Способ определения теплопроводности материалов и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСНИХООЙЮЭЮЮЕСНИРЕСПУБЛИК 0% (И) 5 бО о ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Тс с 3. Вюл Мирбаев ина инский исбюслм ЖГОСУДАРСТВЕННЮ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ ВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) 1. Авторское свидетельство СССР 9 359582, кл. 0 01 Я 25/18, 1971,2. Осипова В.А. Экспериментальное исследование процессов теплообмена. Изд, 3., М., фЭнергия", 1979, с.48,3. Темирбаев Д,Ж., Ермекбаев К.В. Основы теории теплопроводности и тепловбго излучения. Алма-Ата, изд-во Казахского полнтехничеокого институтаим. В.И. Ленина, 1980, с. 31. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯЕГО ОСЯЦЕСТВЛЕНИЯ(57).1, Способ определения теплопро. водности материалов путем создания теплового потока через цилиндрическую стенку Образца и измерения температуры его поверхности, о т л ич .а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения процесса определения теплопроводности, внаанюю поверхность об-разца ожвают продольным потоком жидкости, регулируют скорость потока, устанавливают экстремальное распределение температуры по длине образца, определяют величины критического диаметра образца по месту экстремальной температуры и коэффициент тепло- отдачи жидкости к образцу, после чего искомую величину рассчитывают по соответствующей формуле.2. Устройство для осуществления способа определения теплопроводности материалов по п.1, содержащее корпус, внутри которого соосно установлен цилиндрический нагреватель с измерителями температуры, распоЛбО женными по его длине, помещенный внутри исследуемого материала, о тл и ч а ю щ е .е с я. тем, что,оно дополнительно снабжено конусной трубкой, установленной снаружи на , гревателя соосно с ним с образова- . Я нием между ними кольцевого,зазора, заполненного йбСЛедуемым.материалом, корпус выполнен конусным, причем площадь кольцевого сечения между конусной трубкой и корпусом остается постоянной по всей длине.Изобретение относится к теплофизи,ческим измерениям материалов, например порошкообразных, в частности кспособу определения теплопроводности материалов и устройству для егоосуществления. 5Известны способ и устройство дляопределения теплопроводности материалов, при котором.в исследуемом .и.эталонном, образцах одновременно создают параллельные тепловые потоки, 10поддерживают равными перепады темпе. ратур на образцах путем регулирования мощностей нагревателей; по достижению стационарного режима тепло-.передачи измеряют мощности нагревателей, температурный перепад на .одном из образцов:и по измеренным величинам определяют теплопроводности 1).Недостаток указанных способа иустройства для определения теплопроводности состоит в трудоемкости создания исследуемых образцов одинаковых размеров, а также в сложности,измерений и обработке данных,Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности и достигае"мому результату является способ опре.деления теплопроводности материалов путем создания теплового потокачерез цилиндрическую стенку образцаи измерения температуры его поверхностиУстройство для осуществления способа определения теплопроводностиматериапов содержит корпус, внутри 35которого соосно установлен цилиндрический нагреватель с измерителямитемпературы, расположеннымИ по егодлине, помещенный внутри исследуемого материала Г 23. 40 Основным недостатком известныхспособа определения теплопроводности материалов и устройства для егоосуществления является сложйостьподготовки и проведения опыта.Цель изобретения - упрощение процесса определения теплопроводности.Укаэанная цель достигается тем,что согласно способу определения 50теплопроводности материалов путемсоздания теплового потока черезцилиндрическую етенку образца и измерения температуры его поверхности, внешнюю поверхность образца,оьнвают продольным потоком жидкости, регулируют скорость потока жидкости, устанавливают экстремальноераспределение температуры по,длинеобразца, определяют величины крцтического диаметра образца по месту 60экстремальной температурыи коэф- .