SU1073663A1 - Способ комплексного определени теплофизических характеристик материалов - Google Patents

Description

vj

оэ

о:

OS

оо

Изобретение относитс  к теплофизическим измерени м свойств материалов , например ;7инолеума, в частности к способу комплексного определени теплофиэических характеристик,- и может быть использовано в промышленности строительных материалов, химической технологии и т.п.

Р звестен способ комплексного определени  теплофизических характеристик (ТФХ ) материалов в плоском слое- в квазистс1ционарном тепловом релсиме при симметричном нагреве ( охлаждении ) образца тепловыми потоками посто нной мощности либо при Нагреве в среде, температура которой измен етс  с посто нной скоростью-} , Согласно зтому способу измер ют температуры в различных точках исследуемого образца в функции времени и тепловой поток, расходуемый На нагрев образца Ill,

Недостатком этого способа  вл етс  необходимость размещени  датчиков температуры в исследуемом образце ,, что св зано о нарушением целосНости образца t-s снижением точности определени  УФХ из-за погрешностей, возникающих при определении координат датчиков температуры,

ii аи бол ее близким к изобретению По технической .сущности и достигаемому результату  вл етс  способ комплексного определени  теплофизических характеристик материалов ка плоских образцах в квазистациоКарном pexG-iMs путем измерени  лемПератур и плотностей теплового пото vi последующего расч;ета ncKovibix величин по cooTBeTCTD iOiiiHv: формулг г« 2,

Недостатком извес.л-:о.:о способа  вл етс  значительна  погрешность, св занна  с необходимостью измерени  температур на поверхности исследуемого образца, Погрешнссть измерени  температуры позерхности достигает особен ю бо.1ь:иих значе-нкй при малой .оолщине исследуемого образца,- например при испытании листозых л пленочных мате};1Кйлов ког-ца толщина исс-г едуемого образца соизмерима с тслшиной датчика температуры и координата размещени  да-Чика тем:тературы практически не оп ,|ределе;на.

;Цель изобретени  - уменьшение погрешности определени . Цель дос-гигаетс  тем,, что согласно способу комплексного определени  теплофиз-чческих характеристик материалов на плоских образцах з квазистационарном режиме путем измере:-зи  температур и плотностерТ: тепло-вогс потока и последую;:1его расчета HCicoNbix эедичин по соотзехствующим формулам,- исследуем-ай образец помещают мелсду двум  эталонныг«1 образца

ми, датчики температуры размещают в эталонных образцах, на поверхности эталонных образцов, не контактирующие с исследуемым образцом, воздействуют тепловыми потоками посто ной различной плотности.

Пример. В качестве объекта исследовани   выбран полививилхлоридный линолеум плотностью -1,6 х X 10 кг/м.

Изготавливают образец в виде диска диаметром 0,05 ми толщиной 0,003 м. Эталонные образцы в виде дисков диаметром 0,05 м и толщиной 0,006 м изготавливают из полиметилметакрилата (оргстекла, имеющего слйпующие .характеристики: уд 1,17 х к 10 кг/м) До 0,187 Вт/{м-К}; Со 1440 Дж/(кг.К); ар 1,111 х X 2/0.

На левую грань трехслойного образца (координата х 0), состо щего из образца линолеума, помещенного мелсцу двум  эталонными образцами , подаетс  тепловой поток посто нной плотности q 116, 3 Вт/м. Права  грань трехслойного образца (координата X 0,015 м ) теплоизолируетс , т.е. 2 оде эксперимента фиксируютс  показани  датчиков температуры, размещенных в эта лонных образцах. Датчики температуры (хромель-копелевые термопары из проволоки диаметром 0,1 мм/ размещаютс  в эталонных образцах симметрично относительного образца и имеют координаты X .-, 0,003 и х, . 0,012 м.

Критерием наступлени  квазистап .ионарного режима  вл етс  установление посто нной скорости изменени  показани  термопар и посто нной разности их показаний. В стадии квазистацконггрного режима, наступающей через 20 мин фиксируют следукзщие величины: температура Т (х) 26,370° температура Т (х)23,971°С; скорост изменени  температуры Ъ 4|,228х X 10 С/с начальна  температура образца t о 20°С .

Искомые величины расчитываютт по формулам

(1|

х(й;.а--х,.

Я-.

