RU2787966C1 - Способ определения интегральной полусферической степени черноты поверхностей твердых тел и покрытий - Google Patents
Способ определения интегральной полусферической степени черноты поверхностей твердых тел и покрытий Download PDFInfo
- Publication number
- RU2787966C1 RU2787966C1 RU2022103450A RU2022103450A RU2787966C1 RU 2787966 C1 RU2787966 C1 RU 2787966C1 RU 2022103450 A RU2022103450 A RU 2022103450A RU 2022103450 A RU2022103450 A RU 2022103450A RU 2787966 C1 RU2787966 C1 RU 2787966C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thermocouple
- emissivity
- plate
- temperature
- integral hemispherical
- Prior art date
Links
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims abstract description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 6
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 6
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 4
- CREMABGTGYGIQB-UHFFFAOYSA-N carbon carbon Chemical compound C.C CREMABGTGYGIQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011203 carbon fibre reinforced carbon Substances 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к области теплофизики и касается способа определения интегральной полусферической степени черноты поверхностей твердых тел и покрытий. Способ состоит в том, что нагревают состоящий из одной пластины с исследуемой поверхностью образец со стороны, противоположной исследуемой поверхности, до заданной температуры и выдерживают до установления стационарного состояния. Свободную термопару размещают горизонтально и параллельно исследуемой поверхности пластины на расстоянии 2-3 мм от исследуемой поверхности. Определяют температуру исследуемой поверхности Tn, фиксируют показание свободной термопары Tm и температуру окружающей среды Тс. По полученным данным вычисляют интегральную полусферическую степень черноты. Технический результат заключается в уменьшении числа измерений, упрощении обработки экспериментальных данных, повышении точности и достоверности получаемых результатов и обеспечении возможности проведения измерений в вакууме и газовой среде. 3 ил.
Description
Изобретение относится к теплофизике в области теплообмена излучением и заключается в разработке способа определения интегральной полусферической степени черноты поверхностей твердых тел и покрытий.
Известны способы определения интегральной полусферической степени черноты, использующие материалы с эталонными радиационными и теплофизическими характеристиками.
В патентах RU 2510491 С2, МПК G01J 5/12, 27.03.2014; SU 770333 А1, МПК G01J 5/12, 20.11.2005; RU 2521131 С1, МПК G01N 25/20, 27.06.2014 реализованы способы, основанные на сравнении результатов испытания в одних и тех же условиях исследуемой поверхности, интегральную полусферическую степень черноты которой требуется определить, с результатами испытания эталонной поверхности с известной интегральной полусферической степенью черноты.
В патентах RU 2598699 С1, МПК G01J 5/12, 27.03.2016; RU 2295720 С1, МПК G01N 25/18, 20.03.2007; RU 2192000 С1, МПК G01N 25/18, 27.10.2007 реализованы калориметрические способы, основанные на использовании в качестве калориметра пластины из эталонного материала с известной объемной теплоемкостью.
В литературе (Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2016. Т. 327. №5. 106-115) также описаны способы, использующие для фиксации подводимого к образцу теплового потока элементов из эталонного материала с известным коэффициентом теплопроводности.
Недостатками вышеуказанных способов является увеличение объема испытаний, необходимость иметь запас эталонных образцов, наличие погрешности в значении эталонных характеристик.
Известен способ, сведения о котором опубликованы в "Ученых записках ЦАГИ", 2018. Т. XLIX. №4. с. 83-88. В данном способе не используются никакие дополнительные эталонные материалы и их свойства. Именно этот способ и был взят в качестве прототипа.
Способ определения температурной зависимости интегральной полусферической степени черноты, реализованный в прототипе, состоит в испытании образца, состоящего из двух параллельно расположенных пластин (с минимальным размером в плане не менее 100 мм и толщиной не более 8 мм в зависимости от материала пластины) в вакууме. Пластины расположены на расстоянии 2-3 мм друг от друга. Наружную поверхность одной из пластин образца последовательно нагревают до различных температур в заданном диапазоне, а внешняя поверхность второй пластины излучает радиационный тепловой поток в окружающую среду.
