Способ определения теплофизических свойств материалов

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 020277 (21) 2448835/18-25 с присоединением заявки )1 о С 01 Я 25/20 Государственный комитет СССР но Делам изобретений и открытий(23) Приоритет Опубликовано 300680 Бюллетень Мо 24Дата опубликования описания ЗОР 6,80(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ Изобретение относится к техникеопределения теплофизических свойств(коэффициентов теплопроводности, температуропроводности и . теплоемкости)различных материалов, например плодов Фруктов и овощей, и может применяться при лабораторных исследованиях,Известны различные методы определения теплофизических характеристикнапример, методы Х - калориметра,с(.-калориметра, метод двух точек ит,д основанные на теории и методахрегулярного теплового режима, Наиболее распространены способы, предполагающие внедрение в образец,источников или стоков тепла, т,е. предпо.лагающие разрушение исследуемого тела 1,Однако разрушение объекта исследо вания (изготовление из него образцаспециальной форьы) может быть нежелательно, так как это влияет на правильность полученнйх экспериментальных данных (примером таких тел могут 25служить плоды фруктов и овощей)Наиболее близким техническим решением является способ определениятеплофизических свойств материалов, .основанный на использовании решения ЗО дифференциального уравнения теплопроводности для полуограниченноготела при граничных. условиях второгорода, т.е. при постоянном тепловомпотоке на поверхности образца, Полученное расчетное уравнение позволяетпри знании изменения во времениизбыточной температуры в центре круга определенного радиуса на поверхности тела определить коэффициенты,тепло- и температуропроводности 2)Недостатками данного способа являются узкая область применения (вероятно только большие объеж сыпучих материалов); длительность опыта,так как невозможно при контактномметоде подвода тепла создать большиетепловые потоки; невозможность опре"деления при какой температуре телаполучены теплофизические характеристики,Цель изобретения - повышение достоверности определения теплофиэичес-.ких свойств материалов растительногопроисхождения,Поставленная цель достигается тем,что осуществляют равномерный нагревиспытываемого объекта до 70-80 Со744298 Решение уравнения (1) может бытьзаписано как с%Зй -5. т,ю)-т: - рг- --о Л о 1 орде Т (;Т) )То аоо, г4 и Определение теплофизических свойств матери алов, н апример плодов и овощей, по предлагаемому способу осуществляется следующим образом. К поверхности исследуемого тела ,подводят постоянный тепловой поток и регистрируют изменение температуры в центре тела во времени, Если регистрация температуры в центре образ,ца затруднена (наличие косточки), то датчик температуры располагают вблизи косточки на известном расстоянии, При расчете теплофиэических свойств по снятой кривой Т(г) = Г(Г) ) полагают, что свойства материала практически не изменяются при переходе. от ТгД) до Т (г Т.2 ), Такое условие позволяет получить расчетное уравнение для определения коэффициента температу- ропроводности У 5 2 цзм,ОТ 1, Д-Т ЬТ - яи Е 2 ро 3 д Т(Г)Т 1 То Ъя -бР о 2 К Мп,Ои-Фй "с3 , о- )со,отеле из шелковой нити пЛод н целом виде помещается внутрь сферической полости, На внутренней поверхности полости расположен источник нагрева, обеспечивающий ранномерный тепловой поток в объеме сферы, При помощи микрометрического устройства, соединенного с держателем, плод внутри сферической полости выставляется таким образом, чтобы геометрический центр плода совместился с геометрическим центром сферической полости,Такое взаимное расположение плода и нагревателя позволяет подводить тепло равномерно ко всей поверхности держивают ток и мощность электронагревателя постоянными и измеряют измеиение температуры материалаво времени и по измеренным параметрам определяют теплофизические свойства материала,5Способ осуществляется следующимобразом.Исследуемое тепло помещается,внутрь сферы таким образом, чтобы гер.метические центры тела и сферы совместились, На внутренней поверхности сферы имеется инфракрасный излучатель нвиде нихромовой спирали, которой даютвозможность подводить постоянный (регулируеьий в широких пределах) тепловой поток ко всей поверхности образ в 15ца,Для определения теплофизическихснойств образца при таком способенеобходимо,решить трехмерную задачураспределения температуры в теле в Я 0любой момент времени при постояннойплотности теплового потока на поверхности, т,е, при граничных условиях .второго рода.Так как данный способ предназначен 2в первую очередь для определения теп-лофизических свойств плодов и овощей,которые в большинстве своем имеют,форму, близкУю к сферической, приводится решение и применение способадЛя образцов сферической форьы,Общее дифференциальное уравнениетеплопроводности в сферических координатах имеет нид35При начальном условииТ(г,О) = Т (2)н граничных условияхдТ ц- (, С)+ - :од"Д40ЭТ(О,7 =оТ(о,о) Фоо Решая уравнение (5) графоаналит.и- ческим методом, определяет величину коэффициента температуропроводностиТ 1+ Тпри температуре Т = - , Зная нели- чину, Ю из уравнения (5), определяют55 величину коэффициента теплопроводносзи, Определив а и А легко найти и величину теплоемкости материалаС= - (б)С 60П р и м е рОпределение теплофиэических свойств яблок.Выбирается плод по форме близкий к шарообразной, Измеряются его геометрические размеры, Затем на держа- температура соответственно в момент времени на изотерме радиу -са г и н начальныймомент времени;интенсивность теплового потока;текущий радиус;коэффициент теплопроводности материала; - радиус образца;критерий Фурье;корни характеристического уровня744298 Составитель Я, ВерхивкерТехред М,Келемеш Редактор О. Колесникова Корректор Н, Григорук Заказ 5241/2 Тираж 1019 ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и Открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5Подписное филиал ППППатент , г, Ужгород, ул, Проектная, 4 исследуемого тела (плод в целом виде) . После этого в точку объема плода на глубину (Н) помещается термоприемник (термопара), сигнал которой 5 фиксируется самопишущим потенциометром, Включается источник нагрева и по приборам поддерживается постоянная величина.его мощности, Параллельно с этйм включается самопишущий потенциометр, который фиксирует изменение температуры в измеряемой точке объема плода во времени, При достиже,". нии заданного значения температуры опыт прекращается. Диапазон рабочих5 температур - 10" 80 д С (верхний предел температуры обусловлен оспецификой объектов исследования) . Время одиночного опыта 15-30 мин,20Используя полученную кривую изменения температуры во времени по уравнениям (4) и (5), определяются величины коэффициентов тепло- и температуропроводности.25 формула изобретенияСпособ определения теплофизических свойств материалов растительного щюисхождения, преимущественно шарообразной формя посредством помещения испытываемого объекта в среду с постоянной интенсивностью теплообмена и регистрации температурных изменений вматериале, отличающийся тем,что, с целью повышения достоверности определения, осуществляют равномерный нагрев испытываемого объек" та до 70-80 С, поддерживают ток и мощность электродвигателя постоянным и измеряют падение напряжения на нем затем измеряют изменение температуры материала во времени в процессе нагрева и по измеренным параметрам определяют теплофизические свойства мате". риала,Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Чудновский А. ф, Теплофизические характеристики дисперсных материалов, М-Л 1962, с, 142-1432. Авторское свидетельство. СССР Р 458753, кл, 6 01 И 25/20, 1975