SU1658054A1

SU1658054A1 - Device for determining thermal conductivity of materials

Info

Publication number: SU1658054A1
Application number: SU874261111A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Николаевич Бойко; Михаил Никитович Галкин; Александр Александрович Харин; Игорь Владимирович Шевченко
Original assignee: Московский авиационный технологический институт им.К.Э.Циолковского
Priority date: 1987-06-11
Filing date: 1987-06-11
Publication date: 1991-06-23

Abstract

Изобретение относитс к экспериментальной теплофизике и может быть использовано дл определени теплопроводности материалов. Цель изобретени - упрощение процесса измерени . Устройство содержит последовательно расположенные сосуд с теплоносителем , исследуемый образец, дополнительную емкость и холодильник. При этом теплоноситель дополнительной емкости идентичен теплоносителю холодильнику, отделенного от дополнительной емкости воздушным зазором. 1 ил.The invention relates to experimental thermal physics and can be used to determine the thermal conductivity of materials. The purpose of the invention is to simplify the measurement process. The device contains sequentially located vessel with coolant, the sample under study, additional capacity and refrigerator. In this case, the coolant of the additional capacity is identical to the coolant of the refrigerator, separated from the additional capacity by an air gap. 1 il.

Description

Изобретение относитс к экспериментальной теплофизике и может быть использовано дл определени теплопроводности материалов.The invention relates to experimental thermal physics and can be used to determine the thermal conductivity of materials.

Цель изобретени - упрощение процесса измерени .The purpose of the invention is to simplify the measurement process.

Введение в устройство дополнительной емкости, заполненной теплоносителем , позвол ет упростить процесс измерени теплового потока, который находитс на основании измерени времени полного плавлени вышеуказанного теплоносител , а воздушный зазор между этой емкостью и холодильником преп тствует нагреву теплоносител со стороны холодильника. Таким образом, нагрев теплоносител в дополнительной емкости осуществл етс только тепловым потоком, проход щим через образец. При достижении теплоносителем дополнительной емкости температуры плавлени исключаетс теплообмен с холодильником за счет того, что данный теплоноситель иден-лгчен теплоносителю холодильника.The introduction of an additional tank filled with coolant into the device simplifies the process of measuring the heat flux, which is based on measuring the time of complete melting of the above coolant, and the air gap between this tank and the cooler prevents heating of the coolant from the refrigerator side. Thus, the heating medium in the additional tank is heated only by the heat flux passing through the sample. When the heat carrier reaches an additional capacity, the melting point of the heat exchange with the refrigerator is eliminated due to the fact that this heat carrier is identical to the heat carrier of the refrigerator.

На чертеже дано предлагаемое устройство .In the drawing given the proposed device.

Устройство содержит холодильник 1, выполненный в виде сосуда с теплоносителем из чистого высокотеплопроводного металла (олова), электронагреватель 2, дополнительную емкость 3 с чистым высокотеплопроводным материалом (оловом), исследуемый образец 4, нагреватель 5, например электрического типа, и сосуд 6, заполненный чистым высокотеплопроводным металлом (цинком). Электронагреватель 2The device contains a refrigerator 1, made in the form of a vessel with a coolant from a pure high-heat-conducting metal (tin), electric heater 2, additional capacity 3 with a pure high-heat-conducting material (tin), sample 4, heater 5, for example, of electric type, and vessel 6 filled with pure high thermal metal (zinc). Electric heater 2