фициент .теплоотдачи жидкости к образцу, после чего исковюю.величинурассчитывают по соответствующейформуле, Представив (1) в виде(2) Устройство для осуществления способа определения теплопроводности материалов, содержащее корпус, внутри которого соосно установлен цилиндрический нагреватель с измери телями температуры, расположенными по его длине, помещенный внутри исследуемого материала, дополнительно снабжено конусной трубкой, установленной снаружи нагревателя соосно с ним с образованием между ними кольцевого зазора, заполненного исследуемым материалом, корпус выполнен конусным, причем площадь кольцевого сечения между конусной трубкой я корпусом остается постоянной по всей длине.На фиг. 1 показана схема устройства для определения теплопрсвод" ности материалов; на фйг. 2 - график распределения температуры вдоль цилиндрической поверхности.Устройство содержит линейный нагреватель 1, на цилиндрической поверхности 2 которого установлены измерители температуры,образец исследуемого материала 3, конусную трубку 4, корпус 5, поток жидкости б.Устройство работает следующим образом.Пространство с кольцевым зазором между цилиндрической поверхностью 2 и конусной трубкой 4 заполняется исследуемым материалом 3. Устанавливается заданная мощность нагревателя 1. Регулируя скорость продольного потока жидкости б, изменяют коэффициент теплоотдачи стенки и достигают экстремального распределения температуры (фиг. 2) на цилиндРической поверхности 2 (фиг. 1).Поместу на конусной трубке 4, выполненной со слабо изменяквщмся поперечным сечением по ее длине, отвечающему экстремальной температуре, определяют величину .критического диаметра а цилиндрической стенки. По известной формуле Ньютона-Рихмана или "по критериальному уравнению теплообмена; соответствующему установленному режиму течения жидкости вдоль цилиндрической стенки, определяют коэффициент теплоотдачи с .С целью достижения постоянного значения е( в условиях экспериментальной установки, имеющей конечные размеры продольного потока, кбрпус 5 выполнен конусным из условия сохранения площади кольцевого сечения потока постоянной по длине стенки.Искомое значение теплопроводности М раесчитывают по формуле ГЗ 3.Л=а(т)Редактор С. Кв а Тираж 873ИИПИ Государственногопо делам изобретений35, Москва, й Р Заказ 6222/5 Подписикомитета СССРи открытийаушская .наб., д. 4 илиал ППП фПатентф, гУжгород, ул, Проектная, 4 вйдно, что не только можно достиг:нуть расположения экстремальногозначения температуры цилиндрической,стенки в средНей ее части.за счетвыбора соответствующего значения сСпутем изменения скорости потока,но можно расширить диапазон опреде-ляемых. значенийпутем измененияркорости.потока.Чиспенный пример обратной задачи.Пусть заданы параметры продольного обтекающего потока (воздуха):.Т = 300 Ку Лж = 0,0259 Вт/(м.К);ч = 156 10мыс; Ср110 з дж//(кгК); Рж = 118 кг/м з, и РазмеРыконусной трубки: й= 0,018 м3 = 0,5 му аз = 0,058 м; а=0,040 ми Л : 0,2 Вт/(м,К), Требуется найти лТ = Т-Т прн Я =. 100 Вт наконцах и в критическом сечении цилиндрической стенки слабопеременногосечения. Заметим, что впрямой за. даче определяют из эксперимента апо экстремальному значению йТ; -= Тс - Т и, зная величину о, нащдят по (1) значение А,1 В условиях примера согласно (1)о д 10 Вт/(м 2 К). С помощью иэвестных уравнений теплообмена находим,что й =. 1,35 10, У 4,2 м/суЬТс,= 338,4 У 307,2 (минимУм) и 5 313,1 СВ условиях прямой задачи приведенные результаты означают, чтоЛ .= 0,2 Вт/(м;К) - коэффициенттеплопроводности исследуемого .ма териала нри 307,2 С.Таким образом, изобретение позволяет определять коэффициент тепло":проводности различных материаловменее трудоемко и имеет более широ"кий.диапазон практического приложения, чем йзвестный способ..УПрйдлагаеьке способ и устройство позволяют также исследовать теплопроводность материала в зависи О мости от плотности их заполнения(засыпки) и от температуры.Для изучения влияния температуры на, Л достаточно изменять мощность линейногоисточника тепла.