Способ определения коэффициента теплопроводности твердых материалов

Союз Соевтсииз Социалистическин РеспубликАНИЕЕТЕН Ия СВИДИВЛЬС 7 ВУ ннтельное к авт. свид.ву влево 11,10,76 121) 2411001/18-25 еннем заявки Хе с прн ретоеннна комете СССР 3) ПриоритетОпубликовано 15.02,79.6 юллетЕнь М елаи нзобретвннй ритнн Дата опубликования описания 18.02,7(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭффИПИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ ени ю н и те ы ю в с я Изобретение относится к измерениямтеплофизическнх свойств твердых материалов и может быть использовано, например, для определения теплопроводностстержневых изделий.Известен способ определения коэффициента теплопроводности, заключающийся в том, что создают двухкомнонентнуюсистему иэ набора образцов исследуемого материала в виде двух пластин неравной толщины н вспомогательного вещества в виде металлической пластины,причем пластины иэ исследуемого материала располагают несимметрично относительно нагревателя, пропускают черезсистему тепловой поток и регистрируютперепад температур в направлении потока 111Этот способ требует изготовленияспециальных образцов в виде пластинразной толщины и неприменим, например,для образцов в виде стержней. Измерение по нему проводят с недостаточнойточностью,Известен также способ опред коэффициента теплопроводности, зак чающийся в том, что двухкомпонен систему создают путем размещения невых образцов в отверстиях пласт известной теплопроводностью, изме пропускаемый через систему тепло поток, определяют эффективный коэфф циент теплопроводности системы и числяют коэффициент теплопроводно стержней по известным соотношени для двухфазной. системы 2. Однако точность определения теплопроводности стержней указанным способом зависит от величины контактноготермического сопротивления между стержнями и пластиной, Величина этого сопротивления носит неопределенный характер и в данном способе не может бытьучтена, Известный способ не позволяеттакже определить степень анизотропиитеплопроводности исследуемого материала.647591 3Целью изобретения является повышениеточности определения коэффипнеата теплопроводности,Цель досччгается тем, что по предлагаемому способу двухкомпонентную систему выполняют анизотропной, например,путем выбора формы образцов, подаюттепловые потокив различных направлениях, регйстрируют тепловыепотоки иперепады температур в соответствующих 6этим потокам направлениях и по измеренным величинам рассчитываютискомый .коэффициент теплопроводности.Йо измеренным тепловым потокам иперепадам температур в нескольких различных направлениях определяют эффек-тивную теплопроводность двухкомпонентной системы в каждом из этих направлений, Далее из системы уравнений, каждоеиз которых связывает эффективную теплопроводность ь данном направлении скоэффициентами теплопроводности.отйфльных комйонент и термическими койтактны-мнсопротивленнями, находят искомый коэф. фициент теплопроводности исследуемогоматериала . Уравнения получают на основании решения стационарногб уравнейия тепдо-.проводности для сбставноготела прн сооъМ 35где Т- перепад температур, о, - плотность теплового потока, К - контактное сопротивление одного контакта, П - количество образцов в данном направлении (О= 4, О = 3), А - коэффициент теплопроводности вещества, определялн искомый коэффициент теплопроводности из соотношения Ъ 2 ЬТ 1 ЬТ 2 Ч 11 %22 При-ц, = 3 10 Вт/м идТ4=33 града Т =20 град, Х="38 Вт/м.град 50 что удовлетворительно совпадает с литературными данными. 55Способ определения коэффициента теп.лопроводности твердых материалов, состоящий в том, что создают двухкомпонентную систему из набора образцов исслеветствующих граничных условиях, Анизотропию двухкомпоцентной системы,которая обеспечивает линейную независиммость отдельных уравнений, создают,например, за счет несимметричного црофиля поперечного сечении образцов, адля образцов симметричной формы - засчет нх несимметричного расположенияво вспомогательном веществе,Минимальное количество направленийтеплового потока в случае изотропностисвойств исследуемого материала и цостоянства контактного термического сопротйвления при известном коэффициенте теплопроводности вспомогательноговещества равно двум. Стабильное, одинаковое для всех образцов во всех направлениях н точках контакта, не зависящееот температуры контактное термическоесопротивление между компонентами системы обеспечивают путем использованияв качестве вспомогательного вещества,Гзаполняющего промежутки между образцами, например, расплавленного метал.ла, какого-либо мелкодисперсного вещества порошка графита) и т.п.Прн неизвестном коэффициенте тепдопроводностн вспомогательного веществаколичество направлений увеличивают наединицу. При исследовании анизотропии искомого коэффициента теплопроводности количество направлений увеличивают на величину фактора анизотропии без единицы.П р и м е р , Проводили определение коэффициента теплопроводности стержней прямоугольного сечения1 и й.з ХЗхбх 40 мм) из карбида пиркония,Стержни помещали в контейнер с расплавленным техническим оловом, находящимся при температуре 300 С, и рас-о полагали в узлах прямоугольной сетки таким образом, чтобы их продольные оси были параллельны, а расстояние между соседними образцами в двух взаимно перпендйкулярных направлениях было одинаково (В =0 =Б,мм);Далее последовательно подводили к контейнеру одномерные тепловые потоки в двух взаимно перпендикулярных направлениях, совпадающих с осями симметрии поперечного сечения образцов, и измерялн перепады температуры в направлении каждого из потоков термопарами, находящимися на противоположных стенках контейнера. Записывая систему уравнений для каждого направления теплового потока ЬТ = с- + -д - + 2 и йдуемого материала и вспомогательноговещества, заполняющего пространствомежду образцами, пропускают через систему тепловой поток и регистрируют перепад температур в направлении этогопотока, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности определения, двухкомпонентную систему выполняют анизотропной, например, путем выбора формы образцов, подают тепловыепотоки в различных направлениях, регистрируют тепловые потоки и перепады тем 6475916ператур в соответствующих этим потокамнаправлениях и по измеренным величинамопределяют искомый коэффициент теплопроводности.3 Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМ 253412, кл. б 01 Й 25/18,24.06.67.1 О 2. Авторское свидетельство СССРСоставитель В, ВертоградскийРедактор И. Шубина Техред И. Асталош Корректор С, ВекмарЗаказ 296/36 Тираж 1089 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий,113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4