SU873087A1 - Способ определени коэффициента теплопроводности материалов - Google Patents

Description

1

Изобретение относитд  к способам измерени  коэффициента теплопроводности и может быть использовано в научно-исследовательских и заводских, лаборатори х дл  проведени  экспрессных измерений.

Известен способ определени  теййофизических характеристик материалов, в котором тепловой импульс от источника мгновенного тепла,направл ют в место контакта эталонного и исследуемого тела,, измер ют измерение температуры во времени в месте контакта и в одном ,из сечений исследуемого тела и расчетным путем определ ют искоие величины 11.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ измерени  коэффициента теплопроводности материалов, заЦ/тючающийс  в том, что на поверхности пластины формируют тепловой импульс с известной плотностью энергии , фиксируют изменение температуры во времени на обратной стороне пластины , по этой зависимости .определ ют максимальную температуру, врем  достижени  половины макс ального значени  температуры и по известному соотношению вычисл ют коэффициент теплопроводности 2 .

Недостаток данного способа состоит в том, что наличие теплообмена на поверхности исследуемого образ1да, выэванного длительностью процесса достижени  максимальной температуры на поверхности противолежащей нагреваемой импульсом поверхности, не обеспечивает достаточной- точности изМерений ,

10 i Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерений за счет снижени  погрешности, обусловленной -теплообменом на поверхности образца. Указанна  цель достигаетс  тем,

15 что в известном способе максимальHj температуру на обратной стороrie образца определ ют как разность температур двух противолежащих поверхностей в момент времени, когда

20 отношение этих температур будет равно 2,97, при этом коэффициент теплопроводности Л определ ют по формуле ,гвь&

,ТнТо..д7

25

где Q

удельна  плотность энергии теплового импульса; толщина образца;

L

Т максимальна  температура

м , на обратной стороне образца; Cj g - врем , через которое от ношение температур прот волежащих поверхностей образца равно 2,97. Теори  предложенного -способа 6сн вана на решении уравнени  теплопроводности дл  бесконечной пласти 1Ы т йиной L, на одной стороне (х 0) которой действует импульсный источник тепла. Распределение температуры Т в пластине определ етс  выражениемJ w)T4..aBcos axp(),(.) где X - текуща  координата; f - врем , а - коэффициент температуропроводности . Зависимости температуры от време ни на поверхност х х L и х О запишутс  следующим образом . ( Т(1. ,C)T il47S(-r )ехр(T (o,4.,p{-iili,5r). (,) Или в безразмерном виде (см. чер теж) ()аг:С-1Геир(-п2), С4) «oC b -lCe pt-n f) , (sr Пь1 Q /pi-TCb.f) (0.f) L v- f;;;- оц -fsr Если под суммами выражений (4), (5) оставить первые два члена, то полученные приближенные решени , на чина  с момента времени 0, отличаютс  от точных менее, чем на 0,25% и 0,03%, соответственно дл  (4) , (5) ; с увеличением f это разли чие становитс  меньше (ТШ- врем , за которое температура на обратной стороне пластины достигает половины своей максимальной величины или, V.Q да j|I- (см.чертеж). С учетом вышеизложенного, дл  приближенных решений получаем следу щие выражени  Ч()( ° ао1)21+аехр()аехр(-4). (т) Дл  разности температурaoC)-OK,Ci|)мo записать йо1) l-f) ЛСогда Т(0,r)-T(L,T). Тц,, вышепри еденное выражение преобразуетс  в 4exp(-f)-(.(8 Решением этого уравнени   вл етс Q 1,386. Отношение .-/ соотве ствуюцее моменту времен огда раз ность температур равна Тц , запишет с  так Ечр (-l,iB6HQ-exP (-4- IbQfe) . q - (-i,.)+lечр(-4 1,МЬ) спользу  значение безразмерной менной f -. и решение уравнекно получить расчетсоотношение дл  козффициента ературопроводности а - момент времени, когда отношение температур противолежащих поверхностей образца H ilMi - aiiol., г(1,-2,97) а,( еплоемкость определ ют по формуле а -ргр;; VTco,ea{}7). р - удельна  плотность материала; Ср - удель(;а  теплоемкость. Тогда расчетное соотношение дл  ффициента теплопроводности а.Ср-р запишетс  так jriLuTe- g Способ реализуетс  следукицим образом . На торцовой поверхности плоского образца формируют тепловой имцульс. В момент времени, когда отношение температур противолежащих поверхностей равно 2,97, измер ют разность этих температур (она равна Тц,) и врем  Tij 97 начала действи  импульса до мс лента реализации отношени  2,97. Дл  определени  момента достижени  отношени в(}/Й1 2,97 может быть рекомендован метод сравнени  пропорциональных Q (J и Од, компараторсил напр жени , на входы которого поступают с датчиков температуры Q{j и Од. через усилители, коэффициенты передачи к и кп которых св заны соотношением к,,/К2 2,97. Корректность измерени  теплофизических характеристик материалов при использовании импульсных методов в большой степени зависит от .качестйа тепоизол ции образца. Дл  выполнени  этого услови  измерени  провод т в вакууме. Однако при высоких температурах резко интенсифицируетс  теплообмен излучением. Так, на уровне 1500 К и при разнице температур образца и стенок измерительной камеры 10 К (приведенна  степень черноты0 ,8) коэффициент теплообмена составл ет 630 . На чертеже показано, как вли ет интенсивность теплообмена (4),(5) на форму температурной кривой. При Bi 0,1 погрешность определени  Т по известному способу составл ет около 8%, которые вход т в пог

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Способ определения коэффициента теплопроводности материалов путем нагрева тепловым импульсом образца в виде пластины,измерения изменения температуры во времени и определения максимальной температуры на поверхности, противолежащей нагреваемой, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, дополнительно измеряют изменение температуры во времени на поверхности, нагреваемой тепловым импульсом, в процессе измерений определяют отношение температур поверхности, нагреваемой тепловым импульсом, и поверхности, противолежащей ей, в момент, когда их отношение станет равным 2,97, определяют максимальную температуру на поверхности, противолежащей нагреваемой, измеряют время достижения этого отношения и по полученным данным определяют коэффициент теплопроводности расчетным путем.