00

елate

0000

о елabout ate

-U-U

гредмазиачен до нагрева металла в хрлодн ышке 1 до рабочей температуры , рапной температуре плавлени , и полного расплавлени металла. Термопара 7 и милливольтметр 8 контролируют температуру холодильника. Отверстие 9 сообщает внутреннюю полость холодильника 1 с атмосферой и обеспечивает свободное расширение металла при нагреве. Плоска теплооб- менна поверхность 10 холодильника установлена с зазором 11 по отношению к зеркалу металла в дополнительной емкости 3. Выступающие кра дополнительной емкости 3 уплотн ют этот зазор по периферии. Врем полного плавлени металла в дополнительной et- кости 3 фиксируетс термопарой 12, образованной металлом в этой емкости и электродом, размещенным в основачип дополнительной емкости, совместно с милливольтметром 13 и таймером 14. Сосуд 6 выполнен с при- ч- ом 15, верхн часть которого сообщена с атмосферой при помощи отверсти 16. Температура нагревате- лt 3 регистрируетс термопарой 17 и милливольтметром 18. Детали устройства защищены теплоизол цией, состо щей из оснований 19, цилиндра 20 крыпки 21 и вставки 22. Устройство установлено на станине 23, в верхней ч чети которой размещен винт 24 с руко ткой 25. Пластина 26 соединена с впитом 24, а через теплоизолирующую 21 - с холодильником 1.It is necessary to heat the metal in the chromium neck 1 to the operating temperature, the melting temperature of the melt, and the metal to melt completely. Thermocouple 7 and millivoltmeter 8 control the temperature of the refrigerator. Hole 9 communicates the internal cavity of the refrigerator 1 with the atmosphere and provides free expansion of the metal during heating. The flat heat exchange surface 10 of the refrigerator is installed with a gap 11 relative to the metal mirror in the additional tank 3. The protruding edges of the additional tank 3 seal this gap along the periphery. The time of complete melting of the metal in an additional etch 3 is fixed by a thermocouple 12 formed by the metal in this tank and an electrode placed in the base of the additional tank, together with a millivolt meter 13 and a timer 14. The vessel 6 is made with cake 15, the upper part of which communicated with the atmosphere by means of a hole 16. The temperature of the heater 3 is recorded by a thermocouple 17 and a millivoltmeter 18. Parts of the device are protected by thermal insulation consisting of bases 19, cylinder 20 of the cover 21 and insert 22. The device is mounted on frame 2 3, in the upper part of which is placed a screw 24 with a handle 25. The plate 26 is connected to the wired plate 24, and through the heat insulating 21 - to the cooler 1.

Перед началом испытаний образец 4 мпопшпелыю емкость 3 с термопарой 12 и вставка 22 изъ ты из уст- pi йс 1ва и имеют комнатную температуру . Включают электронагреватель 2 ч л прогрева и плавлени олова в ол,)дп ьчике 1, при этом температура о иг.а не должна превышать температу- рч его плавлени (231,9°С). Одновременно с этим включают нагреватель 5 дл поргрева и плавлени цинка в сосуде 6. Температура цинка не должна превышать температуры его плавлени (694,4°С). При этом температура металла во всех точках сосуда 6 и холодильника 1 одинакова и равгг температуре его плавлени , что обусловлен свойств aim чистых высокотепло- проводных металлов. После достижени металлами в сосуде 6 и холодильнике гзочч рабочих температур образец 4, поп -тигельна емкость 3 с термопароBefore starting the test, sample 4 capacitance tank 3 with thermocouple 12 and insert 22 were removed from the device and were at room temperature. The electric heater is turned on for 2 hours of heating and melting tin in ol, dpchik 1, and the temperature should not exceed the temperature of its melting (231.9 ° C). At the same time, the heater 5 is turned on to interrupt and melt the zinc in the vessel 6. The zinc temperature should not exceed its melting temperature (694.4 ° C). At the same time, the temperature of the metal in all points of the vessel 6 and of the refrigerator 1 is the same and is equal to its melting point, which is due to the aim properties of pure high-heat-conducting metals. After the metals reach the working temperature 6 in the vessel 6 and in the refrigerator, sample 4, pop-up tank 3 with thermocouple

