SU1056005A1 - Устройство дл определени теплофизических свойств материалов - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ, содержащее тепловлагоизол ционную обойму с установленными в ней капил;Л рно-пористыми вкладышами и эталон );ным телом с нагревател ми, которые , снабжены накладными датчиками теплового потока и датчиками температуры, причем поверхность одного из вклады шей влагоизолиррвана, а их торцевые jповерхности снабжены общим высокотеп-. лопроводным покрытием, одно нз ко- , торых, контактирующее с исследуемым материалом, выполнено перфорирован ным, отличающее-с  тем, что, с целью уменьшени  погрешности определени  и расширени  диапазона измер емых паргилетров при одновременном повышении быстродействи  устройства , торцевые поверхности эталонного тела снабжены высокотеплопроводными покрыти ми, одно из которых лвл етс  общим дл  эталонного тела и капилл рно-пористых вкладышей и скреплено с нагревателем, причем высота эталонного тела и капилл рнопористых вклад1лией св зана с эквива (Л лентным диаметром эталонного тела соотношением Н 0,1D, с где И - BbioOTa эталонного тела и капилл рно-пористых вкладышей; 0- эквивалентный диаметр эталонного тела, D « 4 1- площадь сечени  эталонного тела/ П - периметр эталонного тела.

Description

Изобретение относитс  к измерению тепло- и массообменных характеристик капилл рно-пористых и дисперсных материалов и может быть использовано дл  исследовани , например , свойств горных пород, преимущественно в системе Горный массив - подземное сооружение, в частности дл  измерени  теплофиэических свойств (ТФС) непосредственно с поверхности стен подземного сооружени , омываемых вентил ционным потоком .

Известно устройство дл  измерени  ТФС капилл рно-пористых и дисперсных материалов, содержащее тепловлагоI изолированную обойму с эталонньм те:лом , на одной торцевой поверхности которого закреплен нагреватель, контактирующий с исследуемым материалом , а на друдой его торцевой поверхности размещен датчик температуры И ..

Известное устройство имеет такие недостатки, как значительна  погрешность измерени , невозможность комплексного определени  характеристик в одной -установке, а также сложность лабораторного анализа исследуемого материгша, .

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достИгаемому результату  вл етс  устройство дл  определени  теплофизических свойЬтв материала, содержащее тепловлагоизол ционную обойму с установленными в ней Капилл рно-пористыми вкл адышами и эталонньм телом с нагревател ми , которые снабжены накладными датчиками теплового потока и датчиками температуры, причем поверхность одного из вкладышей влагоизолирована , а их торцевые поверхности снабжены общим высокотеплопроводным покрытием, одно из которых ,, контактирующее с исследуемым материалом, выполнено перфорированным 2 . . .

Основными недостатками известного устройства  вл ютс  высока  динамическа  погрешность измерени  и узкий диапазон измер емых Параметров, а также значительна  длительность измерений,

целью изобретени   вл етс  уменьшение погрешности определени  и расширение диапазона измер емых пара метров при одновременном повышении быстродействи  устройства.

Цель достигаетс  тем, что в устройстве дл  определени  теплофизических свойств материала, содержащем тепловлагоизол ционную обойму с установленными в ней капилл рно-пористыми вкладышами и эталонным телом с, нагревател ми, которые снабжены накладными датчиками теплового потока и датчиками температуры, причем

noBejpxHocTb одного из вкладышей влагоизолирована , а их торцевые поверхности снабжены общим высокотеплопроводным покрытием одно из которых, контактирующее с исследуемым материеьпом , выпблнено перфорированным торцевые поверхности эталонного тела снабжены высокотеплопроводными покрыти ми , одно из которых  вл етс  общим дл  эталонного тела и ка- пилл рно-пористых вкладышей и скреплено , с нагревателем, причем высота эталонного тела и капилл рно-.пористых вкладышей св зана с эквив алентным диаметром эталонного тела соотношением ,li), где Н - высота эталонного тела и кадилл рно-пористых вкладышей}1)- эквивалентный диаметр эталонно;го тела,, В 4f/n/ f - площадь поперечного сечени  эталонного тела; П - периметр эталонного тела.

На фиг. 1 представлено устройству вертикальный разрез; на фиг. 3 то же, вид сверху/ на фиг. 2 - принципиальна  темлова  схема устройства , выполненна  .-посредством соединени  термических сопротивлений в теплометрический мост.

Устройство содержит тепловлаготизол ционную .обойму 1, в которой установлены эталонное тело 2 и капилл рно-пористые вкладыши 3 с накладными датчиками 4 теплового потока и датчиками 5 температуры, высокотеплопроводное покрытие (серебро, медь) б, скрепленное с пластинчатыми нагревател ми 7. Покрытие б расположено на торцевых поверхност х вкладышей 3 и эталонного тела 2, в под{рытие б встроен датчик 8 температуры . Кроме того, торцева , поверхность эталонного тела 2, обращенна  к вентил ционному потоку, снабжена высокотеплопроводным покрытием 9, аналогичным покрытием 10 снабжена торцева  поверхность капилл р но пористьах вкладышей 3.

Устройство, подключенное к вторичной аппаратуре, работает следующим образом.

Осуществл ют прижим обоймы 1 с эталонным телом 2 и капилл рно-пористыми вкладышами 3 к поверхности исследуемого ела. При этом между эталонным телом 2 и исследуемым материалом, а также капилл рнопористыми , вкладышами 3 и исследуемым материалом возникает тепло- и массообмен, в результате которого значение эквивалентного коэффициента теплопроводности измен етс  в зависимости от температуры и . влагосодержани , т.е.

ftt.w),

экв

где-1(х,11) - текуща  температура, измер ема  датчиками 5 и 8, W - равновесна  влажность.

