из таблицы 1, индивидуальные значения χ очень слабо зависят от конкретных заданных величин t2 и r2, кроме того, выбор конкретных значений t1 и r1 так же влияет на результат весьма слабо. Среднее значение представленной выборки χm=(12,54±0,27) мм2/с совпадает с табличным значением для величины χ малоуглеродистых сталей, а среднеквадратичное отклонение составляет около 2%. Варьирование величин Т1 в некоторых разумных пределах также практически не влияет на результат.
Учитывая, что λ=χρcm, а плотность ρ и удельная теплоемкость cm материала обычно известны или могут быть взяты из справочников, знание величины χ дает возможность определить и величину λ. Так, для стали Ст3 ρ=7870 кг/м3, а cm=0,486 кДж/кг. К, что при χm=12,54 мм2/с дает значение λ=47,96 Вт/м°С, совпадающее с табличным. Таким образом, предложенный простой метод определения χ и λ может с успехом использоваться для экспресс-диагностики состояния различных материалов и определения их теплофизических свойств.
Зависимость экспериментального значения коэффициента температуропроводности χ в мм2/с от выбора времени и температуры в табл. 1.
В качестве референсной выбрана точка (r1=7 мм, t1=60 с, Т1=33,57°С).
Для массивных материалов и изделий можно использовать аналогичный метод, создающий не цилиндрический, а сферический тепловой фронт «точечным» источником нагрева. Тогда аналитическое решение задачи распределения температуры вне пятна нагрева может быть аппроксимировано функцией вида
где erfc(x)=2π-l/2dy - дополнительная функция ошибок, а С - некоторая константа.
Для определения χ из экспериментальных данных целесообразно перестроить их в координатах (T⋅r, (r-ro)t-1/2) и аппроксимировать функцией вида у=C⋅erfc(A⋅x), варьируя лишь масштабы по осям. Как следует из (3), найденное таким образом оптимальное значение параметра А=0.5χ-1/2 и определяет величину χ (χ=(4A2)-1). В условиях реального эксперимента точность регистрации температуры с увеличением радиуса уменьшается из-за конечной разрешающей способности тепловизора по температуре и шумов различной природы.
Экспериментальное тестирование предлагаемого метода на массивной керамической детали из диоксида циркония (диаметром 30 мм и высотой 25 мм) дало значение χ=1.0±0.1 мм2/s. Определенное предложенным нестационарным экспресс-методом значение χ совпадает с измерениями по методике и требованиям ГОСТа в пределах погрешности обоих методов.
Разработанный способ неразрушающего (безобразцового) динамического теплового контроля обеспечивает определение кинетических теплофизических характеристик металла.
Claims (28)
1. Способ определения кинетических теплофизических свойств твердых материалов и готовых изделий, включающий тепловое импульсное воздействие от источника нагрева на поверхность исследуемого изделия и последующий анализ нестационарной тепловой картины, отличающийся тем, что тепловой нагрев создают внешним «точечным» источником энергии, локализованным на площадке размером порядка 1 мм2, и регистрируют с помощью тепловизора создаваемую в бездефектном контролируемом изделии эволюцию распределения температуры на поверхности изделия, как систему концентрических круговых изотерм, положение которых во времени определяют путем усреднения информации с большого числа пикселей матрицы тепловизора, установленного неподвижно относительно центра изображения пятна нагрева, после чего производят анализ результатов.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для материалов и изделий с высокой теплопроводностью в виде пластины (толщиной до 3 мм и продольными размерами >15-20 мм) используют метод создания цилиндрического теплового фронта «точечным» источником нагрева, и процедура анализа заключается в следующем:
- для нескольких промежутков времени t от начала нагрева определяют центр осесимметричного распределения температур и производят его усреднение по углу;
- выбирают два значения времени t1 и t2 и строят зависимость температуры Т от расстояния r для этих значений t; при этом время t1 соответствует максимальному времени эксперимента, а выбор времени t2 делается из соображений реализации наибольшего градиента температуры dT/dr на зависимости Т(t);
- выбирают температуру T1 на максимальном времени нагрева t1 и в точке на радиусе r1 большем, чем радиус пятна нагрева;
- на выбранном времени t2 и в точках на расстоянии r2 определяют температуру Т2;
- определяют значение отношения β=Т2/Т1; для наилучшей точности определения температуропроводности отношение температур должно быть близким к 0,5;
- если отношение β выходит из интервала 0,4<β<0,6, то задают новое значение расстояния r2 и снова определяют температуру Т2, повторяя эту процедуру до тех пор, пока значение β не станет равным 0,5±0,1;
- вычисляют величину χ по формуле
где χ - коэффициент температуропроводности материала в мм2/с;
