Способ определения коэффициента эффективной теплопроводности слоя кусковых материалов

(22) Заявлено 27.11.75 (21) 2194073/18-25 1) М. Кл.2 С 01 гг 1 25/18 инением заявкиосударственныи комитеСовета Министров СССРло делам изобретенийи открнтийВ. Я. Липов, Г, К. Рубин и Ю. Н. Селезн 4) СПОСОБ ОПР ТЕПЛОПРОВО ЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ЭффЕКТИВНОЙОСТИ СЛОЯ КУСКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ лой, после затвердев двум вертикальным ным плоскостям и н ной и вертикальной определяют распреде размеров кусков м твердевшей жидкост кусками, и затем нах тивной теплопроводн10 риалов по формуле П 1 Р, ) + 4 ь:ТНп гд и - число членов суммы, определяемоечислом интервалов распределения по вероятностям размеров кусков материалов и размеров затвердевшей жидкости, находящейся между кусками, по нужному направлению; ; - размер кусков материалов и размерзатвердевшей жидкости, находящейся между кусками;р - средняя пористость слоя, определяемая до заливки жидкостью;г - теплопроводность газовой фазы иматериала кусков;- степень черноты поверхности материала; мг,25 Л Изобретение относится к области тепловых измерений, в частности к технологии исследования теплофизических свойств материалов.При определении коэффициента теплопроводности различных материалов требуется не только точность его измерения, но и быстрота получения результата.Известны способы определения коэффициента теплопроводности путем создания теплового режима, что требует значительного времени и усложняет сам процесс измерения. Особенно сложно определить коэффициент эффективной теплопроводности слоя кусковых материалов.Наиболее близким техническим решением является способ определения коэффициента эффективной теплопроводности слоя кусковых материалов, путем засыпки кусков материала в форму и измерения геометрических размеров в слое, температур и теплового потока, проходящего через слой в специальных стендах,Недостатком известного способа является трудоемкость и высокая стоимость,Цель изобретения - уменьшение трудоемкости процесса определения коэффициента эффективной теплопроводности.Указанная цель достигается тем, что слой кусковых материалов заливают быстротвердеющей жидкостью, например, эпоксидной смоания разрезают слои пг взаимно перпендикуляра средах по горизонталь- осям секущих плоскостей ление по вероятностям атериала и размеров заи, находящейся между одят коэффициент эффекости слоя кусковых мате3о - постоянная Стефана-Больцмана;Т - температура, К;- индекс суммирования;Р; - величина, определяемая по формулеП 1(Оп;+ Н,дФормула является следствием следующей модели слоя: слой рассматривается как система чередующихся прослоек из материала кусков и газовых зазоров разной толщины.Сравнение с известным способом показало, что такое представление структуры слоя достаточно правомерно. При необходимом числе членов суммы расхождение значения 7.эф, с данными, полученными по известному способу (прототипу) составляет 10 - 15%,П р и м е р. Исследуют эффективную теплопроводность слоя хаотически уложенных стальных деталей цилиндрической формы, Размеры деталей: диаметр Й=0,012 м, длина 1=0,027 м, Обработка измерений размеров полостей и материалов, произведенных на срезе, дает кривую распределения по вероятностям, по которой выбираются характерные размеры.В качестве характерных размеров выбраны: Нп= 0,004 м; Нп 2= 0,008 м; Нпз= 0,01 м; Нп=0,012 м; Нпэ=0,014 м; Нпа=0,016 м;11 п=0,018 м; Н=0,02 м. Пористость загрузки Р=0,54.Тсплопроводпость материала (стали 3) и газо-воздушного зазора берем из справочной литературы: 1=50 - 0,023 (Т - 273 К) и Хп= = 0,025+0,00006 (Т - 273 К) .Величина Р,=0,54-+-0,03 - получается при изучении среза (все распределение локализуется около 0,54).Число интервалов распределения по вероятностям размеров кусков материалов и размеров затвердевшей жидкости, находящейся между кусками п=8.Для температуры Т=1073 К восемь членов суммы в формуле (1) равны: 0,32; 0,538; 0,433;0,362; 0,312; 0,273; 0,244; 0,220. Второе слагае 1 - Рмое = 0,0146. Тогда расчетная ве, (1073)личина 7 эф. (1073) =4,25. Прототип дает на этой температуре Хэ 4=4,9, Погрешность составляет 13%.Для температуры Т=673 К члены суммы станут больше: 4,21; 2,18; 1,76; 1,47; 1,44; 1,11;0,995; 0,888, В этом случае = 0,0113;7 (673)7 эф, (673) =1,12, Прототип дает 7 эф,=1,25 Погрешность 10,4%,Использование предлагаемого способа определения позволяет определить коэффициент эффективной теплопроводности без создания теплового режима, Формула изобретения Способ определения коэффициента эффективной теплопроводности слоя кусковых материалов путем засыпки кусков материала в форму и измерения геометрических размеров в слое, отличающийся тем, что, с целью уменьшения трудоемкости процесса, слой кусковых материалов заливают быстротвердеющей жидкостью, например, эпоксидной смолой, после затвердевания разрезают слой по двум вертикальным взаимно перпендикулярным плоскостям и на срезах по горизонтальной и вертикальной осям секущих плоскостей определяют распределение по вероятностям размеров кусков материала и размеров затвердевшей жидкости, находящейся между кусками, и затем находят коэффициент эффективной теплопроводности по формуле: и -1 Р,1 - Рп,др /г + 4 эээТЗЦп )п1: где д - число членов, определяемое числоминтервалов распределения по вероятностям размеров кусков материалов и размеров затвердевшей жидкости, находящейся между кусками, 35 по нужному направлению;Нмг, Нп - размер кусков материалов и размер затвердевшей жидкости, находящейся между кусками;р - средняя пористость слоя, определяе мая до заливки жидкостью;7, 7, - теплопроводность газовой фазы иматериалы кусков;в - степень черноты поверхности материала;о - постоянная Стефана-Больцмана;Т - температура, К;- индекс суммирования;Р; - величина, определяемая по формуле 50 Р, =- Н 1(Ов + 71 мс) 45 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. 11 атепт ФРГ 1145825, кл. 421, 12/02, 1962.2. Патент ФРГ 1473275, кл. 421, 12/02, 1969,3. Марков Б. А., Соломенцев К. Л. Теплопроводность слоя кусковых материалов, Изв,ВУ 3. Черпая металлургия, 1960,3, с.176 в 1,5863754Это приводит к экономии порядка 4000 рубна одну загрузку и ускоряет получение допустимо точных результатов приблизительно в 24 раза (одна рабочая неделя вместо 24 рабочих недель).