В процессе испытания, при достижении на каждой ступени нагрева стационарного состояния фиксируют с помощью термопар температуры на внутренних поверхностях пластин Т1 и Т2 и на внешней поверхности второй пластины Т3. Из условия равенства радиационных тепловых потоков между пластинами и с наружной поверхности второй пластины
Температурную зависимость интегральной полусферической степени черноты (ε(Т)) представляют в виде линейного сплайна, параметры которого определяются из условия наилучшего совпадения расчетных и экспериментальных температур Т2 на всех ступенях нагрева решением обратной задачи
где K - число обрабатываемых ступеней нагрева, М - число узлов сплайна.
Недостатками этого способа являются сложная конструкция образца, состоящего из двух параллельно расположенных пластин, достаточно большое число измерений в эксперименте и сложный алгоритм обработки результатов испытаний.
Задачей и техническим результатом настоящего изобретения является разработка способа, позволяющего уменьшить число измерений, упростить обработку экспериментальных данных, повысить точность и достоверность получаемых результатов, обеспечить испытания в вакууме или в газовой среде.
Решение задачи и технический результат достигаются тем, что в способе определения интегральной полусферической степени черноты поверхностей твердых тел и покрытий, состоящем в том, что испытывают в вакууме или в газовой среде образец в виде пластины, нагревают пластину со стороны, противоположной исследуемой поверхности, до заданной температуры и выдерживают до установления стационарного состояния, при этом исследуемая поверхность пластины излучает радиационный тепловой поток в окружающую среду, на расстоянии 2-3 мм от исследуемой поверхности размещают горизонтально и параллельно поверхности пластины свободную термопару, определяют температуру исследуемой поверхности Tn, фиксируют показание свободной термопары Tm и температуру окружающей среды Тс и вычисляют интегральную полусферическую степень черноты поверхности по формуле
где ϕnm - коэффициент облученности термопары поверхностью образца,
α - коэффициент теплоотдачи от термопары при свободной конвекции
εm - степень черноты термопары
Изобретение поясняется фигурами
На фиг. 1 приведена схема прототипа
На фиг. 2 приведена схема предлагаемого изобретения
На фиг. 3 приведена полученная данным способом температурная зависимость интегральной полусферической степени черноты углерод-углеродного материала в интересующем диапазоне температур.
Поставленная задача решается согласно настоящему изобретению тем, что испытывают в вакууме или в газовой среде образец 1, состоящий из одной пластины с одной исследуемой поверхностью 2, и размещенной в газовой среде вертикально (при испытании в вакууме расположение образца произвольно). Для обеспечения высокой величины коэффициента облученности термопары поверхностью образца на расстоянии 2-3 мм от исследуемой поверхности размещают горизонтально и параллельно исследуемой поверхности пластины 2 свободную термопару 3, сваренную встык. Со стороны, противоположной исследуемой поверхности 2, нагревают пластину до заданной температуры и выдерживают до установления стационарного состояния, при этом исследуемая поверхность пластины излучает радиационный тепловой поток в окружающую среду, определяют температуру поверхности Tn, фиксируют показание свободной термопары Tm и температуру окружающей среды Тс (при испытании в атмосфере Тс равна температуре воздуха, в вакуумной камере-температуре стенки камеры).
При этом уравнение теплового баланса термопары имеет вид
где ϕnm - коэффициент облученности термопары поверхностью образца,
εm - степень черноты термопары;
εn - интегральная полусферическая степень черноты поверхности;
σ - постоянная Стефана-Больцмана;
Dm - диаметр термопары, м;
π - число пи.
α - коэффициент теплоотдачи от термопары при свободной конвекции.
Последний вычисляется по формуле
GrD - критерий Грасгофа
λƒ - коэффициент теплопроводности,
αƒ - коэффициент температуропроводности,
vƒ - коэффициент кинематической вязкости,
b - коэффициент температурного расширения,
g - ускорение свободного падения.
Из уравнения теплового баланса имеем следующее выражение для вычисления степени интегральной полусферической черноты поверхности
где ϕnm - коэффициент облученности термопары поверхностью образца,
α - коэффициент теплоотдачи от термопары при свободной конвекции.
εm - степень черноты термопары
Проводя нагрев до различных температур, получают температурную зависимость интегральной полусферической степени черноты в интересующем диапазоне температур. Полученные величины интегральной полусферической степени черноты находятся в зоне значений степени черноты для углерод-углеродных материалов (фиг. 3).
