SU1122956A1

SU1122956A1 - Method of determination of thermal physical characteristics of construction materials in structures

Info

Publication number: SU1122956A1
Application number: SU833628997A
Authority: SU
Inventors: Юрий Дмитриевич Ясин; Наталия Николаевна Кузнецова
Original assignee: Научно-Исследовательский Институт Строительной Физики Госстроя Ссср
Priority date: 1983-07-21
Filing date: 1983-07-21
Publication date: 1984-11-07

Abstract

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ КОНСТРУКЦИЙ, согласно которому ввод т в соприкосновение поверхности эталонного тела и исследуемой конструкции, подают тепловой импульс и регистрируют изменение температуры в плоскости их. соприкосновени , вычисл ет величины коэффициента тепловой активности, а затем вычисл ют искомые характеристики (температуропроводность, теплопроводность и теплоемкость), о т личающийс тем, что,с целью повьииени точности определени теплофизических характеристик мате -sV 0 1ад6п кр «/ риала конструкций, регистрацию изменени температуры производ т в двг, различных промежутка времени: в первый, когда с 2 р , при этом вычисл ют величину коэффициента тепловой активности по формуле Ьи7Т -Ь. (1) «bt,Ht1i и во второй, когда ь кр , при этом вычисл ют величину коэффициента: температуропроводности по формуле Ьм п1 Ъ, -expHVlto,-n). г здесь k{: - избыточна температура в центре плоского импульсногс. источ (П ника тепла;g - количество тепла, выделенное импульсным источником; R - радиус кругового импульсного источника тепла, эквивалентного по площади действительному плоскому центрально-симметричному источнику; индексы э и м относ тс соответственно к материалам эталонного те-. ла и конструкции; - момент вреND мени, значение которого исчисл ют N0 с момента возникновени теплового импульса и определ ют по итерацион ной формуле :л A METHOD FOR DETERMINING THE THERMOPHYSICAL CHARACTERISTICS OF CONSTRUCTION MATERIALS OF CONSTRUCTIONS, according to which the surface of the reference body and the structure under investigation are brought into contact, a thermal impulse is applied and a change in temperature in their plane is recorded. contact, calculate the values of the coefficient of thermal activity, and then calculate the desired characteristics (thermal diffusivity, thermal conductivity and heat capacity), which is characterized by the fact that, in order to determine the accuracy of determining the thermophysical characteristics of the material -sV 0 1ad6p cr temperatures are produced in dvg, of a different time interval: at first, when c 2 r, the value of the coefficient of thermal activity is calculated by the formula LbT. (1) "bt, Ht1i and in the second, when cr, then calculate the value of the coefficient: thermal diffusivity by the formula LM p1 b, -expHVlto, -n). here k {: is the excess temperature at the center of a flat pulse. source (heat peak; g is the amount of heat released by the pulse source; R is the radius of the circular pulse source of heat equivalent in area to a real flat centrally symmetric source; the indices e and m refer to the materials of the reference body and structure, respectively; - moment of time NN, the value of which is calculated N0 from the moment of occurrence of the heat impulse and is determined by the iteration formula: l

Description

где 4 1 - иwhere 4 1 - and

-индекс, соответствующий номеру интерации;-index corresponding to the number of interactions;

-определ етс из уелоп ВИЯ -determined from chelopea

4 - чувствительность прибора;4 - instrument sensitivity;

4i - абсолютна ошибка измерени температуры;4i is the absolute temperature measurement error;

и - коэффициент, вычисл емый по формуле (1) приand - coefficient calculated by the formula (1) with

значении избыточной температуры в начальный момент измерительного периода ;the value of the excess temperature at the initial moment of the measuring period;

а,- коэффициент, вычисл емый по формуле (2) при значении избыточной температуры в конечный момент измерительного периода ,a, is the coefficient calculated by the formula (2) at the value of the excess temperature at the final moment of the measuring period,

затем по полученным данным, пользу сь известными соотношени ми, рассчитывают коэффициент теплопровод ности и объемную теплоемкость,then, based on the data obtained, using known ratios, the thermal conductivity coefficient and the volumetric heat capacity are calculated,

Изобретение относитс к определению теплофизйческих характеристик ( теплопроводности, температуропроводности , теплоемкости) материалов в строительных конструкци х.The invention relates to the determination of thermal characteristics (thermal conductivity, thermal diffusivity, heat capacity) of materials in building structures.

