SU1069527A1

SU1069527A1 - Способ определени теплофизических характеристик материала под давлением

Info

Publication number: SU1069527A1
Application number: SU813314930A
Authority: SU
Inventors: Л.Н. Джавадов; Ю.А. Сорокин
Original assignee: Институт физики высоких давлений АН СССР
Priority date: 1981-07-10
Filing date: 1981-07-10
Publication date: 1991-10-07

Description

Изобретение относитс к области тепловых импытаний. а именно к области исследовани теплофизических характеристик материалов под давлением, ч Известен способ определени теплофизических характеристик материала, состо щий в том, что две пластины исследуемого материала заключают между двум пластинами с заведомо отличающимис от исследуемого материала теплофизическими характеристиками, подвод т посто нный во времени тепловой поток к плоскости контакта исследуемых образцов и регистрируют изменение во времени температуры в этой плоскости.

Недостатком способа вл етс непраю ел вомочность использовани его при наложении внешнего сжимающего усили , поскольку при наложении давлени измен ютс значени теплофизических свойств (в первую очередь коэффициента теплопроводности ) внешних пластин, в теории же способа эти свойства полагаютс известными .

Ближайшим техническим решением вл етс способ определени теплофизических характеристик материала под давлением, состо щий в том. что собирают пакет из нескольких пластин, поддерживают температуру наружных поверхностей пакета посто нной, импульсно подвод т

тепловой поток к поверхности исследуемой пластины и регистрируют изменение во времени температуры противоположной поверхности той же пластины.

Недостатком способа вл етс ограниценность температурного интервала исследовани , св занна с необходимостью предварительного термостатирований всего пакета при температуре стенок испытательной камеры высокого давлени .

Целью предложени вл етс расширение температурного интеррала исследовани .

Цель достигаетс тем., что в способе определенм теплофизмческик характермстик материала под давлением, состо щем в том, что собирают пакет из нескольких пластин, поддерживают температуру ма аружных поверхност х пакета посто нной, импульсно подвод т тепловой поток к поверхности исследуемой пластины и регистрируют изменение во времени температуры противоположной поверхности той же пластины, пакет собирают симметричным из двух исследуемых пластин и двух прилегающих к ним снаружи вспомогательных пластин подвод т посто нные so времени и равные между собой тепловые потоки к поверхност м контакта 11ссл8дуемых ы вспомогательных пластин, регистрируют установившиес значени тепловых потоков и температур, затем ммпульсно подвод т тепловой поток к одной из поверхностей контакта исследуемых и вспомогательных пластин.

Способ осуществл етс посредством устройства, схематически показанного ма чертеже.

Устройство содержит камеру высокого давлени 1, пакет пластин 2, плоские нагреватели 3, мзмермтель тег. перат ф 4.

Способ осуидествл ют следующим образом .

В камеру высокого дэвлени 1 помещают пакет 2 из двух лсследуемых пластин (в центре пакета) и двух вспомогательных пластин (снаружи пакета). Сж1/(;мают пак«т в камере высокого давлени , а затем на нагреватели 3 подают посто нное напр жение . После установлени э системе стационарного теплового режима регистрируют стационарные значени мощности нагревателей и стацио-нарные значени перепадов температур по толщ1же вспомогательных пластин.

Следующий шаг экспериментальной процедуры - импульсное подведение дополнительной мощности к одному из нагревателей . Соответствующее температурное

возмущение регистрируетс в плоскости стыка исследуемых образцов.

Дл определени теплофизических характеристик исследуемой пластины необходимо измерить интервал времени между началом импульса и моментом достижени максимальной температуры tm, также максимальное значение избыточной температуры А Т. Кроме того, необходимо знать толщину образца, длмтельност, м мощность импульса, а также теплофизические харак теристмки вспомогательных пластин, расположенных с внешних сторон нагревателей. Распространение тепла в каждой пластине описываетс нелинейным уравнением теплопроводности

а

1(т)-|1

(1)

ах

где t врем ,Т - температура;

Я (Т)- коэффициент теплопроводности: С - удельна объемна теплоемкость В предположении, что зависимость теплопроводности от температуры вспомогательных пласт/iH имеет вид

,(2)

где Ло - посто нные коэффициента, из решени стационарного уравнени теплопроводности получено начальное распределение температуры во вспомогательных пластинах

Т(х)-.4-% -|+| (т,)чТ)(ДоТ„+- Ж- и

и выражение, св зывающее мощность нагревателей и перепад температуры в стационарном режиме

. тTi ) +

(4) , Q

2

где W - мощность, выдел юща с на каждом нагревателе в стационарно режиме;

То - температура внешней поверхности пакета;

Ti - температура в центре пакета; . I - толщмна вспомогательной пластины;

S - площадь нагревател .