γ =~0,5772 - постоянная Эйлера;
r1 - расстояние до точки с температурой Т1;
r2 - расстояние до точки с температурой Т2;
t1 - время нагрева максимальное;
t2 - время нагрева выбранное;
β - отношение между температурами Т2/Т1.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для массивных материалов и изделий используют метод создания «точечным» источником нагрева радиально-симметричного распространения сферического теплового фронта в полупространство, и процедура анализа заключается в следующем:
- при определении коэффициента температуропроводности χ используют аналитическое решение задачи распределения температуры вне пятна нагрева r0, которое может быть аппроксимировано функцией вида
где
С - некоторая константа;
- экспериментальные данные строят в координатах (T⋅r, (r-ro)t-1/2) и аппроксимируют функцией вида у=С⋅erƒc(А⋅х), варьируя лишь масштабы по осям;
- методом регрессии определяют оптимальное значение параметра А, обеспечивающее наилучшее согласование экспериментальных данных с аппроксимирующей кривой;
- как следует из (2), найденная таким образом величина 
по которой определяют
χ=(4A2)-1.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве точечного источника энергии используют лазер мощностью до 30 Вт видимого или инфракрасного диапазона и регулируемой длительностью импульса, либо осуществляют кратковременный контакт с предварительно разогретым до 100-150°С заостренным массивным металлическим стержнем.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018139081A RU2701775C1 (ru) | 2018-11-06 | 2018-11-06 | Способ определения кинетических теплофизических свойств твердых материалов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018139081A RU2701775C1 (ru) | 2018-11-06 | 2018-11-06 | Способ определения кинетических теплофизических свойств твердых материалов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2701775C1 true RU2701775C1 (ru) | 2019-10-02 |
Family
ID=68170761
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018139081A RU2701775C1 (ru) | 2018-11-06 | 2018-11-06 | Способ определения кинетических теплофизических свойств твердых материалов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2701775C1 (ru) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2725695C1 (ru) * | 2019-11-19 | 2020-07-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина" (ФГБОУ ВО "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина, ТГУ им. Г.Р. Державина") | Способ определения температуропроводности оптически прозрачных материалов |
| RU2753620C1 (ru) * | 2020-11-20 | 2021-08-18 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина" | Способ определения кинетических теплофизических свойств анизотропных композитных материалов |
| RU2756935C1 (ru) * | 2020-10-15 | 2021-10-07 | Сергей Константинович Есаулов | Способ разрушения материального твердого тела при локальном высокоинтенсивном тепловом воздействии на его поверхность |
| RU2756936C1 (ru) * | 2020-10-15 | 2021-10-07 | Сергей Константинович Есаулов | Способ разрушения материального твердого тела при локальном высокоинтенсивном тепловом воздействии на его поверхность |
| RU2756998C1 (ru) * | 2020-10-15 | 2021-10-08 | Сергей Константинович Есаулов | Способ разрушения материального твердого тела при локальном высокоинтенсивном тепловом воздействии на его поверхность |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2208778C2 (ru) * | 2001-01-12 | 2003-07-20 | Тамбовский государственный технический университет | Способ бесконтактного неразрушающего контроля теплофизических свойств материалов |
| RU2251098C1 (ru) * | 2003-11-17 | 2005-04-27 | Тамбовский государственный технический университет (ТГТУ) | Способ бесконтактного неразрушающего контроля теплофизических свойств материалов |
| RU2284030C2 (ru) * | 2004-03-30 | 2006-09-20 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" | Способ определения комплекса теплофизических свойств твердых материалов |
| CN102183542B (zh) * | 2011-01-31 | 2012-11-21 | 哈尔滨工业大学 | 采用红外多点测温热阻法检测电路板焊点可靠性的检测系统 |
| RU2502989C1 (ru) * | 2012-07-12 | 2013-12-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Вологодский государственный технический университет" (ВоГТУ) | Способ определения температуропроводности твердого тела при нестационарном тепловом режиме |
| RU2549549C1 (ru) * | 2014-03-26 | 2015-04-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Устройство для бесконтактного определения коэффициента температуропроводности твердых тел |
-
2018
- 2018-11-06 RU RU2018139081A patent/RU2701775C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2208778C2 (ru) * | 2001-01-12 | 2003-07-20 | Тамбовский государственный технический университет | Способ бесконтактного неразрушающего контроля теплофизических свойств материалов |
