Способ определения коэффициента поверхностной теплоотдачи

,юЯО,ш 13 1)4 001 Н 25/ ВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ГОСУД А ПО ДЕЛ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Московский вечерний металлургический институт) Авторское свидетельство СССР46542, кл. О 01 Б 25/00, 1961. (54) СПОСОБ ОПРЕДЮБНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПОВЕРХНОСТНОЙ ТКШ 1 ООТДАЧИ (57) Изобретение относится к области испытаний, точнее к области измерения теплофизических характеристик. Целью изобретения является повышение точности измерений и снижение их трудоемкости. Образец выполняют из испытываемого материала в виде пластины с тем же состоянием поверхности и с теми же условиями контакта по пов рхности пластины, что и при сварке, тепло подводят от концентрированного источника тепла, имитирующего линейный мгновенный источник в течение короткого интервала времени (4 1 с в одной точке в центре образца-пла тины температуру измеряют в одной точке на расстоянии г от точки прило жения тепла, причем г(2-3)6 где й - диаметр пятна нагрева в ряд моментов времени Т, (С ), Т(С у )Т( ),Т.(1 ), причем 1,(2- -3)",1 а величину коэффициента поверхностной теплоотдачи 1 определяют по формуле а=р 1 д 3 где д- толщина .пластины-образца, я - обьемная теплоемкость материала образца;величина, минимизирующая средний квадрат ошибкий (ь н.-р Ф 11/и ,Е: Г р; /с е1 с- Р,(,) где В, = О/(4 ФМ 4 н В = -г/(4 Ы) 9 - количество введенного в образец тепла, 3, Ы коэффициенты теплопроводности и температуропроводности соответственно материала образца, 1 табл.го влияния на удалении в плоскостиповерхности пластины г(2-3)й,где й - диаметр пятна нагрева, характер термического цикла не зависит от5характера распределения удельноготеплового потока источника. Дляустранения влияния характера тепловыделения источника на температурноеполе в области измерения температурыисточник тепла следует брать концентрированным (например, сварочнаядуга, сварочный электронный луч,лазер) а температуру измерять нарасстоянии г от центра .источника,оговоренном вьппе.,Количество тепла Я, вводимое источником, например, в виде сварочнойдуги, определяется как Я = 01120 где Х, У и- соответственно токи напряжение на дуге и эФектныйКПД нагрева изделия сварочным током.При непостоянстве тока и напряжениядля определения Й должны быть исполь25 зованы соответственно интегральныехарактеристики.Измерение температуры следует выполнять применительнб к нескольким моментам времени Т(1,), Т,(1)30 Т;(;),Т ( ). Желательно вестиизмерения на этапах нагрева и охлаждения. Общее число замеров (и) желательно брать не менее 5, Для увепичения точности получаемых результатов возможно повторение эксперимента с включением результатов в дальнейшую математическую обработку.После проведения всех измеренийискомую величину Ы определяют по40 формуле2где В - величина, минимизирующая45 среднйй квадрат ошибки:(1)При выполнении условия (1) боковые границы пластины практически не ока" зывают влияния на результаты измерения температуры, так как границы образца-пластины практически не разогреваются.Чтобы не-оказывать влияния в точке измерения температуры на термический цикл, продолжительность:действия источника (Лт,) должна быть достаточно малой, т.е. должно выполняться условие л 1 1 1, 2-3Этого требует так называемый принцип временного влияния. При соблюдении названного условия источник тепла можно считать мгновенным и не учитывать характер тепловыделения во времени.Сложный характер удельного теплового потока источника тепла оказывает влияние на термический цикл, претерпеваеьый точками вблизи этого источника. Согласно принципу местноги В(4) В Изобретение относится к испытаниям, точнее к области измерения теплоАизических характеристик.Цель изобретения - обеспечениеточности измерения и снижение трудоемкости эксперимента.,Способ .осущестВляется следующимобразом.Образец изготавливают в виде пластины из того же материала, которыйиспользуется при сварке Пластин, итой же или меньшей толщины, что ипри сварке для обеспечения по возможности равномерного разогрева верхнейи нижней поверхностей пластины принагреве. Это условие можно считатьвыполнимым, если при использованииконцентрированного источника тепла(например, сварочного) испытываемаяпластина проплавляется по толщинеполностью, а расстояние г до точки,в которой измеряется температура,выбирается не менее г Ъ (2-3)й. Длину и ширину пластины-образца целесообразно брать одинаковой, Для стальных образцов при времени перераспределения тепла (времени эксперимента)не более 1 мин и количестве тепла наединицу толщины образца не более40 кДж/см достаточно иметь образецпластину размером не более 100 х100 мм, В общем случае величинаможет быть оценена по выражецию Пр и м е р. КоэКициент поверхностной теплоотдачи Ы определяли применительно к области зоны термичеф; ского влияния, нагреваемой при сварке стальной пластины. Толщина пластин(5) Способ определения коэффициента и темпповерхностной теплоотдачи материалов,50,териалСоставитель А.КульковРедактор М,Товтин Техред А.Кравчук Корректор М.Пожо Заказ 863/38 Тираж 847 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва,.Ж Раушская наб., д.4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4 2 мм, сварку веливольфрамовым электродом на флюсовой подушке в аргоне,Для эксперимента бьцти изготовлены образцы 80 ф 802 мм, В центр образца в течение 1 с подводили тепло сварочной дуги. Средние значения тока и напряжения составляли соответственно 277 А и 25 В. Эффективный КПД процесса нагрева пластины дугой составлял 10 0,52 (теплофизические коэффициенты Полученные данные использовали для определения величины В, минимизирующей выражение (3), Для этого по формулам (4) применительно к вышеописанным условиям вычислили значения В= 3807 с С и В, = -3,167 и, за,.(давшись начальным приближением В = 25 = 0 (соответствует полному отсутствию поверхностной теплоотдачи), рассчи-тывали В методом последовательных3приближений по известным формулам Вэ= В+ дВ:1 где Т; и С; берутся из вьппеприведенной таблицы40Значение В , полученное таким об 3 э. разом, в четвертом приближении составило В =. 5,6719 1 О. Отсюда согласно равенству (2) В = 2,7027. 1 ОДж/см сС, с = 2,702710Дж/см с С. Формула изобретения применительно к использованной низко- углеродистой стали были приняты при расчетах равными Л = 0,8762 Дж/смС; с у= 4765 Дж/смсфС).Температуру нагревного образца измеряли на расстоянии 10 см от центра приложения тепла. В результате эксперимента били получены значения температуры, использованные вдальнейшем при расчетах, см, таблицу включающий нагрев материала и регистрацию его. температуры, о т л ич а -ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений и сниженияих трудоемкости, нагрев производятлинейным мгновенным источником в течение интервала времени дС ( 2 с водной точке в центре поверхности образца в виде пластины, температуруизмеряют в одной точке на расстоянии г(2-3)6 от точки приложениятепла, где Й - диаметр пятна нагрева, в моменты времени Т 1(С,), Т(С ),,Т;, (С ), причем( 2-3) 3 С,а величийу коэффициента поверхностной теплоотдачи Ы определяют по фор.муле Вс2детолщина пластины с ф обь емная теплоемкость; В - величина, средний квадрат ошибкй, определяемая из формулыв1 В Г в 12 6=- , - е . -Т;(С,Ц, . ифи 324%я Р аС,4 аЮЯ - количество введенного теплав образец;Д, Ы - коэффициенты теллопроводностиературопроводности маа соответственно.