SU1100549A2 - Способ определени теплофизических свойств материалов - Google Patents

Abstract

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕШЮФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ по авт.св. № 1032382, отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей осуществл ют нагрев образцов линейным источником энергии, расположенным перпендикул рно к направлению движени .образца, после чего по соответствующим формулам рассчитывают искомые величины.

Description

/® /

I

/

/

X

:п

/ Изобретение относитс  к технической физике и может быть использовано при определении теплофизических свойств материалов. По основному авт.св. № известен способ определени  теплофизических свойств материалов, включаклций нагрев поверхностей последовательно расположенных эталонного и иСследуемь1х образцов подвижным точечным источником энергии и измере ние предельной избыточной температуры , поверхности образца по линии перемещени  источника энергий, датчиком температуры, двигающимс  с фиксированным отставанием от источника энер гии 03 . Недостатком известного способа йвл етс  невозможность определени  всего комплекса теплофизических свойств материала. . Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей способа Цель достигаетс  тем, что согласно способу определени  теплофизических свойств материалов осуществл ют нагрев образцов линейным источником энергии, расположенным перпендикул рно к направлению движени , поеле чего по соответствующим формулам рассчитывают искомые величины. На фиг. 1 приведена схемарасположени  сосредоточенного источника энергии и датчика температуры относительно эталона с известными коэффициентом теплопроводности и объемной теплвемкостью исследуемых образцов, на фиг. 2 - схема расположени  линейного источника энергии температу ры относительно эталона с известным коэффициентом теплопроводности и объемной теплоемкостью и исследуе мых образцов. . i. . . . . - ,, , , Сосредоточенный источник 1 энергии и датчик 2 температуры помещены над эталоном 3 и исследуемыми образцами 4. Буквой Н обозначено направление перемещени  сосредоточенного источника 1 энергии и датчика 2 температуры относительно эта лона 3 и исследуемьк образцов 4, X рассто ние отставани  области измер ни  температуры датчиком температуры от п тна нагрева поверхности твердых тел сосредоточенным источником энер гии, рассто ние отставани  обла сти измерени  температуры датчиком температуры от линии нагрева поверх ности твердых тел линейным исто.чником энергии. Сущность предлагаемого способа заключаетс  в следующем. Измер ют начальные температуры поверхности эталона с известными коэффициентом теплопроводности и объемной теплоемкостью и поверхностей исследуемых образцов. Начальные температуры можно определить, перемеща  датчик температуры вдоль поверхностей эталона и исследуемЫх образцов или измер   температуры эталона и исследуемых образцов в любой точке их поверхностей, поскольку в пределах эталона и каждого из исследуемых образцов температура перед началом . измерений должна быть одинакова. . Затем сосредоточенный источник 1 тепловой энергии посто нной мощности (фиг. 1), например электрическую лампу типа КЗ-8-50 с малопрот женной нитью накала с встроенным сферическим зеркальным отражателем и малым п тном нагрева, сфокусированным на поверхности нагреваемых твердых тел и датчик температуры 2 (например, бесконтактный датчик, регистрирующий температуру нагреваемой поверхности по ее электромагнитному излучению оптическим способом), жестко св занный с сосредоточенным источником 1, начинают перемещатьс  с одинаковой и посто нной скоростью вдоль поверхности эталона 3 с известными коэффициентом теплопроводности и объемной . теплоемкостью поверхностей исследуемых образцов 4 в направлении Н, при ЭТОМ датчик 2 температуры располагаетс  так, чтобы он измер л температуру нагреваемых поверхностей по линии перемещени  п тна нагрева сосредоточенного источника 1. Рассто ние отставани  X области измерени  температуры датчиком 2 температуры от п тна нагрева сосредоточенного источника f устанавливают таким, чтобы выполн лось соотношение . : . .... где К - коэффициент сосредоточенности источника 1 энергии, который позвол ет рассматривать источник как точечный. . . Толщины эталона 3 и исследуемых образцов 4 должны быть не меньше рассто ни  отставани  X, чтобы можно . ыло рассматривать процесс их нагрева как нагрев точечным источником олубесконечного тела. После окончани  периода теплонасьпцени  датчик 2 температуры регистрирует предельную температуру нагреваемой поверхности эталона 3, соответствующую установившемус  квазистационарному режиму нагрева. Аналогично датчик 2 температуры регистрирует предельные температуры поверхностей , нагреваемых сосредоточенным источником 1, дл  каждого из исследуемых образцов 4. По разности предельной температуры нагрева эталона 3 и измеренной ранее начальной температуры этого эталона 3 определ ют избыточную предельную температуру нагрева его поверхности . Затем по разности предельной температуры нагрева и измеренной ранее начальной температуры каждого из исследуемых образцов. 