Устройство для определения тепло-физических характеристик материалов

Союз Советских Социалистических Республик(51)М. Клз С ПРИСОЕДИНЕНИВМ ЗаЯВКИ йо С 01 й 25/18 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытийДата опубликования описания 300181(72) Авторы изобретения А.Г.Манурекко, Л.адекуша, В.К.Пахомон 1 к Нан,федооан Киевский технологический институт пищ вой промышленности(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВИзобретение относится к теплофизи. ческим измерениям.Известно устройство для определения теплофизических характеристик 5 (ТФХ) материалов в плоском слое в чередующихся стационарных и переходных тепловых режимах, состоящее из двух проточных теплообменников, термостатируеыях при различных температурах, Между теплообменниками размещен образец, а в днище теплообменников вмонтнрова-ны тепломеры и термопары. Это устройство позволяет измерять ТФХ, коэффициент теплопроводности и объемную теплоемкость комплексно, на одном образценПроточныетеплообменникй включены в кбнтуры термостатов, поддер- живающих различные температуры 1 .Однако для осуществления тепловых режимов во время опыта необходимо выполнение сложных программ согласования работы термостатов, экспериментальная установка громоздка и сложна в эксплуатации, расходы энергии и хладагентов велики.Известны устройства, в которых тепловые режимы создают с помощью электронагревателей, размещенных внутри образца и на его поверхностях 721Недостатки таких устройств состоят в том, что регулирование теплового режима эксперимента сложно и ненадежно," устройства не приспособлены для работы при низких (меньше 280 оК) температурах и при охлаждении образца. Устройства предназначены для определения толькокоэффициента теплопроводности твердых и сыпучих материалов и непригодны для исследования ТФХ жидкостей.Наиболее близким к предлагаемому является устройство, состоящее из двух проточных теплообменников, включенных последовательно в замкнутый кОнтур, по которому насосом перемещается теплоноситель. Перепад температур на образце создается за счет нагрева теплоносителя на пути из холодного теплообменника в горячий и последующего охлаждения на пути из горячего . теплообменника в холодный 31.Однако для эксплуатации этого устройства требуется большой расход энергии на последовательный форсированный нагрев и охлаждение теплоносителя. При этом не удается добиться хорошей стабилизации температуры проточных твплообменняков и регули 800845рования теплового режима. Температурный диапазон устройства незначителен.Цель изобретения - упрощение стабилизации температуры образца и плот. ности пронизывающего его теплового5 потока, а также расширение температурного диапазона измерений. рхныи уст онт Поставленная цель достигаетсятем, что к каждому проточному теплообменнику крепят послойно тонкий 10электронагреватель с равномернойплотностью тепловыделений и плоскуютемпературовыравнивающую пластинус размещенными в центре заподлицос обращенной к образцу поверхностьютепломером и термопарой, а самитеплообменники имеют одинаковоегидравлическое сопротивление и включены параллельно в контур одноготермостата или криостата. К верхнемутеплообменнику прикреплены два электронагревателя, один из которых идентичен электронагревателю на нижнемтеплообменнике и включен с ним последовательно в одну цепь питания.Одийаковое гидравлическое сопротивление теплообмечников позволяеттермостатировать их при одинаковойтемпературе. Мощность электронагревателей выбирается такой, чтобы обеспечить превышение температуры образца 30над температурой теплообменниковна 0-50 К.На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство.Проточные теплообменники 1 и 2 Зимеют форму коротких полых цилиндрови вставлены в цилиндрический теплоизолированный корпус 3. Исследуемыйматериал (образец) 4 размещен в пространстве между теплообменниками 1и 2 и корпусом 3. К рабочей повености теплообменника 1 прикреплетонкие электронагреватели 5 и бплоская температуровыравнивающая.