Известен способ определени теплофизйческих характеристик материалов путем создани теплового импульса и регистрации измерени темпердтуры в исследуемом материале с, последующим вьпислением коэффициентов теплопроводнрсти и температуропроводности l .A known method for determining the thermophysical characteristics of materials by creating a heat pulse and registering the measurement of temperature in the material under study with the subsequent recording of the coefficients of heat conduction and thermal diffusivity l.

Однако указанный способ неприменим дл определени теплофизйческих характеристик материалов непосредственно в строительных конструкци х без нарушени их целостностк и при одностороннем доступе к ним.However, this method is not applicable for determining the thermophysical characteristics of materials directly in building structures without disturbing their integrity and with unilateral access to them.

Наиболее близким к изобретению вл етс способ определени теплофизических характеристик материалов конструкций путем введени в соприкосновение поверхностей эталонного тела и исследуемой конструкции , создани теплового импульса и регистрации изменени температуры в плоскости соприкосновени и посг ледующего вычислени величины тепловой активности материала конструкции , одновременного измерени его диэлектрической: проницаемости и опред элени соответствующей объемной влажности, последующего вычислени искомых характеристик материала конструкции (теплопроводности , температуропроводности и теплоемкости) 2 .The closest to the invention is a method for determining the thermophysical characteristics of structural materials by contacting the surfaces of the reference body and the structure under study, creating a heat pulse and recording the temperature change in the contact plane and then calculating the thermal activity of the material of the structure, simultaneously measuring its dielectric: permeability and Determination of the appropriate volume moisture content, subsequent calculation of the desired characteristics. tic construction material (thermal conductivity, thermal diffusivity and specific heat) 2.

Недостаток известного способа заключаетс в большой трудоемкости , обусловленной определением объемной влажности материала посредством измерени его диэлектрической проницаемости и невысокой точности определени искомых теплофизических характеристик.The disadvantage of this method lies in the high labor consumption, due to the determination of the bulk moisture of the material by measuring its dielectric constant and the low accuracy of determining the desired thermophysical characteristics.

Целью изобретени вл етс повышение точности определени тепло Ьм-The aim of the invention is to improve the accuracy of determining the heat of bm-

; -R/ha,en; -R / ha, en

| . Ьэ| . Le

44- 1 J 44- 1 J

где i 1 - п - индекс,соответству;ющий номеру итерации} 55where i 1 - n is the index corresponding to the iteration number} 55

физических характеристик материала конструкции.physical characteristics of the material of construction.

Поставленна цель достигаетс тем, что согласно способу определени теплофизйческих характеристик строительных материалов конструкций, при котором ввод т в соприкосновение поверхности эталонного тела и исследуемой конструкции, подают, тепловой импульс и регистрируют изменени температуры в плоскости их соприкосновени , вычисл ют величины коэффициента тепловой активности, а затем вычисл ют искомые характеристики (температуропроводность, теплопрог водность и темплоемкость), регистрацию изменени температуры производ т в два различных промежутка времени в первый, когда 1 : с цр ,при этом вычисл ют величину коэффициента тепловой активности по формулеThis goal is achieved by the fact that, according to the method for determining the thermophysical characteristics of building materials of a structure, in which the surface of the reference body and the structure under investigation are brought into contact, a thermal pulse is applied and temperature changes are recorded in the plane of their contact, the values of the thermal activity coefficient are calculated, and then calculate the desired characteristics (thermal diffusivity, heat water flow and heat capacity), the registration of the temperature change is performed in two personal time interval first, when 1: with CR, with the calculated value of thermal activity coefficient by the formula

Ьм LM

(1)(one)

и во. второй, когда , при этом вычисл ют величину коэффициента and in second, when, in doing so, calculate the value of the coefficient

температуропроводности по формулеthermal diffusivity by the formula

Ъл,Ll

(2)(2)

ъъ

-е)(,гк-e) (, gk

здесь bin - избыточна температура в центре плоского импульсного источ5 кика тепла; { - количество тепла, выделенное импульснь источником; R - радиус кругового импульсного источника тепла, эквивалентного по площади действительному плоскому центрально-симметричному источнику; индексы 3 и относ тс соответственно к материалам эталонного тела и конструкции; 1((р - момент времени, значение которого исчис5 л ют с момента возникновени теплового импульса и определ ют по итерационной формулеhere bin is the excess temperature in the center of a flat pulsed heat source; {- the amount of heat released by the source; R is the radius of the circular pulsed heat source equivalent in area to a real flat centrally symmetric source; indices 3 and, respectively, refer to materials of the reference body and structure; 1 ((p is the moment of time, the value of which is calculated from the moment of occurrence of the heat pulse and is determined by the iteration formula