Значени коэффициентов До, k, используемые в формуле (3), определ лись по зкспериментальной зависимости перепада температур на пластинах от величины мощности на нагревател х в стационарном режиме из выражени (4).

Решение уравнени теплопроводности (1) дл исследуемой пластины, полученное численным методом, приданном начальном распределении температуры (3) во вспомогательной пластине определ ет зависимость от времени избыточной температуры, вызванной тепловым импульсом. Из сопоставлени зкспериментальной зависимости и серии расчетных кривых выбираетс расчетна крива , наиболее близка к экспериментальной . Теплофизические параметры этой расчетной кривой характеризуют свойства исследуемой пластины. В случае, если пакет собран из пластин с одинаковыми теплофизмческими характеристиками со слабой зависимостью от температуры, дл определени температуропроводности можно воспользоватьс формулами, полученными из аналитического решени уравнени теплопроводности где а - температуропроводность; d - рассто ние между нагревателем и термопарой; л:-3,14; b - коэффициент, определ емый из уравнени . 3tm „ 1 ,.,е г ьг -ьг . 5П где tm - интервгл времени от начала кмпульса до момента достижени максимальной температуры в плоскости термопары; г-длительность импульса. Сравнивание результатов, полученных V13 аналитического и численного решений, показывает, что при различии между величинами теплопроводности внешних и центральной пластин, в 10%, погрешность определени температуропроводности по аналитическим формулам составл ет 3%. П ри ме р 1. Образециз двухпластин парафина толщиной по 1 мм и диаметром по 12 мм и двух пластин катлинита толщиной по 1,5 мм Идиаметром по 12 мм помещают в камерутак, что пластины парафина расположены между пластинами «атлинита. Два нагревател в виде плоской спирали из мантанина диаметром 0,07 мм располагают между пластинами катлинита и парафина. Хромель-алюминиевую термопару диa /teтром 0,05 мм размещают между пластинами парафина. Репер давлени из висмута помещают на поверхность пластины катлинита, соприкасающейс с внутренней поверхностью камеры, и изолируют пластинкой слюды толщиной 0,03 мм. Образец сжимают до давлени 25 хбар, которое измер ют с помощью репера и по сопротивлению манганинового нагревател между реперными точками. Зафиксировав давление, измер ют толщину образца по рассто нию между плоскост ми камеры. Дл нагрева парафина доЗО°С подают на нагреватели посто нное напр жение м измер ют мощность, выдел ющуюс на нагревател х, затем на один из нагревателей подают импульс тока длительностью 0,15 с и мощностью 40 вт, измер ют интервал времени tm от начала импульса до момента достижени максимальной температуры и максимальное значение избыточной температуры А Т в плоскости термопары. Увеличивают посто нное напр жение дл нагрева до 40°С, подают импульс тока и повтор ют измерени . Таким образом, измерени провод т до температуры 310°С. При каждом значении температуры измер ют мощность посто нного тока на нагревател х W, интервал времени tm и максимальное значение избыточной температуры А Т. При ,6 ВТ, .58 сек, ,60°С npM40°CW 8,1 ВТ, ,60 сек, ,55°С npE4310CW 112,OBT,,71 сек, ,10°С Прм давлении 25 кбар толщина образца составл ет 4,3 мм. При каждом значении температуры, численно реша уравнение (1), наход т теплопроводность и температуропроводность парафина. Использование способа позвол ет определ ть Теплофизические характеристики материала под давлением в широком диапазоне температур как при высоком, так и при нормальном давлении. Данный способ измерени теплофизических характеристик может быть использован Б физических исследовани х, а также при определении температуропроводности и теплопроводности различных веществ при высоких давлени х и температурах, что необходимо дл развити геофизики и создани новых технологических процессов.

5 J /

l 2 2

Claims

(54X57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛА ПОД ДАВЛЕНИЕМ, состоящий в том, что собирают пакет из нескольких пластин, поддерживают температуру наружных поверхностей пакета постоянной, импульсно подводят тепловой поток к поверхности ис следуемой пластины и регистрируют изменение во времени температуры противоположной поверхности той же пластины, отличающийся тем, что, с целью расширения температурного интервала исследования, пакет собирают симметричным из двух исследуемых пластин и двух прилегающих к ним снаружи вспомогательных пластин, подводят постоянные во времени и равные между собой тепловые потоки к поверхностям контакта исследуемых и вспомогательных пластин, измеряют установившиеся значения тепловых потоков и температур, затем импульсно подводят тепловой поток к одной из поверхностей контакта исследуемых и вспомогательных пластин, измеряют изменение тепловых потоков и температур и по измеренным параметрам определяют теплофизические характеристики.