В разработанном способе не используются материалы с эталонными радиационными или теплофизическими характеристиками, существенно упрощены конструкция образца (одна пластина вместо двух) и эксперимент (вместо измерений температуры на трех поверхностях измерение проводится только на одной), а также обработка экспериментальных данных. Все это обеспечивает повышение точности и достоверности определения интегральной полусферической степени черноты,
Claims (5)
- Способ определения интегральной полусферической степени черноты поверхностей твердых тел и покрытий, состоящий в том, что нагревают образец со стороны, противоположной исследуемой поверхности, до заданной температуры и выдерживают до установления стационарного состояния, отличающийся тем, что устанавливают образец, состоящий из одной пластины с исследуемой поверхностью, размещают горизонтально и параллельно исследуемой поверхности пластины свободную термопару на расстоянии 2-3 мм от исследуемой поверхности, определяют температуру исследуемой поверхности Tn, фиксируют показание свободной термопары Tm и температуру окружающей среды Тс и вычисляют интегральную полусферическую степень черноты поверхности по формуле
- где ϕnm - коэффициент облученности термопары поверхностью образца;
- α - коэффициент теплоотдачи от термопары при свободной конвекции;
- εm - степень черноты термопары.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2787966C1 true RU2787966C1 (ru) | 2023-01-13 |
Family
ID=
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102072916B (zh) * | 2010-10-28 | 2013-06-05 | 清华大学 | 一种非金属材料半球向全发射率的测量方法和装置 |
RU2521131C2 (ru) * | 2012-01-11 | 2014-06-27 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского | Способ и устройство для измерения степени черноты |
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102072916B (zh) * | 2010-10-28 | 2013-06-05 | 清华大学 | 一种非金属材料半球向全发射率的测量方法和装置 |
RU2521131C2 (ru) * | 2012-01-11 | 2014-06-27 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского | Способ и устройство для измерения степени черноты |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Д. В. Бугров, В. М. Юдин "Обратная задача определения температурной зависимости интегральной полусферической степени черноты", УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ ЦАГИ, т. XLIХ, No 6, стр. 83-88. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Gatapova et al. | The temperature jump at water–air interface during evaporation | |
RU2387981C1 (ru) | Способ комплексного определения теплофизических характеристик материалов | |
Janssens | Fundamental measurement techniques | |
Zhao et al. | Investigation of the effects of Ni-based alloy DZ125 on the normal spectral emissivity during oxidation | |
Golovin et al. | A new rapid method of determining the thermal diffusivity of materials and finished articles | |
RU2787966C1 (ru) | Способ определения интегральной полусферической степени черноты поверхностей твердых тел и покрытий | |
RU2468360C1 (ru) | Способ измерения интегрального коэффициента излучения поверхности теплозащитных материалов | |
Zhang et al. | A transient method for total emissivity determination | |
RU2510491C2 (ru) | Способ измерения степени черноты | |
Reznik et al. | Thermal-vacuum tests of hollow composite rods intended for structures in space | |
Kwon et al. | Reliability of thermal conductivity measurement of liquids by using transient hot-wire, photon-correlation spectroscopy and the laser flash method | |
Anuchin et al. | Influence of the Method of Attaching Surface Thermocouples on the Error of Temperature Determination in Testing Ceramic Materials on Radiative Heating Installations | |
RU2251098C1 (ru) | Способ бесконтактного неразрушающего контроля теплофизических свойств материалов | |
Kozlova et al. | Calibration of Radiation Thermometers up to 3000∘ C: Effective Emissivity of the Source | |
Adili et al. | Simultaneous estimation of the thermophysical properties of liquids and of the boundary conditions | |
RU2598699C1 (ru) | Способ определения температурной зависимости степени черноты (варианты) | |
RU2625599C9 (ru) | Способ определения теплопроводности твердых тел | |
Lin et al. | The development measuring skill for the thermal conductivity of heat pipe, graphite sheet and vapour chamber | |
JPH07209221A (ja) | 成形体の断熱作用を試験する方法 | |
RU2755330C1 (ru) | Способ измерения теплопроводности | |
Rochatka | Method elaboration for determining heat losses within heat leakage bridges occurring in isothermal and cooling bodies | |
RU2785084C1 (ru) | Способ определения температуропроводности и коэффициента теплопроводности | |
RU2762534C1 (ru) | Способ определения коэффициента теплопередачи материалов и устройство для его осуществления | |
Łoziczonek et al. | Methods of determining the thermal conductivity of building materials with high and medium thermal resistance | |
Stoukatch et al. | Thermal conductivity characterization of an in-house formulated thermal insulating xerogel-epoxy composite adhesive for electronics applications |