(3)(3)

П - определ етс изN - determined from

услови .1 - с -Ььг , 4 - чувствительность прибора, tii - абсолютна ошибка измерени те лперат уры, коэффициент, вьиисл емый по формуле (1) при з.начении из быточной температуры в начальный момент измерительно го периода; а, коэффициент, вычисленный п формуле (2) при значении из быточной температуры в коне ный момент измерительного периода, затем по полученным данным, пользу известными соотношени ми, рассчитывают коэффициент теплопроводности и объемную теплоемкость. Расчетные формулы (1) и (2) дл вычислени коэффициентов тепловой активности Ьж и температуропроводно сти Оц получены из решений следуквдих двух теплофизических задач. Первое решение получено дл системы из двух полубесконечных тел (эталонного и исследуемого) с импул сным плоским . источником тепла нечной площади, расположенного в плоскости их соприкосновени . Оно описывает изменение избьггочной темп ратуры в этой плоскости во времени э л ИГгПри Ь, полученное решение совпадает с решением известной сим матричной задачи. Из (4) непосредственно получаем расчетное уравнение дл определени коэффициента тепловой активности Ь« (1). Дл той же системы тел, но с им пульсным плоским источником тепла центрально-симметричной формы конеч ных размеров (круг, правильный мно угольник, получено решение в виде (-4$)bJ,-e,p(-) ,( Это решение в случае равенства теплофизических характеристик соцр касакжаихс тел (, Ь ;а, а а совпадает с другим известным решен симметричной задачи с импульсным плоским источником тепла круговой, формы и конечного размера; Из решени (5) непосредственно получаем расчетное уравнение дл определени коэффициента температу проводности а (2) , . Представление плоского импульсного источника тепла бесконечным п площади допустимо в случае, / Р()величинами вход щими в формулу (5), можно пренебречь , при этом выражени (4) и (5) станов тс идентичными. Результаты расчетов по (4) и (5) совпадают, если нев зка в Значени х избыточных температур, рассчитанных по этим Формулам, не превышает ошибки измерени температуры л, величина которой определ етс классом измерительных приборов. Исход из этих предпосылок получена формула (3) дл определени Способ осуществл етс следующим образом. Эталонное тело и исследуемую .конструкцию ввод т во взаимное соприкосновение , образу тепловой контакт. В плоскости их соприкосновени соз- дают плоский тепловой импульс цент рально-симметричной формы. Затем производ т регистрацию изменени температуры в центре плоского источника тепла в два различных промежутка времени: в первый, когда L - кр , при этом вычисл ют величину коэффициента тепловой активности по формуле (1) , и во второй, когда при этом с учетом ранее найденного значени Ь, вычисл ют величину коэффициента температуропроводности по формуле (2). Использу полученные данные, далее расчетным путем определ ют остальные теплофизические характеристики по формулам (( гдеХд,- коэффициент теплопроводности исследуемого материала; CCJC-IM объемна теплоемкость исследуемого материала. Точность предлагаемого способа существнно зависит от выбора параметров импульсного источника тепла и измерительных устройств. Так, от выбора радиуса импульсного источника тепла зависит величина ii-j, , а следовательно , и относительные ошибки измерени времени и температуры ; . С егТ цтаКроме того, регулиру мощность , можно так изменить характеристику ii - i , чтобы относительна ошибка измерени температуры не превышала заданную величину. Сравнение по точности предлагаемого способа с известным показало; что его применение даже при минимальном значении мощности импульсного источника тепла позвол ет снизить погрешность определени теплофизических характеристик а(,Л,ц ())« в 1,5 - 2 раза. Предлагаемый способ позвол ет проводить определение искомых характеристик материалов непосредственно строительных конструкций без наа4 рушени их целостности и при одностороннем доступе, при этом он по сравнению с известным способом позвол ет снизить трудоемкость и повысить .точность определени искомых характеристик. . 22956 Яредлагаемый способ может найти широкое применение в производственном контроле качества строительных изделий на предпри ти х стройиндустрии и при натурных исследовани х ограждан цих конструкций зданий.conditions .1 - cfl, 4 - instrument sensitivity, tii - absolute measurement error temperature, coefficient determined by the formula (1) at a value from the bypass temperature at the initial moment of the measuring period; a, the coefficient calculated in formula (2) when the value is from the excess temperature at the equilibrium moment of the measurement period, then, based on the data obtained, using the known ratios, the thermal conductivity coefficient and the volumetric heat capacity are calculated. Calculation formulas (1) and (2) for calculating the thermal activity coefficients Lj and thermal diffusivity Ots are obtained from solutions of the following two thermophysical problems. The first solution is obtained for a system of two semi-infinite bodies (reference and investigated) with a pulsed plane. heat source of irregular area located in the plane of their contact. It describes the change in the sampling temperature in this plane in time el л г г П, and the solution obtained coincides with the solution of the well-known sim matrix problem. From (4), we directly obtain the calculated equation for determining the coefficient of thermal activity b «(1). For the same system of bodies, but with a pulsed flat heat source of a centrally symmetric form of finite dimensions (a circle, a regular polygon, a solution was obtained in the form (-4 $) bJ, -e, p (-), (This solution is in the case of equality of the thermophysical characteristics of the social structures of the bodies (a, b, a, a and a) coincides with another well-known symmetric problem with a pulsed flat heat source of circular, shape and finite size; From solution (5) we directly obtain the calculated equation for determining the temperature-conductivity coefficient a ( 2).. View flat A pulsed heat source with an infinite area n is admissible in the case where / P () is included in formula (5) and can be neglected, while expressions (4) and (5) become identical. The results of calculations in (4) and (5) ) coincide if the discontinuity in the values of the excess temperatures calculated by these Formulas does not exceed the measurement temperature error l, the value of which is determined by the class of measuring instruments. Starting from these assumptions, formula (3) was obtained for the definition The method is carried out as follows. The reference body and the test structure are introduced into mutual contact, forming thermal contact. In the plane of their contact, a flat thermal impulse of a centrally symmetric shape is created. Then, the change in temperature in the center of the flat heat source is recorded at two different time intervals: at first, when L = cr, the coefficient of thermal activity is calculated using formula (1), and at the second, taking into account the previously found the values of b, calculate the value of the thermal diffusivity by the formula (2). Using the data obtained, the rest of the thermophysical characteristics are then determined by formulas ((where Xd is the coefficient of thermal conductivity of the material under study; CCJC-IM volume heat capacity of the material under study. The accuracy of the proposed method essentially depends on the choice of parameters of a pulsed heat source and measuring devices. So, The choice of the radius of the pulsed heat source depends on the magnitude of ii-j, and, consequently, the relative measurement errors of time and temperature; It is possible to change the characteristic ii - i so that the relative error in temperature measurement does not exceed a predetermined value. Comparison of the accuracy of the proposed method with the known one shows that using it even with the minimum power value of the pulsed heat source reduces the error in determining the thermal characteristics a ( , L, C ()) "1.5 - 2 times. The proposed method allows the determination of the desired characteristics of materials directly building structures without destroying them with one-way access, while comparing to the known method, it reduces the labor intensity and improves the accuracy of determining the desired characteristics. . 22956 The proposed method can be widely used in the production quality control of construction products in construction industry enterprises and in field studies of civil structures of buildings.

