Способ определения теплофизических характеристик материала

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Соаетскнк Сфцналистнческик Республик(22) Заявлено 1 Э 0176 (21) 2315911/18-10 с присоединением заявки М 6 01 К 17/00 Государственный комитет СССР по делам нзобретеннй н открытнй(72) Автор изобретения И.Я.Нвусихин Белорусский ордена Трудового КрасногО Знамени политехнический институт(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИКМАТЕРИАЛА Изобретение предназначено для определения коэффициента теплопроводности,температуропроводности, объемной теплоемкости различных материалов.Известен способ определения теплофиэических характеристик различныхматериалов; заключающийся в расположении нагревателя постоянной мощностимежду двумя исследуемыми образцами,последующего нагрева образцов, измерения температуры на нагревателеи последующего вычисления искомойвеличины 11.Однако известный способ не позволяет измерить теплофизические характеристики тонких материалов, так какдля его реализации необходимо установить дополнительную термопару в ис следуемом образце на пути тепловогопотока от нагревателя,Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является способ определения теплофизических характеристик материала, заключающийсяв расположении нагревателя постоянной мощности между двумя исследуемыми образцами материала, последующемнагреве образцов, измерении температуры на нагревателЕ в процессе нагре-ва, определении времени достижения измеренной температуры и вычислении искомой величины 21.Однако известный способ пригоден для измерения теплофиэических характеристик однородных материалов, требует обязательного измерения температуры на некотором удалении от нагревателя, что не всегда представляется возможным, например, в случае измерения характеристик тонких материалов. Кроме того, известный способ не позволяет раздельно определять теплопроводность, теплоемкость и температуропроводность исследуемых материалов.Целью изобретения является обеспечение раздельного определения теплопроводности, теплоемкости и температуропроводностиисследуемых материалов. Это достигается тем, что по предлагаемому способу образцы с нагревателем помещают между двумя пласти- . нами с заведомо отличающимися от исследуемых образцов теплофиэическими характеристиками и на основании полученных данных определяют искомые величины по формулам:фг ув 4 РА а (ср)4 г, кЙ1(8) Согласно (1) и (2): 3где А - коэффициент теплопроводностиисследуемого материала;.а - температуропроводность исследуемого материала,ср - объемная теплоемкость исследуемого материала;ф - тепловой поток от нагревателя;толщина исследуемого материалатемпература на нагревателе;время достижения измереннойтемпературы на нагревателе.На фиг.1 показано устройство для10реализации предложенного способа,где 1- плоский нагреватель, 2 - исследуемый материал, 3 - термопарана нагревателе,4- пластины с заведомо отличающимися от исследуемогоматериала теплофизическими снойствами, На фиг.1,2 показано изменениетемпературы на нагревателе н процессе измерения.Устройство работает следующим об. -Разом. Помещают плоский нагреватель1 между двумя одинаковыми образцамииспытываемого материала 2 и весь пакет обкладывают одинаковыми фрагментами неизвестного материала 4, По 25ходу температуры, измеряемой нанагревателе, определяют все теплофизические характеристики испытываемого образца и коэффициент тепловойактивности образцов неизвестного ЭОматериала.Аналогично можно определить теплофизические характеристики двухслойных конструкций, если поместитьнагреватель сРазу между их фрагмен-,тами,Обозначим теплофиэические характеристики по слоям соответственноиндексами г и о.Задавая на нагреватель постоянную 40мощность, определяют тепловой поток,ответвленный на одну двухслойнуюконструкцию д и измеряют избыточнуютемпературу на нагревателеВ координатах С иЯ наносят полученные опытные точки, Температурная 45кривая при этом будет иметь вид, показанный на фиг,2, Участок о-с 1 является во всех случаях прямой, проходя: - ,.