| RU2251098C1 (ru) * | 2003-11-17 | 2005-04-27 | Тамбовский государственный технический университет (ТГТУ) | Способ бесконтактного неразрушающего контроля теплофизических свойств материалов |
| RU2284030C2 (ru) * | 2004-03-30 | 2006-09-20 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" | Способ определения комплекса теплофизических свойств твердых материалов |
| CN102183542B (zh) * | 2011-01-31 | 2012-11-21 | 哈尔滨工业大学 | 采用红外多点测温热阻法检测电路板焊点可靠性的检测系统 |
| RU2502989C1 (ru) * | 2012-07-12 | 2013-12-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Вологодский государственный технический университет" (ВоГТУ) | Способ определения температуропроводности твердого тела при нестационарном тепловом режиме |
| RU2549549C1 (ru) * | 2014-03-26 | 2015-04-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Устройство для бесконтактного определения коэффициента температуропроводности твердых тел |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2725695C1 (ru) * | 2019-11-19 | 2020-07-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина" (ФГБОУ ВО "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина, ТГУ им. Г.Р. Державина") | Способ определения температуропроводности оптически прозрачных материалов |
| RU2756935C1 (ru) * | 2020-10-15 | 2021-10-07 | Сергей Константинович Есаулов | Способ разрушения материального твердого тела при локальном высокоинтенсивном тепловом воздействии на его поверхность |
| RU2756936C1 (ru) * | 2020-10-15 | 2021-10-07 | Сергей Константинович Есаулов | Способ разрушения материального твердого тела при локальном высокоинтенсивном тепловом воздействии на его поверхность |
| RU2756998C1 (ru) * | 2020-10-15 | 2021-10-08 | Сергей Константинович Есаулов | Способ разрушения материального твердого тела при локальном высокоинтенсивном тепловом воздействии на его поверхность |
| RU2753620C1 (ru) * | 2020-11-20 | 2021-08-18 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина" | Способ определения кинетических теплофизических свойств анизотропных композитных материалов |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2701775C1 (ru) | Способ определения кинетических теплофизических свойств твердых материалов | |
| Wang et al. | Image processing based quantitative damage evaluation in composites with long pulse thermography | |
| Montanini | Quantitative determination of subsurface defects in a reference specimen made of Plexiglas by means of lock-in and pulse phase infrared thermography | |
| Cernuschi et al. | In-plane thermal diffusivity evaluation by infrared thermography | |
| Zeng et al. | Absolute peak slope time based thickness measurement using pulsed thermography | |
| Junyan et al. | Experimental study on active infrared thermography as a NDI tool for carbon–carbon composites | |
| López et al. | Estimation of wood density using infrared thermography | |
| WO2012167403A1 (zh) | 脉冲红外热波技术测厚方法 | |
| Mendioroz et al. | Sizing vertical cracks using burst vibrothermography | |
| Kruczek et al. | In situ measurement of thermal diffusivity in anisotropic media | |
| Rodríguez-Martín et al. | Prediction of depth model for cracks in steel using infrared thermography | |
| Manohar et al. | Determination of defect depth and size using virtual heat sources in pulsed infrared thermography | |
| Thatcher et al. | Low cost infrared thermography for automated crack monitoring in fatigue testing | |
| López et al. | Infrared thermography for wood density estimation | |
| Yamada et al. | Noncontact monitoring of surface temperature distribution by laser ultrasound scanning | |
| Mayr et al. | Parameter estimation from pulsed thermography data using the virtual wave concept | |
| WO2015027210A1 (en) | Lit method and system for determining material layer parameters of a sample | |
| Subhani et al. | Measurement of thermal diffusivity of fiber reinforced polymers using quadratic frequency modulated thermal wave imaging | |
| Malheiros et al. | Estimation of thermal properties using only one surface by means of infrared thermography | |
| Li et al. | Rectification of depth measurement using pulsed thermography with logarithmic peak second derivative method | |
| Dua et al. | InfraRed image correlation for non-destructive testing and evaluation of delaminations in glass fibre reinforced polymer materials | |
| Tao et al. | Analysis of step-heating thermography methods for defect depth prediction | |
| Chudzik | Applying infrared measurements in a measuring system for determining thermal parameters of thermal insulation materials | |
| RU2701881C1 (ru) | Устройство для бесконтактного определения теплофизических свойств твердых тел | |
| RU2544894C1 (ru) | Способ оценки различия теплофизических параметров видимой поверхности изотропного объекта с учетом фона |