Способ определения теплопроводности материалов

(5 ц 5 6 01 Й 25/1 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОБРЕТЕНИЯЬСТ У ИСАН АВТОРСКОМУ СВИДЕ В 1(21) 4848312/25. (57) Способ определения теплопроводности (22) 09;07,90 .. . материалов относится к технйческой физи- (46) 30,12.92, Бюл, Й 48 . .: ке; в частности к теплофиэическим измере- . (71) Тамбовский институт химйческогома- ниям; Сущность способа заключается в шиностроения.. следующем; на теплоизолированную за счет .(72) Б.Г,Варфоломеев, В,Н.Грошев охранного кольца поверхность полубесконечи Ю.Л.Муромцев : ного в тепловом отношении исследуемого тела воздействуют источником тепла; Измеряют (56)Авторскоесвидетельство СССР %1165958, мощностьтепловогоисточникаи разностьтем- Й 01 И 25/18, 1983.ператур в двух точках, расположенных под охАвторскоесвидетельстю СССР В 105%, ранным кольцом на заданном расстоянии друг 6 01 И 25/18, 1986 от друга в радиальном направлеными поотношению к источнику тепла, а тейлопровод- (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПРО- ность определяют с учетом величины ВОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ радиуса теплового источника,ФЪ Изобретение относится к технической физике, в,частноСти к теплофизическим измерениям.Известен способ измерения коэффицйента тейлойроводности, состоящий в создании перепада температуры на,. плоском образце за счет его теплового контакта с двумя. средами разной температуры; измерении в квазистационарной стадии опыта перепада температуры на образце и скорости изменения температуры одной из поверхности образца, при этом на верхней поверхности образца выделяют и изменяют мощность, обеспечивающую нулевую разность температур между нею и контактирующей с ней: средой, дополнительно измеряют скорость изменения температуры на нижней поверхности образца и рассчитывают коэффициент теплопроводности по соответствующей формуле,Недостатками известного способа являются необходимость нарушения целостности исследуемого тела (надо изготовить а плоский образец); малое быстродействие: стребуется выждать время установления ну- (р левой разности температур между верхней поверхностью образца и контактирующей р средой; большая трудоемкость: необходимо наличие двух сред разной температуры, измерение перепада температур на образ- О це и скорости изменеййя" температуры на обеих поверхностях:образца.За прототип принят способ нераэрушающего контроля теплофизических характеристик материалов, состоящий в тепловом воздействии на теплоизолированную поверхность полубесконечного в тепловом отношении исследуемого тела от источника тепла, измерении времени достижения максимальной избыточной температуры в заданной точке поверхности тела тъ,(4) измерении мощности источника тепла, при этом обеспечивают постоянную мощность Ю йсточникатепла, до момента достижения максимальной избыточной температуры в заданной точке поверхности, затем мощность источника тепла изменяют обратно пропорционально корню квадратному из времени и замеряют величину максимальной избыточной температуры в точке приложения источника тепла То щах, а.искомые теплофиэическйе характеристики определяют по соответствующим формулам.с учетом измеренных Яо трах и ТеэхНедостатками способа являются малая точность, так как не учитываются размеры источника тепла (он принят точечным); в течение времени достижения максималь-. ной температ рыудельное количество тепла 0 принято постоянным за .счет поддержания постоянства мощности источника тепла; в действительности же температурное поле претерпевает искажения из-за краевого эффекта (отклонения от плоской формулы), следовательно, изменя ется площадь изотермической поверхности, что приводит к непостоянству величины С 1; возможно влияние излучения источника тепла на термопары, замеряющие соответствующие температуры, малое быстродействие из-за необходимости ожидания времени достижения максимальной избыточной температуры в заданной точке поверхности,Цель изобретения - повышение точности измерения,Поставленная цель достигается тем, что теплоизолированную за счет охранного кольца поверхность полубесконечного в тепловом отношении исследуемого тела воздействуют источником, тепла, проводят температурные измерения в заданных точках поверхности, измеряют мощность 0 тепловога источника, кроме того, измеряют разность температур ЬТ в двух точках, расположенных под охранным кольцом ка расстоянии х друг от друга в радиальном направлении по отношению к источнику тепла, а теплопровадность определяют по следующей формуле с учетом величины радиуса В теплового источника А =Т- х 0 лх +124 К Вт Лх+5,04 В оС Наличие совокупности существенных признаков: измерение разности темперэ тур в двух точках, расположенных под охранным кольцом на определенном расстоянии друг от друга, учет величины радиуса теплового источника обеспечит повышение Сущность способа заключается.