Способ определения теплофизических свойств материалов

(54 ФИЗтоя теппос теп о истЛИЕгисна ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Московский ордена Трудовогокрасного Знамени геолого-разведочныйинститут им. Серго Орджоникидзе(56) 1. Попов Ю.А, и др. Обнаружениеотслоений в трехслойных изделияхс использованием быстродействующеготепловизора. "Дефектоскопия", 1975,б, с.б 2.2. Авторское свидетельство СССРно заявке3379088/26-25,кл. 0 01 И 25/18, 27.09.82 (прототип ),ПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОВ МАТЕРИАЛОВ, сос при отсутствии ужающей средой существляют подво тям исследуемого разцов от точечно щаемого по прямой й скоростью, реие температуры ри Фиксированном)(57) СПОСОБ О ИЧЕСКИХ СВОИСТ щий в том, что лообмена с окр ледовательно о ла к поверхнос онтрольного об очника, переме ии с постоянно трируют значен той же линии и отставании от источника, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей способа за счет дополнительного измерения коэффициента температуропроводности, дополнительно осуществляют конвективный теплообмен поверхности . образцов с окружающей средой при фиксированном значении коэффициента теплоотдачи и подвод тепла к поверхностям образцов, при этом коэффициент температуропроводности определяют по Формуле2 проводности исследуемого и контрольного образцов; избыточные предельные температуры поверхности исследуемого образца соответственно при отсутс"гвии и наличии теплообмена с окружающей средой;- избыточные предельнйетемпературы поверхности для, контрольного образца.10 Указанная цель достигается тем, что согласно способу определения теплофизических свойств материалов, состоящему в том, что при отсутствии теплообмена с окружающей средой последовательно осуществляют подвод тепла к поверхностям исследуемого и контрольного образцов от точечного источника, перемещаемого по прямой 60 линии с постоянной скоростью, регистрируют значение температуры на той же линиии при фиксированном отставании от источника, дополнительно осуществляют конвективный теплообмен по Изобретение относится к технической физике и может быть использованодля определения теплофизическихсвойств материалов, например пригеофизических исследованиях.Известен способ определения теплофизических свойств твердых тел,заключающийся в том, что поверхностьтела, теплофизические особенностикоторого предстоит исследовать, нагревают в течение определенногоинтервала времени равномерно распределенным источником, а затемпосле выключения источника черезнекоторое время задержки регистриру"ют температурное распределение нагретой поверхности и по температурным аномалиям судят о наличии областей, отличающихся от соседних областей измененными теплопроводностьюи теплоемкостью 1.Недостатком такого способа является необходимость строгого выдерживания временного интервала нагрева образца и временной задержки междумоментом окончания нагрева и моментом регистрации температурного распределения нагретой поверхности,что приводит к усложнению способаи снижению его эффективности.Известен способ определения теплофизических свойств материалов,заключающийся в том, что при отсутствиитеплообмена с окружающей средой, последовательно осуществляют подводтепла к поверхностям исследуемого и,контрольного образцов от точечного 3источника, перемещаемого по прямойлинии с постоянной скоростью и регистрируют значения температуры натой же линии при фиксированном отставании от источника 2 .40Однако ввиду использования толькоодного режима изменения. тегловогосостояния образцов функциональныевоэможности способа являются узкимипозволяют определять лишь теплопроводность и не позволяют определять температуропроводность образцов.Целью изобретения является расширение функциональных возможностейспособа за счет дополнительногоизмерения коэффициента температуропроводности. верхности образцов с окружающей средой при фиксированном значении коэффициента теплоотдачи и подвод тепла к поверхностям образцов, при этом коэффициент температуропроводности определяют по формулеОК о,а:а( ( 9, (1) где О и а - коэффициенты температуропроводности исследуемогои контрольного образцов.9 н 6 - избыточные предельныетемпературы поверхностиисследуемого образца соответственно при отсутствии и наличии теплообмена с окружающей средой;6 и 6- избыточные предельныеОктемпературы поверхности,На чертеже схематично показана установка, реализующая предлагаемый способ.Установка содержит точечный источник 1 энергии, датчик 2 температуры, узел 3 охлаждения, помещенные над контрольным образом 4 и испытуемыми Образцами 5, Стрелкой Н обозначено направление .