пластина 7. К рабочей поверхности теплообменника 2 прикреплен электронагреватель 8 и температуровыравнивающаяпластина 9. В пластины 7 и 9 заподлицо с поверхностью, контактирующейс образцом, вмонтированы тепломеры10 и спаи термопар 11. Теплообменни- щки включены параллельно в линию 12подачи теплоносителя (хладоносителя)из термостата (криостата) 13, Электронагреватели 5 и 8 имеют одинаковое электрическое сопротивление, 55включены последовательно в цепь 14питания, имеют одинаковую мощностьи служат для регулирования температуры образца. Электронагреватель бвключен в цепь 15 питания и служитдля регулирования плотности теплового потока, пронизывающего образец.устройство работает следующимобразом,Образец 4 загружают в ройство,обеспечивая равномерный к акт с 65пластинами 7 и 9. В теплообменники1 и 2 подают теплоноситель постоянной температуры. К цепи 14 подводятнапряжение, достаточное для нагрева образца до заданной температурыопыта. К цепи 15 подводят напряжение,достаточное для получения стационарного теплового режима с заданнойплотностью теплового потока. В установившемся стационарном режиме измеряют плотности теплового потока через верхнюю и нижнюю поверхностиобразца ц = цн= ц и температурыв тех же точках с и с , Зная толщину П образца, рассчитывают еготеплопроводность по формуле с - массовая теплоемкость образца;Р - плотность образца;в .площадь на диаграмме записи,замкнутая кривыми ц (1 )и Ч;К - масштаб записи;и 1 - средние температуры образца2в начальном и конечном стационарных тепловых режимах. Коэффициент температуропроводности азца вычисляют, используя значе- Х и сЯ. н Предлагаемое устройство предназначено для комплексного исследования ТФХ твердых, жидких и сыпучих материалов в диапазоне 200-370 К. Оно несложно в изготовлении и обслуживании. Расход электроэнергии и хладоносителя по сравнению с известным устройством уменьшен, а стабильность режимов опыта и точность результатс увеличены. где 1 - теплопроводность образца; Ь - толщина образца; ц - плотность теплового потокачерез образец; с и - температуры верхней и нижней поверхностейобразца.После этого осуществляют переходный тепловой режим, увеличивая напряжение в цепи 14 при нагреве образ - ца или уменьшая его при охлаждении. При этом, соответственно, изменяется температура образца. Количество тепла, поглощенного (выделенного) за переходный режим объемом образца, рас положенным между единичными поверхностями контакта с теплообменниками, равно разнице интегралов плотности теплового потока через поверхности образца по времени и пропорционально площади, замкнутой кривыми() и ц() на диаграмме записи пере - ходного режима. Переходный режим оканчивается новым. стационарным режимом. Объемную теплоемкость образца определяют по формуле сР5 К800845 Формула изобретения Составитель В. ГусевТехред М.Голинка Корректор Г. Наз арова Редактор еев Подписи Тираж 918 НИИПИ Государствен по делам изобрет 035, Москва, Ж, аказ 1040 го комитета СССРий и открытийаушская наб., д. 4/ лиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 1. Устройство для определения теплофизических характеристик материалов в плоском слое в чередующихся стационарных и переходных тепловых режимах, состоящее из двух проточных теплообменников, между которыми разме. щен образец, двух тепломеров и двух термопар, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения стабилизации температуры образца и плотности пронизывающего его теплового потока, а также расширения температурного диапазона измерений, к каждому проточному теплообменнику послойно прикреплены тонкий электронагреватель с 15 равномерной плотностью тепловыделений и плоская температуровыравнивающая пластина с размещенными в центре заподлицо с обращенной к образцу поверхностью тепломером и термопарой,причем теплообменники имеют одинаковое гидравлическое сопротивление ивключены параллельно в контур одноготермостата.2, Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что к верхнемутеплообменнику прикреплены два электронагревателя, один из которыхидентичен электронагревателю нижнего теплообменника и включен с нимпоследовательно в одну цепь питания.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 347643, кл. С 01 й 25/18, 1972.2. Авторское свидетельство СССРР 218489, кл. С 01 й 25/18, 1968.3. Авторское свидетельство СССРМ 561122, кл. 6 0,1 М 25/18, 1977