ст ;: -Т- -2сЛо

t 3

-тг где / - коэффициент теплопроводноса - коэффициент температуропроводности/ с - массова  теплоемкость/ f ПЛОТНОСТЬ; f- толщина образца; координаты датчиков температуры в эталонных образцах ( oix.cr , c,.cf.x,2d;.; q - ПЛОТНОСТЬ теплрвого потока в плоскости X О; q - плотность теплового потока . в плоскости X 2сЛд+ ti ( q2 положительны, если направлены внутрь эталонного образца); b - скорость изменени  температу ры образцов; Т(х)|Т{х2) температуры в точках эталонных образцов с кординатами X И Хд соответственно; индекс, с относитс  к характеристикам эталонных образов. Обработка результатов эксперимента ., по формулам (1) - (3) позвол еу получить следующие значени  теплофи зических характеристик линолеума: К 0,33 Вт/(), С 1,47 X xlODM/(Kr-Kj, а 1,40-.10-м2/с. Б частном случае, когда эталонные образцы отсутствуют, т.е. cf(, О и измер етс  разность температур поверхности исследуемого образца (, ), формулы (1), (2) принимают вид АЪ-.) ,„ . 2 T{OhT(d4J совпадающей с точностью до q.. о расчетными формулами сТГособа по выражению (2) различие знака cj „обус ловлено различием в направлении, прин том дл  (1у положительным. Расчетна  формула (1)сущейтвенно упрощаетс , если разместить датчики температуры в эталонных образцах симметрично относительно исследуемо го образца, т.е., если 2d,i + сГ- - X. При выполнении услови  (6) форм ла (1) имеет вид ) .)-Д7 ), Теоретическим обоснованием способа  вл етс  общее решение уравнени  теплопроводности дл  неограниче ной трехслойной пластины,нагреваемо теплов1,1ми потоками посто нной мощности . Дл  симметричной трехслойной тины в стадии квазистационарного ма это решение имеет вид О i X i ) л),(..-е)м.-. (8) + (Л M с t ( )2F,.-f 4 2) V Л„ (E-l-eEJ..-l peEfM-el , ( (2Р,4Мз)M 3 ol-V-i7 () °i -2eNj 24J)4(E М 4(2 -) )(4-|.), V ЕК 2. I Ъ а„Г t врем ; t „- начальна  температура -iprexслойной пластины. ежимы экспериментов следует выбитаким образом, чтобы перепад ератур по толцщне трехслойного зца (эталонный образец исследу+ эталонный не превышал 5+10°С. этом ТФХ исследуемого образца, деленные по формулам (1) -(3),

И ТФХ эталонных образцов с достаточной степенью точности соответствуют температуре, равной среднеарифметическому температур Т (х..) .и Г(х ) а погрешности закономерностей йййзистационарного режима, обусловленные зависимостью ТФХ от температуры , не превышают 1%. Наиболее просто указанное условие удовле вор тет7

СЯгеСЛЯ один из потоков ., Р.

вен нулю, или если они меют ра.Йные знаки/ так как в этом с 1уча § фас ределение температуры по толгДине елойного образца  вл ютс  м отонжэй функцией и предварительна  оценка величины разности Т (х) - Tfx), например, по формуле (1) позвол ет

выбрать допустимые значени  потоков q и q. в случае же, когда потоки q . и

q ОДНОГО знака,ДЛЯ

определени  допустимых значений q и

q , при которых выполн етс  указан5 ное ограничение на перепады температур , можно воспользоватьс  соотношени ми {8 )- (10). Формулы (8) и (10 ) могут быть также использованы дл  определени  ТФХ исследуемого

JiO образца по показани м одной термо;пары . Однако в этом случае возникает дополнительна  погрешность, св занна  с необходимостью определени  зависимости температуры от

15 времени и учета начальных условий ,

Claims (1)

1. (34) СПОСОБ КОМПЛЕКСНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ на плоских образцах в квазистационарном режиме путем измерения температур и плотностей теплового потока и последующего расчета искомых величин, отличающий с.я тем, что, с целью уменьшения погрешности определения, исследуемый образец помещают между двумя эталонными образцами, датчики температуры размещают в эталонных образцах, на поверхности эталонных образцов, не контактирующие с исследуемым образцом, воздействуют тепловыми потоками постоянной различной плотности.