в следующем,Нэ теплоизолированную за счет охранного кольца поверхность исследуемого тела устанавливают торцовой поверхностью цилиндрический источник тепла и сообщают последнему постоянную мощность. Затем измеряют разность температур в двух точках, расположенных под охранным кольцом на определенном расстоянии друг от друга в радиальном направлении, кроме того, измеряют мощность теплового источника, Зная значение этих параметров, определяют теплопроводность с учетом величины радиуса теплового источника по соответствующей формуле. Согласно закону Фурье количество теплоты, проходящее в единицу времени через площадь Ризотермической поверхности 0 = -ХЕ - Вт,) где и - нормаль к изотермической поверхности. Обычно при пользовании формулой (1) считывают площадь Г постоянной благодаря применению охранного кольца. Однако в действительности это условие не выполняется вследствие краевого эффекта, приводящего к искажению. температурного поля(отклонению его от плоской формы),Изотермическая поверхность проходит по исследуемому телу кэк непосредственно. под источникам тепла в виде постоянной торцовой поверхности цилиндра радиуса В,так и проникая под охранное кольцо и распространяясь в виде части увеличивающейся поверхности тора радиуса г. Очевидно; В = сопз 1, а г - непрерывно возрастающая величина,Найдем соотношение для расчета площади Г изотермической поверхности.Элемент поверхности тора равен тогда Р - й В 2 + дат2 л(В + - ), (3)2Подставляя (2) в (3), найдем искомую площадь; Р =йВ +Л 2 Вг+ -- ,2 л г(5) 102 Ля+В В соотношении (5) интеграл можно све-,сти к табличному; введя следующие обозначения а= 2, Ь= ЯЙ;с=В;г= х; Ж,; 2,Ь=4 ас-Ь - жй (2-л)О,2 2.,:., -; юв С )19 й Жх 0 +1,гд а . 30 7 Г1,0жх+1,24 й т.е.Ь Ту - 0,168 Ь +.(6)35Из соотношения (6) получаем окончательное расчетное соотношение для коэффициента теплопроводностиФО, дх + 1,24 й 40.ЯТ Й. 0,168 1 п +5,04 й7 где Ь Т - разность температур в двух точках поверхности исследуемого тела, отстоящих друг от друга на величину базы х в 4"1 и -ового источника мператур, фС;ого источника, м где О - мощность те Ь Т - разность й - радиус тепл Составитель Б. Варфоломеехред М,Моргентал едактор Т, Егорова Т Корректор А, Мотыл аказ 4361 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по изобре 113035, Москва, Ж, РаушПодписноениям и открытиям при ГКНТ СССРая наб., 4/5 енно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 10 оиз Подставляя выражение (4) в (1), пол- учим.Тогда решение уравнения (5) будетиметь вид радиальном направлении. Целесообразнобазу х выбирать под охранным кольцом; зтопозволит устранить влияние излучения источника тепла на термопары, замеряющие5 величину Л Т.По сравнению с прототипом предлагаемый способ обладает более высокой точностью вследствие учета размеров источникатепла, действительной величины изотермической поверхности и исключения влияниятеплового иэлучейия на результаты измерения температуры,. Кроме того, предлагаемый способ характеризуется и большим быстродействием, так как-исключает необходимостьожидания времени достижения максимальной избыточной температуры в заданнойточке поверхности,Технико-экономическая эффективностьспособа вытекает из повышенйя точностиизмерения,Формула изобретенияСпособ определения теплопро водностиматериалов, состоящий в тепловом воздействии на теплоизолированную посредствомохранного кольца поверхность. полубесконечного в тепловом соотношении исследуемого тела, температурных измерениях взаданных точках поверхности, измерениимощности источника, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точности, измеряют разность температур в двух точках, расположенных под охраннымкольцом на заданном расстоянии друг отдруга в радиальном направлении по отношению к источнику тепла, а теплопро водность определяют с учетом радиусатеплового источника по формуле