Claims

METHOD FOR DETERMINING THERMOPHYSICAL CHARACTERISTICS OF CONSTRUCTION MATERIALS, according to which the surface of the reference body and the structure under study are brought into contact, the heat pulse is applied, and the temperature change in the plane of their contact is recorded, the coefficient of thermal activity is calculated, and then the required thermal conductivity and thermal conductivity are calculated (thermal conductivity) , characterized in that, in order to increase the accuracy of determining the thermophysical characteristics of the material

-index corresponding to the integration number;

- is determined from the condition

- sensitivity takes place using _w ra;

- absolute error of temperature measurement;

- coefficient calculated by the formula (1) for rial designs, registration of temperature changes is carried out in dvg. different time periods: the first, when c < _cr , in this case, calculate the value of the coefficient of thermal activity according to the formula and the second, when ί>, in this case, calculate the value of the coefficient of thermal diffusivity according to the formula (1)

Bm is the excess temperature in the center of a plane pulsed heat source; g is the amount of heat released by the pulsed source;

R is the radius of a circular pulsed heat source, equivalent in area to a real flat centrally symmetric source; winter indices refer respectively to the materials of the reference te-. la and designs; ΐ _κρ is the moment of time, the value of which is calculated from the moment the heat pulse occurs and is determined by the iterative formula with

W6ZZTTTiS

U 40 * 6 4-

JJ value of excess temperature in the initial moment of the measuring period;

a _and - coefficient calculated by formula (2) at the excess temperature at the final moment of the measurement period, then, using the well-known relations, the thermal conductivity coefficient and volumetric heat capacity are calculated using the obtained relations