щей через начало координат, Участоке-Е располагается в положении 1, если 50ЬЬ , и н положении 2, если Ь ) Ь,При Ь = Ь линия е-Х будет прямой,являющейся продолжением линии о-й,где Ь - коэффициент тепловой активности; 55Ср - объемная теплоемкость;Л - коэффициент теплопронодности.Если Ь ( Ь продьлжают отрезкио-й и е-Г до пересечения в пунктеО с координатами С и С . Тогда теплофиэические характеристики граничногослоя определяются по зависимостям;(ср):г Коэффициент тепловой активности пластин 4 определяется из выражения;о го г 1У гДе Ь:(Сфю)фР-. --- при Гу, 4О - ЖВеличина и по вычисленному Сду может быть определена по соответствующим Формулам.Если ЬЬ ,.то по полученным не менее трех опытным точкам на участке е-Г определяем неличину и.Тогда величина 1 может быть вычислена.из выражения:г "-1С с 2 д (5)По величине и определяют величины А и Ь, а по выражению (6) определяют А,: гдеи С координаты точки, лежащейна отрезке,Величина Ь определяется по известной величйне Ь из. выражения (3).П р и м е р. Плоский нагреватель,изготовленный из константановой проволоки диаметром 0,2 мм, помещен междудвумя образцами иэ пенобетона. Весьпакет расположен между двумя керамическими Плитами. Термопара, расположенная на нагревателе, подключенак потенциометру ЭПП. При включениинагревателя в сеть на ленте потенцио-ментра происходит регистрация темпера-,туры. Полученные температурные точкирасположены в координатахи %На испытынаемый образец подается тепловой поток д =, 250 Вт/мдТолщина испытываемого материала Б": 5 мм,В результате проведенного эксперимента прямые, проходящие черезтемпературные точки, пересеклись вточке Р с координатами С(ОФ)10 Ки Г, = 1.00 с.Тогда согласно (1):- - 0,125 ЪТ(мкдр 250 О,ОЯ667829 6 кими характеристиками и на основании полученных данных по температуре и времени определяют искомые величи-" ны по Формулам: 5 жЕф Ь,И О,ОО 5я Фд 24 т,Формула изобретения Лгг г вРв вСв и ив. ие. 2 Составитель А.ТерековРедактор С.Хейфиц Техред С, Мигай Корректор М, Пожо Тираж 765 ЦНИИПИ Государст по делам изоб 3035, Москва, ЖЗаказ 3452/36 Подписноеенного комитета СССРетений и открытийРаушская наб., д.4/5 илиал ППП Патент, г.ужгород, ул. Проектная, 4 Игг 4.гва ОО(Ср) = - е - г: ЬЫ кДж/и 4 и)ЖЩ ,14 1 О О,ООбПредложенный способ удешевляет процесс исследования и дает возмож 1 лость более эффективной реализации ряда технологических процессов, связанных с изготовлением многослойных 10 конструкций. Способ определения теплофизических 15 характеристик материала, заключающийся в расположении нагревателя постоянной мощности между двумя исследуемыми образцами материала, в последующем нагреве образцов, измерении темпера 1 туры на нагревателе в процессе нагрева, определении времени достижения измеренной температуры и вычислении искомой величины, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью обеспечения раздельного определения теплофивических характеристик: теплопроводности, объемной теплоемкости и температуропроводности, образцы с нагревателем помещают между двумяпластинами с заведомо отличающимися от исследуемых образцов теплофизичесгде 4 - коэффициент теплопроводностиисследуемого материала; 0 - температуропроводность исследуемого материала; ср - объемная теплоемкость исследуемого материала; ф - тепловой поток от нагревателя; О - толщина исследуемого образца; , - температура на нагревателе; С, - время достижения измереннойтемпературы на нагревателе,Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1.КгдэсЬег О. ОЬег Лье Вез 11 пппцпд Йег ИппеХеЫйаМу 1 еЫ йег ИарвеЕараэ 1 а цпй сег Ыаппее 1 п с 1 г 1 пцгаЬ 1 1 п е Ыещ Кцз кеЫчегЕаЬхеп, ЯеЬв 1 еЕцд-Тесал.2. Лыков А,В. Теоретические основы строительной теплофизики, Изд-во, ЛН БССР, Минск, 1968, с.363. Ф(Рт)вгвв 2 ь