4 опреде.л ют избыточную предельную ; температуру нагрева поверхности дл  каждого из исследуемых образцов 4. Дл  каждого исследуемого образца коэффициент теплопроводности определ ют по формуле эт: .: . ОРр 9Т Т , ОЬр I , g-f - коэффициенты теплопроводности образца и эталона соответственно, Tpgp,T.j|- избыточные предельные температуры Образца и эталона соответственно После выравнивани  температур по объему эталона и исследуемых образцо их измер ют. После этого начинают перемещать линейный источник 1 тепловой энергии посто нной мощности и датчик 2 температуры в направлении Н вдоль п верхностей эталона 3 и исследуемьк образцов 4,при этом располагают линейный источник энергии 1 вдоль поверхности 3 и исследуемых образцов 4 пер пендикул рнЬ к направлению переметеНИН Н, В качестве линейного источника 1; энергии можно использовать, например , электрическую лампу типа КГ 220-1000 с прот женной пр мой нитью, длина которой составл ет 15 с и с цилиндрическим отражателем, фоку сирующим излучение лампы на поверхность эталона и исследуемых образцов в виде пр мой линии. Линейный источник 1 энергии можно также получить путем развертки вдоль пр мой линии чтуча лазера непрерывного действи . Линейный источник 1 энергии и датчик 2 температуры, жестко св занный с линейным источником 1 энергии,, перемещают вдоль поверхности эталона 3 и исследуемых образцов 4 с одинаковой и посто нной скоростью. Рассто ние отставани  X области измерени  температуры датчиком 2 температурд 1 от линии нагрева поверхности этсшона 3 и исследуемых образцов 4 линейным источником 1 устанавливают таким, чтобы выполн лось соотношение ., Т.5а |Х /де а - верхн   граница диапазона возможного изменени  коэффициента температуропроводности дл  исследуемьк твердых тел, V - скорость перемещени . После окончани  периода тегшонасыщени  датчик 2 температуры регистрирует предельную температуру нагреваемой поверхности эталона 3, соответствующую установившемус  квазистационарному режиму нагрева. Аналогично датчик 2 температуры регистрирует предельные температуры поверхностей, нагреваемых линейным источником 1 энергии, дл  каждого из исследуемых образцов 4. По разности предельной температуры нагрева эталона 3 линейным источником 1 и измеренной ранее уста новйвшейс  температурй эталона 3 определ ют избыточную предельную температуру нагрева его поверхности . линейным источником 1. Затем по разности предельной температуры нагрева линейным источником 1 и измеренной ранее установившейс  температуры каткдого из исследуемых образцов 4 определ ют избыточную предельную температуру нагрева поверхности линейным источником 1 дл  каждого из исследуемьк образцов 4. При нагреве поверхности полубес конечного тела линейным подвижным источником энергии избыто }на  предель- . нал температура нагреваемой поверхности тела в точке, перемеща ющейс  вслед за источником с такой, же скоростью, что и источник, определ етс  формулой. 41 где Т. избыточна  предельна  температура нагреваемой поверх ности полубесконечного твер дого тела в точке, следующей за линейным источником с такой же скоростью, что и источник, CJ, - мощность линейного источника на единицу его длины, - коэффициент теплопроводноI сти полубескЪнечного тела, X - рассто ние отставани  точки в которой определ етс  температура тела, от источника О - коэффициент температуропроводности твердого тела, ,,, ( - функци  Бессел  второго pool о а п  нулевого пор дка от apriy п . Известно, что при рассто нии от .ставани , удовлетвор ющем условию . можно упростить функцию Бессел  KgC-g) следующим образом: Подставл   упрощенное значение функции Бессел  в формулу дл  избыточной предельной температзгры Т нагреваемой поверхности полубесконечного твердого тела в точке, следующей за линейным источником с такой же скоростью, что и источник, и считыва , что где ср объемна  теплоемкость твердого тела, получают iVX4 iCp Это вьфажение справедливо и дл  эталона с известными коэффициентом теплопроводности: Ji и объемной теплбемкостью (ср)., которым соответствует измеренна  дл  эталона при нагреве линейным источником избыточна  предельна  температура Т , и дл  каждого из исследуемых образцов с определенными дл  них ранее коэффициентами теплопроводности Л ggp и неизвестной объемной теплоемкостью (ср )оБр..Так как величина о X остаетс  посто нной во врем  всего процесса нагрева линейным источником эталона и исследуемых образцов, то объемную теплоемкость дл  каждого исследуемого образца можно определить по формуле: TLx (:р)п {4бр(ту

X

4:

У

Claims (1)

1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ по авт.св. № 1032382, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей осуществляют нагрев образцов линейным источником энергии, расположенным перпендикулярно к направлению движения образца, после чего по соответствующим формулам рассчитывают искомые величины.

   фиг.1