SU832433A1 - Способ определени теплофизическихХАРАКТЕРиСТиК МАТЕРиАлОВ - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к области ис пытаний с применением тепловых средс а именно к определению теплофизических характеристик. известен способ определени  коэффициента теплопроводности, состо щий в том, что подвод т посто нный тепло вой поток к поверхности образца и регистрируют градиент температур в образце после установлени  стационар ного теплового режима l . Недостатком способа  вл етс  невозможность комплексного измерени  теплофизических характеристик. Известен способ комплексного исследовани  теплофизических характеристик , состо щий в том, что импульс но воздействуют тепловым потоком на поверхность образца и регистрируют изменение температуры во времени в некоторой точке внутри образца 12. -Недостатком этого способа  вл етс  необходимость нарушени  целрстности образца дл  установки измерител  температуры. Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  способ Определени  теплофизических характеристик материалов на образце, полубесконечном в тепловом отношении, со сто щий в подводе посто нного теплового потока к поверхности образца, ограниченной окружностью определенного диаметра,, и регистрации изменени  температуры поверхности в зависимости от времени. Температура измер етс  в точке, совпадающей с центром окружности з. Недостатками способа  вл ютс  ограниченно (  точность, обусловленна  локальным изменением температуры поверхности , что вносит погрешность, как вследствие искажени  температуры в точке измерени  так и вследствие макронеоднородности структуры образца пористость, дефекты и т. д.), а также сложность реализации, обусловленна  необходимост.ю специальных устройств , обеспечивающих полное поглощение образцом теплового потока подводимого к поверхности (организаци  адиабатической оболочки и т. п.). Цель изобретени  - повышение точности и упрощение реализации. Указанна  цель достигаетс  тем, что образец привод т в тепловой контакт с полубесконечнЪ1М в тепловом отношении эталонным образцом с извест ными теплофизическими свойствами, подвод т тепловой поток к поверхности

контакта, а температуру регистрируют как среднеинтегральное ее значение по поверхности контакта, ограниченной окружностью.

На фиг. 1 изображена физическа  модель исследуемой системы; на фиг. 2 схема устройства дл  осуществлени  предлагаемого способа.

Дл  обосновани  расчетных соотношений способа.следует рассмотретьдва полуограниченных тела с различными теплофизическими характеристиками , имеющими щеальный контакт т. граничные услови  IV рода (фиг. 1).

На часть контакта, имеющую форму круга радиуса R, центр которого совпадает с началом цилиндрических координат (О, О, 0), подводитс  тепловой потокпосто нной мощности q const, нормальный к поверхности контакта, на остальной части контакта он отсутствует .

В плоскости Z О теплообмен между телами пренебрежительно мал и теплсшые потоки q и q полностью направлены в каждое из тел от источник тепла, но завис т от координаты г. Соотнсшение потоков q. и q зешисит от тепловой активности тел и не зависит от времени.

В двумерном температурном поле t {г, Z, ч: ) в начальный момент Т: О температура выравнена по всему объему массивов и равна t .

Тогда система дифференциальных уравнений теплопроводности в цилиндрических координатах

эч эг

ata Тг

Решение этой задачи дл  интегральной температуры контакта зоны разогрева следуквдее:

fKt i

c 14 ГТdju

i (()dti, (3)

DO

где Л - коэффициент теплопроводности 1-го тела

К - ,

г

- с

Л2

V5; 2

V5:

2,

соответственно теплова  активность 1-го и 2-го тел1

KC.

а., а - соответственно коэффициенты температуропроводности 1-го и 2-го тел;

h1 - Т относительна  координата

R в плоскости (ir

- . число Фурье дл  2-го тела,

При малых значени х критери  F O KC, FO уравнение (3) принима ввд

2суУг:; -)

V, (4)

где -ггг врем , при котором выполн ютс  услови 

FO (-г,)

(Ц)

О (5)