По показани м датчиков 5 и 8 и датчика 4 теплового потока фиксируетс  равновесное состо ние эталонного тела 2 капилл рнопористых вкладышей 3 и исследуемого материала.

В соответствии с теорией потенциалов тепло- и массообмена через определенное врем  IK потенциалы массопереноса в и температуры исследуемого материала и капилл рно-пористых вкладышей будут одинаковы .

Величина эквивалентного коэффициента теплопроводности капилл рнопористых вкладышей принимает установившеес  значение в момент Z / дл  которого рассчитываютс  всг теплофизические характеристики по зависимост м, аналогичным зависимост м , используемым в известном устройстве.

Однако в отличие от известнрго в предлагаемом устройстве возможно также определ ть локальный коэффициент теплоотдачи,

В соответствии с принципиальной ; тепловой схемой /фиг. 2) составл етс  система уравнений

,.

CVljHRn RH

,

Rn(«i+«c,,V(R.-Rc,

Отсюда формула дл  рассчета коффициента теплоотдачи имеет вид

«Ц, (i 47- c 43-CiC5(3,

1где

C,(R,4Rc),C2M/(R,Rc,,c,4R,tRc,V

Кроме того в известном устройстве эталонное тело и капилл рнопористые вкладыши представл ют собой полуограниченные тела, т.е. бокова  их поверхность тепловлагоизолирована , а линейный размер основани  эталонного тела и вкладышей на пор док меньше их (эталонногч Tejfa и вкладышей) высоты Н(О,Н в 10 раз). Измерение ТФС на извест;ном устройстве составл ет 3-4 ч. .

Дл  того, чтобы уменьшить посто нную времени, в изобретении высота

эталонного.тела и адекватна  эталон-, ному телу высота капилл рно-пористых вкладышей соотноситс  с экви- , валентным диаметром как H:t)l:10, т.е. в отличие от известного уст ройства.Н в 10 раз.

Выполнение этого услови  в предлагаемом устройстве позвол ет уменьшить посто нную времени в 60 раз (как показали эксперименты), т.е.

О быстродействие устройства составл ет 3-4 мин, так как при выбранном соотношении релаксаци  тЬмпе«ратурного и влажностного полей происходит практически одновременно

15 , - , «т

,

где LU - критерий Лыкова

0 c«w - коэ.ффициеит. потенциалоГ проводности

On- коэффициент температуропроводности . Введение в устройство единого

5 дл  торцевых поверхностей эталонного тела и капилл рно-пористых вкладышей температуровйравнивающего покрыти  из высокотеплопроводного материала (медь, алюминий и T.n.J и скрепленного с этим покрытием нагревател  позвол ет измер ть тепловой режим на единой изотермической поверхности, образованной с помощью этого покрыти , и та- КИМ образом уменьшить погрешность

5 (экспериментальные данные) измерений в 7-10 раз. Такое снижение погрешности обусловлено также тем, что в известном устройстве, в отличие от предлагаемого,нагреватель

0 расположен на торце эталонного тела, и при включении нагревател  температурное поле капилл рно-пористых вкладышей искажаетс .

Введение в устройство температу5 ровыравнивакхцего покрыти  торца

эталонного тела, омываемого вентил |ц |1онным потоком, создает краевые {услови , единичные как дл .эталонного тела, так и дл  капилл рно- . .

Q пористых вкладышей. Взаимодействие устройства с исследуемым телом через общую изотермическую поверхность и раздельный вывод тепловых потоков через эталонное тело и капилл рно-пористые вкладыии поз5 вол ет использовать в устройстве принцип теплотермического моста при этсм погрешность измерений снижаетс  в 4-5 раз (так как относительное теплометрическое взвешивание , как известно, уменьшает общую приборную погрешность) .

Использование в устройстве теплометрического моста (фиг. 2) поз5 вол ет измер ть локальные коэффицивпты теплоотдачи без учета температуры вентил ционного потока, т.е. расширить диапазон определ е |Мых теплофиэических характериЬТИК . .

Таким образом, предлагаемое устройство позвол ет снизить погрешность измерений в 10-15 раз при одновременпоп повышении выстродейст1ви  в 60 Е)аа.

Фие.

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ" ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ, содержащее тепловлагоизоляционную обойму с установленными в ней капил;лярно-пористыми вкладышами и эталонным телом с нагревателями, которые . снабжены накладными датчиками теплового потока и датчиками температуры, причем поверхность одного из вклады₍шей влагоизолирована, а их торцевые (поверхности снабжены общим высокотеп-; лопроводным покрытием, одно из которых, контактирующее с исследуемым материалом, выполнено перфорированным, отличающее'ся тем, что, с целью уменьшения погрешности определения и расширения диапазона измеряемых параметров при одновременном повышении быстродействия устройства, торцевые поверхности эталонного тела снабжены высокотеплопроводными покрытиями, одно из которых является общим для эталонного тела и капиллярно-пористых вкладышей и скреплено с нагревателем, причем высота эталонного тела и капиллярнопористых вкладьнпей связана с эквивалентным диаметром эталонного тела соотношением Й = 0,1ϋ,

   где И - высота эталонного тела и капиллярно-пористых вкладышей;

   О - эквивалентный диаметр эталон .ного тела, Ό » 4 ί/1?; '

   £ - площадь сечения эталонного тела/

   Н - периметр эталонного тела.

   1056005

   >

   1 1056005