SU1684644A1

SU1684644A1 - Способ определени коэффициента теплопроводности твердых материалов и устройство дл его осуществлени

Info

Publication number: SU1684644A1
Application number: SU894711408A
Authority: SU
Inventors: Юрий Саакович Даниэлян; Владимир Сергеевич Зайцев; Людмила Викторовна Гамаюнова; Игорь Юрьевич Воеводин
Priority date: 1989-06-29
Filing date: 1989-06-29
Publication date: 1991-10-15

Abstract

Изобретение относитс к теплофтиче скому приборостроению и может быть ис пользовано дл определени коэффициента теплопроводности твердых материалов Цель изобретени - повышение точности измерений и расширение диапазона исследований с одним эталоном Сущьность изо бретени заключаетс в создании нагревател ми равных тепловых потоков в эталонном и исследуемом теле, поддержании равных температур в зоне контакта нагревателей с материалами с помощью дополнительного подстроечного нагрепате- л , размещенного в эталоне, до установлени стационарного режима теплопередачи и определении коэффициента теплопроводности 2 с.п. ф-лы, 2 ил И Г

Description

Изобретение относитс к теплофизиче- скому приборостроению и может быть использовано дл определени коэффициента теплопроводности твердых материалов.

Цель изобретени - повышение точности и расширение диапазона измерений с одним эталоном.

На фиг.1 представлена схема устройст- ва дл осуществлени предлагаемого способа определени коэффициента теплопроводности твердых тел неограниченных размеров; на фиг.2 - измерительна чейка, дл исследовани образцов конечных размеров

Устройство содержит нагреватель 1 исследуемого материала, датчик 2 нулевого перепада температур, нагреватель 3 эталона , эталон 4 и установленный в нем дополнительный подстроечный нагреватель 5

Теплопроводность определ ют следую щим образом

Устройство устанавливают на исследуемом теле 6, которое, как и эталон, должно моделировать полубесконечное в тепловом отношении тело Создают равные тепловые потоки основными нагревател ми 1 и 3. Равенство температур в зоне контактов наг ре вателей с материалами поддерживают дополнительным подстроенным нагресате лем 5. После установлени стационарного режима теплопередачи определ ют коэФ фициент теплопроводности по измеренным мощност м нагревателей и известной теп лопроводности эталона При исследовании

О СО

Ј

4

ib

образцов ограниченных размеров измерени провод т в чейке 7 (фиг.2), выполненной из материала с высокой теплопроводностью.

Согласно изобретению дополнительный подстроечный нагреватель диаметром JH устанавливают от поверхности эталона, контактирующей с основным нагревателем, на рассто нии ,1 бн.Это необходимо дл сведени к минимуму краевых эффектов на внешней окружности нагревателей. В качестве эталона выбирают материал, коэффициент которого находитс в диапазоне Амакс А 1,2Амакс , где Амакс - верхний предел измер емой теплопроводности. Это обусловлено необходимостью перекрыти исследуемого диапазона коэффициента теплопроводности.

В случае использовани дл исследований устройства с измерительной чейкой эффективна теплопроводность эталона определ етс по грэдуировочной зависимости Аэф f(U), где U - сигнал измерительного устройства, пропорциональный мощности нагревателей эталона.

Тепловой поток qx в полуограниченное тело от плоского нагревател при установившемс режиме определ ют из известного выражени

qx 4R Ах - Т ), (1) где Ах - коэффициент теплопроводности, Вт/мК;

Тн - температура нагревател , °С;

Тю- температура тела в бесконечно удаленной точке принимаетс равной О, °С;

R - характерный размер нагревател , м.

В полубесконечном эталоне устанавливаетс два тепловых пол : одно - Цэ, образованное дисковым нагревателем датчика с радиусом Нэ на адиабатической поверхности полупространства, другое - рд, образованное дисковым дополнительным нагревателем с радиусом Рд, помещенным на глубине S:

Рэ Ti 4Р.э Аэ , (2)

где Qa - тепловой поток от основного нагревател эталона, расположенного на его поверхности , Вт/м ;

Ti - температура нагревател , °С;

Аэ - теплопроводность материала эталона;

Рэ - радиус нагревател , м

Qg- 8RA Ј)

где Т2 - температура дополнительного на- гревтел , °С;

RA радиус дополнительного нагревател , м;

К ( 2 - з -п) - коэффициент, характеризующий положение нагревател .

Если дополнительный нагреватель нэ- ходитс на небольшом рассто нии от поверS хности, т.е. -- - 0, то в этом случае

Кд

температуры нагревателей равны (Ti 12). Суммарное температурное поле будет ха- рактеризоватьс суммой температур нагревателей - эталона и дополнительного

Т ТЦ- Т2 (4)

и будет равно температуре на поверхности исследуемого материала Тх. Из уравнени (1)

25

Тх

qx

(5)

Подставл в формулу (5) уравнени (2), (3), (4), получим

После незначительных преобразований получим

lo+fp t- ю

Уравнение (6) можно преобразовать к

виду

Ах Да

, , К R3 Рд

I -Г7Г fT Т

(7) Яэ v }

1 RA Рэ

Таким образом, можно считать, что эталон с дополнительным подстроечным нагре- вателем, установленным в нем на рассто нии S от поверхности, эквивалентны эталону с коэффициентом теплопроводности , равным

Аэ

+JS fi 9л

Rn Рэ

(8)

В случае, когда основными нагревател ми задаютс равные тепловые потоки С|х Рэ, коэффициент теплопроводности будет определ тьс по формуле (8).

- Пример. Измерени провод т на полубесконечных в тепловом отношении образцах. В эталоне с более высокой теплопроводностью , чем исследуемое тело, устанавливают дополнительный подстроенный электрический нагреватель. Создают равные тепловые потоки в исследуемый и эталонный материалы. Равенство температур обеспечивают регулированием мощности дополнительного подстроечного нагревате- л , размещенного в эталоне.

После установлени стационарного режима теплопередачи по известному коэффициенту теплопроводности эталона и измеренным тепловым потокам основных и дополнительного нагревателей по предлагаемой формуле рассчитывают искомый параметр .

Claims

Формула изобретени 1. Способ определени коэффициента теплопроводности твердых материалов, заключающийс в создании нагревател ми тепловых потоков в исследуемый и эталонный полубесконечные в тепловом отношении образцы и поддержании равных температур в зоне контакта нагревателей с материалами до установлени стационарного режима теплопередачи, отличающийс тем, что, с целью повышени точности и расширени диапазона измере- ний с одним эталоном, нагревател ми задают равные тепловые потоки в исследуемый материал и эталон, а равенство температур поддерживают дополнительным подстроечным нагревателем, размещенным в эталоне , и определ ют коэффициент теплопроводности по формуле

Я

Аэ

(И + Р..ЧД j V 2 RA Ь

где Де - коэффициент теплопроводности эталонного материала;

К- коэффициент, характеризующий положение дополнительного нагревател ;

Rb - радиус основного нагревател эталона;

RA - радиус дополнительного нагревател ;

РЭ, Qfl - тепловые потоки от основного и дополнительного нагревателей эталона.
2. Устройство дл определени коэффициента теплопроводности твердых материалов , содержащее нагреватель образца, датчик нулевого перепада температур, нагреватель эталона, эталон, отличающеес тем, что, с целью повышени точности и расширени диапазона измерений с одним эталоном, в эталоне установлен соосно с основным дополнительный подстроечный нагреватель на рассто нии не более 0,1 dM от поверхности, контактирующей с основным нагревателем, где dH - диаметр подстроечного нагревател ,

Фиг. I

Cur. 2