Способ определения истинного коэффициента теплопроводности частично прозрачных материалов

п 473940 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Савв ооввтоиииСоциалистическими Республик 1) Зависимое от авт. свид льства(32) Приоритет сударстееннык комит ета Министров СССРделам изобретений(53) УДК 536,2(088,8) ень2226.09.75 убликовано 14.06.75. Бюлл та опубликования описани открытий Авторыизобретения А. Петров, В, ЮИнститут высок Резник В. Степанов(71) Заявител температур АН ССС(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИСТИННОГО КОЭффИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ЧАСТИЧНО ПРОЗРАЧНЫХ МАТЕРИАЛОВИзобретение относится к области теплофизических измерений твердых частично прозрачных нерассеивающих материалов (стекол, монокристаллов окислов и солей) при высоких температурах, когда температурное поле формируется одновременно двумя процессами переноса энергии - переносом излучения и переносом тепла путем теплопроводности.Известны способы определения истинного коэффициента теплопроводности частично прозрачных материалов при высоких температурах, которые основаны либо на непосредственном измерении температур на поверхности и внутри образца с помощью термопар, либо на измерении термопарами температур металлических прокладок, контактирующих с образцом.В первом варианте с использованием непосредственного измерения температуры частично прозрачного материала с помощью термопар значительная погрешность обусловлена лучистым теплообменом между неизотермическими участками образца и термопарой, что приводит к регистрации некоторой фиктивной температуры, не соответствующей температуре образца в месте закрепления термочары, Кроме того, в этом случае трудно добиться хорошего контакта термопары с образцом и избавиться от погрешности, вызванной возмущением теплового поля при введении термопары в образец. Во втором варианте при измерении температуры металлических прокладок значительная погрешность обусловлена контактнымтермическим сопротивлением между проклад 5 кой и образцом,Для уменьшения контактного сопротивления используют фольгу из мягкого высокотеплопроводного металла (медь, серебро, золото), которую прижимают к поверхностям об 10 разца. Применение этих мер позволяет снизить погрешность, вызванную несовершенством контакта. Однако даже в самых прецизионных исследованиях эта погрешность составляет не менее 3,5%. Кроме того, одним из не 15 достатков применения металлических прокладок, особенно при температурах выше 1500 С,является их взаимодействие с исследуемымиматериалами, и, как следствие этого, неконтролируемое изменение коэффициента отраже 20 ния на границе.Для повышения точности измерения попредлагаемому способу нагрев образца осуществляют радиационным нагревателем, неконтактирующим с образцом, а затем измеря 25 ют температуру радиационного нагревателя иполный поток энергии.Нагреватель может быть изготовлен изплоской металлической пластинки, например,из платины или вольфрама с известными оп 30 тическими характеристиками. Температурунагревателя, который имеет в центральной473940 Индексы + и - указывают на то, что интенсивность определяется для углов О(6( - " и - " (О(-. 2 2(5) 15 1-(+Ь, (-.) =1-(Ь, О) Р(О). (6) 0 =1. , (-.) сов й 1 у(1 а (7) (г) (4; Предмет изобретения 1 т(З) Способ определения истинного коэффициен- (х х= - Й 50 та теплопроводности частично прозрачных ма+ - 1 р 11 - Я( этН 11 - Я (6 п териалов с использованием стационарного метода плоского слоя, отличающийся тем,- А ( ф) Л (О)что, с целью повышения точности измерения,1 ( - " 11 - Р (0)1 Р (0) образец нагревают изотермичным радиацион 1 - Р, (Оф) Я (О)55 ным нагревателем, измеряют температуру на(4) гревания и полный поток энергии, по которогде Я, - коэффициент отражения. му судят об искомой величине.Составитель А, ГлушкоРедактор И. Шубина Техред 3, Тараненок Корректор Е, рогайлина Заказ 2310/9 Изд.1556 Тираж 902 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий Москва, Ж, Раушская наб., д, 45Типография, пр. Сапунова, 2 части изотермическую зону, можно измерять любым известным методом (контактным или бесконтактным), Кроме того, сам нагреватель на опытном участке может служить термометром сопротивления,Вблизи нагревателя помещают плоский образец исследуемого частично прозрачного материала. Со стороны образца, противоположной нагревателю, помещают холодильник, в качестве которого может использоваться либо холодная модель черного тела, либо холодная металлическая пластина с известными оптическими характеристиками.В качестве примера рассмотрим один из вариантов расчетной схемы, которая может быть использована для вычисления истинного коэффициента теплопроводности,Уравнения лучисто-кондуктивного переноса в плоском слое поглощающей нерассеивающей среды толщиной 26 с известными оптическими свойствами при условии нагрева образца изотермичным радиационным нагревателем с известной температурой и оптическими свойствами с учетом излучения образца в направлении холодной модели черного тела (ось Х совпадает с направлением теплового потока) следующие:И(ч) (4-,.)где 1, - интенсивность излучения (функция Х и 0); 0 - угол, отсчитываемый от положительного направления оси Х); Й., - коэффициент поглощения; и . - коэффициент преломления; Х - коэффициент теплопроводности; Т - температура; й - телесный угол от О до 4 зт,.- частота (указывает на спектральную зависимость); р - относится к черному телу; величины, не имеющие индекса, относятся к образцу.Для упрощения записи в дальнейшем индексопускается.Для однозначного решения задачи необходимо задание граничных условий. На левой границе: соответственно; 1 - относится к нагревателю.Угол 0" связан с углом О законом Снелла.Коэффициент отра)кения исследуемого образ ца определяется через его оптические постоянные и и й по формулам Френеля.На правой границе: Уравнения (1 и 2) с граничными условиями20 (3 - б) определяют интенсивность 1, (0), а с ней и полный полусферический поток энергии 25как функцию оптических параметров и, Й, Я,геометрического параметра Й, коэффициентатеплопроводности ), и измеряемого параметраТ, В том случае, когда используют приемник30 излучения конечным углом визирования, интегрирование в уравнении (7) производят непо всему полусферическому телесному углу4 л, а по углу, соответствующему углу визирования.35 Для известных параметров Й, Й и Яь заданной толщины слоя 2 п и измеренной в опытетемпературы Т, строят график функции 0 == 1 тд.), и по-известному О, измеренному вопытах, определяют истинный коэффициент40 теплопроводности.Таким образом, предложенный способ определения истинного коэффициента теплопроводности твердых частично прозрачных нерассеивающих материалов позволяет повысить45 точность измерений,