перемещения точечного источника 1 энергии, датчика 2 температуры и узла 3 охлаждения относительно образцов 4 и 5.Способ осуществляют следующим образом.1Нагревают контрольный образец 4 и испытуемые образцы 5 при отсутствии их теплообмена с окружающей средой подвижным точечным источником 1 тепла, измеряют датчиком температуры, движущимся вслед за источником энергии с такой же скоростью, предельные приращения температур от начального уровня: 9 кО контрольного образца и О 1 ог л,ЮО, исследуемых образцов, На основании полученных данных определяют коэффициент теплопроводимости каждого из исследуемых образцов 5 по формулеОк(2) где Э, и Ъ - коэффициенты теплопроводности-го иконтрольного образцов;Ви 60; - избыточные предельныетемпературы контрольного и 1 -го исследуемого образцов.Затем осуществляют конвективный тенлообмен поверхностей образцов с окружающей средой при фиксированном значении коэффициента теплоотдачи, достигаемый за счет узла 3 охлаждения, например компрессора или вентилятора, направляющего поток воздуха на нагреваемые поверхности. Далее, как и на предыдущем этапе испы(3) Составитель В.ВертоградскийРедактор Р.Цицика Техред М. ГергельКорректор А.Зимокосов Заказ 4365/37 Тираж 823 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 тания, осуществляют подвод, тепла к поверхностям образцов от точечного источника тепла, перемещаемого по прямой линии с постоянной скоростью, и регистрируют значения предельных приращений температур: 9 контрольного образца н 6, В 6; исследуемых образцов.При этом для каждого из образцов 5 справедливо соотношение где- коэффициент теплоотдачи;д - коэффициент температуропроводности;Ч - скорость движения источника и измерителя температуры;расстояние между точкамитеплового воздействия ирегистрации температурына поверхности образца. Формула (3) справедлива при выполнении условия Х )7 5 аЧИз формул .(2) и (3) для исследуемого и контрольного образцов следует формула (1).П р и м е р. При определении теплофизических свойств трех образцов твердых тел (образцов горных Пород) в качестве подвижного точечного источника тепловой энергии используют луч лазера непрерывного действия типа,ИЛГНс постоянной мощностью л 1 Вт и дйаметром пятна нагрева 2 мм. Избыточную предельную тейпературу регистрируют бесконтактным датчиком по электромагнитному из. лучению поверхности нагреваемых образцов.Устанавливают исследуемые и контрольный образцы на рабочую площадку установки. В качестве контрольного образца используют стекло КВ, для которого=1,35 Вт/ (м к), а = 8,27. 10м 7 с.Нагревают образцы подвижным лучом и регистрируют избыточные предельные температуры нагрева датчиком температуры, перемещающимся со скоростью ,Ч =5 10 м/с при фиксированном отставании /х( = 2,0 10 м от источника энергии. Избыточные предельные температурынагрева равны; С: 9 =5,9; Юо,=6,2 ю Оог = 5,; 9 о = 4,9,По формуле (2) определяют теплб проводность каждого из исследуемыхобразцов: Э =1,28 Ьт/(мфЕ); 31,48 Вт/(мК);.3 =1,63 Вт/(м К) .Повторно нагревают образцы подвижным лучом, одновременно нагреваемыеповерхности образцов подвергают охлаждению струей сжатого водухапри расходе воздуха 0,3 10 м 3/с,при этом регистрируют избыточныепредельные температуры нагрева образцов датчиком температуры, перемещающимся с прежними скоростью иотставанием от источника энергии,Повторно зарегистрированные избыточные предельные температуры нагрева равны, С: 9 к =3,8; 9 =3,9;20 9 =3,5; 6 =3,2.По формуле (1) определяют темпе- .ратуропроводность каждого из исследуемых образцов, м/с: а, =8,14 10О =9,65 10; а =.1,14 10.25 Преимущество предлагаемого способа заключается в том, что он позволяет за одно измерение определитьсовместно теплопроводность,температуропроводность исследуемых материалов. ЗО.При этом можно определить как теплоФизические свойства образца вцелом, так и теплофизическиесвойства каждой области образцовв отдельности. 35Технико-экономическая эффективность способа заключается в повышении производительности труда за счет сокращения времени единичного измерения и точности измерений. По сравнению с базовым объектом -стационарным способом измерения на .образцах в виде пластин время экспе 45 римента сокращается приблизительнов 10 раз, При этом возрастает точностьопределения локальйых значений теплофизических коэффициентов в 1,5-2-раза.5 О Способ может найти применение приопределении теплофизических свойствгорных пород, строительных материалов, в.исследовательской практикеи при технологическом контроле.