о и F

40 (практически FO О , 1) . где a , a 2 - соответственно коэфф циенты температуропроводности 1 и 2-го тел, хзешаетс  в совокупности краевыми услови ми 9t(r, 0,-С )с при о г Э Z Э tjir , о.-С- ) при q q 3t(r, о.ту ) Э 12 ( г , о , f ) при г i. R ; t(r, 2, о) t 2 (г, Z, о) tp t-4(r,oo,C) ± , (г ,00 tt ) at(r,a, -гг ) gtst, 00 ,r ) l(r, о ,C ) t2.(r, o,r). уравнение (4) описывает изменение температуры контакта двух полуорганических тел. при действии в нем источника тепла посто нной мощности. Зна  тепловую активность одного из полуограниченных тел, .допустим тепловой поток q и определ   в эксперименте Т и At , уравнение (4) позвол ет расчитать тепловую активность 2-го тела. с Я ,. 2 isVrf Э где fg е. теплова  активность 1-го тела/ прин того за эталонное. (Индекс 1 относитс  к эталонному образцу , а индекс 2 - к исследуемому). Дл  момента времени которому соответствует Р и не выполн ютс  услови  уравнени  (5), на ЭВМ можно вычислить значени  частиц уравнени  (3), наход щегос  в квадратных скобках (обозначим его ) и затем затабулируем. в следующем ви де: & f (FO (гсг). Kg, Кд) . Зна  FO (G;, рассчитываютс  2 1/ по формуле определ ют К g ы U по AonMVJK И 9 ПО формуле - Л использу  таблицу, наход т соответст ющее значение . Рассчитывают теплофизические хэ:рактеристики испытуемого материала: коэффициент температуропроводности а а,, I коэффициент теплопроводности А. €2 92.) объемную теплоемкость С - Р 2 Следовательно, в ходе одного опы та по изменению интегральной темпер туры з.оны разогрева контакта в зави симости от времени, можно комплексн определить теплофизические характеристики материалов. Дл  осуществлени  эксперимента необходимо реализовать физическую м дель, заложенную в его теории: а)создать надежный контакт эталонного образца с поверхностью иссл дуемого материала; б)подвести ..тепловой ток посто  ной мощности q к зоне разогрева час контакта в виде круга радиуса R; в)произвести измерение измен ющейс  во времени интегральной темпе ратуры зоны разогрева контакта в мо мент времени tr , дл  которого выпо н етс  условие (5),. и в момент време ни С2. , причем Та f ; г), по приращению температуры дt соответствующему моменту времени -tr рассчитать критерий Фурье эталонног тела дл  момента времени ) д) получить величину коэффициент Kg g-, 4-е а ж) рассчитать по формуле (7) величину © : з) по таблице -в f(f, (Су), Кс, KOI) определить коэффициент W е) рассчитать последовательно по формулам (8) -(10) теплофизические характеристики исследуемого материала .. Устройство дл  осуществлени  способа содержит плоский нагреватель 1 малой теплоем1сости, имеющий форму круга, тело-эталон-2, выполненный в виде ограниченного цилиндра. В качестве эталонного материала примен ют органическое стекло (А.9 0,196 Вт/м град. 0,092- ) . На нижнем торце цилиндра соосно с ним прикреплены нагреватель 1 и изолированный от него плоский рабочий термометр 3 сопротивлени , такого же радиуса, что и нагреватель, который замер ет темпердтуру зоны разргрева контакта в ходе опыта. Условие полуограниченности телаэталона 2 практически выполн етс  тогда, когда температура его поверхности , удаленной от нагревател , за врем  опыта измен етс  не более, чем на 0,, поэтому дл  контрол  в теле-эталоне 2 заделан плоский контрольный термометр 4 сопротивлени , по показани м которого можно судить также и о выравнивании температуры по всему объему тела-эталона 2 и испытуемого материала 5 в предопытный период времени. Плотное прижатие тела-эталона 2 к поверхности.испытуемого материала 5 осуществл етс  грузом-крынкой б. Все узлы помещены в корпус 7, на котором находитс  разъем 8. Использование предлагаемого способа определени  теплофизических характеристик материалов обеспечивает по сравнению с известньм следук цие преимущества: а)расширение классов изделий, требующих определени  теплофизических характеристик неразрушающим способом за счет возмржности исследовани  пористых и крупнодисперсных .композиционных материалов г б)более точное определение теплофизических характеристик материалов вследствие замены измерени  локальной температуры на интегральную температуру за счет чего роль случайных факторов резко снижаетс  в)упрощение реализации способа за счет устранени  систем поддержани  посто нства теплового потока, поглощаемого образцом.

Claims (3)

1.Авторское свидетельство СССР 162688, кл. 6 01 N 25/18, 1963.

2.Дмитрович А. Д. Определение теплофизических свойств строительных материалов. М., Госстройиздат, 1963, с. 99,

3.Авторское свидетельство СССР 458753, кл. G 01 N 25/18, 1972 (прототип).