00

5five

00

5five

00

5five

00

5five

00

12 и вставку 22 устанавливают между сосудом 6 и холодильником 1. Поворотом винта 24 прижимают детали устройства друг к другу, обеспечива беззазорный контакт образца с дополнительной емкостью 3 и сосудом 6. Образец 4 прогреваетс за счет переноса тепла в основном от сосуда 6, поскольку воздушный зазор 11 вл етс достаточно хорошим теплоизол тором. На поверхности образца, контактирующей с сосудом 6, устанавливаетс во всех точках одинакова температура, равна температуре плавлени цинка, i При достижении на противоположной поверхности образца температуры, равной температуре плавлени олова, в образце устанавливаетс стационарное распределение температуры и олово в дополнительной емкости 3 начинает плавитьс , обеспечива по всей контактирующей с этой емкостью поверхности образца установление температуры , одинаковой во всех точках и равной температуре плавлени олова. Наличие зазора 11 вл етс причиной приоритетного повышени температуры на дне дополнительной емкости 3, а не на поверхности металла. Температура в емкости 3 неизменна, пока олово полностью не расплавитс . В течение всего периода плавлени олова в дополнительной емкости 3 тепло к нему подводитс только от металла в сосуде 6 через образец 4, поскольку металл в холодильнике 1 на ходитс при температуре, равной температуре плавлени металла в дополнительной емкости 3, и теплообмена между ними не происходит. При известности количества тепла, идущего на плавление олова в дополнительной емкости 3 (которое определ етс из уравнени О , где га - масса олова; L - теплота фазового перехода ) , и времени полного плавлени олова (и), коэффициент теплопроводности образца 4 вычисл ют по формуле12 and the insert 22 are installed between the vessel 6 and the cooler 1. By turning the screw 24, the device parts are pressed against each other, providing a backlash-free contact of the sample with an additional capacity 3 and the vessel 6. Sample 4 is heated due to heat transfer mainly from the vessel 6, since the air gap 11 is a fairly good thermal insulator. On the surface of the sample in contact with the vessel 6, the same temperature is established at all points, equal to the melting point of zinc, i When the temperature on the opposite surface of the sample is equal to the melting temperature of tin, the steady-state temperature distribution is established in the sample and tin in the additional tank 3 begins to melt ensuring that the temperature of the sample, which is in contact with this container, establishes a temperature that is the same at all points and equal to the melting point of tin. The presence of the gap 11 is the reason for the priority temperature increase at the bottom of the additional tank 3, and not on the metal surface. The temperature in vessel 3 remains unchanged until the tin is completely melted. During the entire period of tin melting in the additional tank 3, heat is supplied to it only from the metal in the vessel 6 through sample 4, since the metal in the refrigerator 1 is heated at a temperature equal to the melting point of the metal in the additional tank 3, and there is no heat exchange between them. When the amount of heat going to melt tin in the additional tank 3 (which is determined from the equation O, where ha is the mass of tin; L is the heat of phase transition) is known, and the time of tin melting (and), the thermal conductivity of sample 4 is calculated from formula

S-,S-,

ЪB

7т, - TfcH-F7t, - TfcH-F

5five

гдеWhere

F - площадь поверхности образца, контактирующей с дополнительной емкостью;F is the surface area of the sample in contact with the additional tank;

Т 4, Т Ј - соответственно температура плавлени металла в сосуде и в дополнительной емкости. Врем полного плавлени олова в дополнительной емкости равно времени , в течение которого температура основани дополнительной емкости (или температура на дне емкгости) равна температуре на поверхности ме талла и равна температуре плавлени металла в этой емкости. Указанное врем фиксируют таймером 14 по показанию термопары 12 и милливольтметра 13 оT 4, T Ј are respectively the melting point of the metal in the vessel and in the additional tank. The time of complete melting of tin in the additional tank is equal to the time during which the temperature of the base of the additional tank (or the temperature at the bottom of the tank) is equal to the temperature on the metal surface and equal to the melting point of the metal in this tank. The specified time is fixed by timer 14 according to the indication of thermocouple 12 and millivoltmeter 13 o

Claims

The use of the invention simplifies the measurement process by simplifying the determination of the heat flux passing through the sample under study. Invention Formula

A device for determining the thermal conductivity of materials, containing a heater and a refrigerator, is made 1658054

in the form of vessels with heat carriers, the phase transition temperature corresponds to the measurement temperature, heaters to maintain the desired temperature in the vessels, temperature sensors and a container for placing a sample of the test material between the heater and the cooler, in order to simplify of the measurement process, it contains an additional container spaced between the refrigerator and the container for placing the sample with an air gap relative to the Refrigerator, while complementing b on container filled with coolant, the coolant cooler identical "

24 25