Устройство для определения тепло-проводности пористых материалов

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВ ИИЛЬСТВУ,(22) Заявлено 24,0779 (21) 2801212/18-25 Союз Советских Социалистииесаия Республик(Я)м. (л,з с присоединением заявки М 6 01 й 25/18 ГосудавстненныЯ комнтет СССР но денни нзобретеннЯ н открытнЯГС.М.АринкинФОрдена Трудового Красного Знамени институт тепло- -:и массообмена им. А,В.Лыковаа;.(72) Автор изобретения(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВИзобретение относится к устройствам для теплофизических измерений пористых материалов при повышенных температурах.Известно устройство для определения теплопроводности материалов, содержащее корпус с образцом, источник лучистого теплового потока иизмерительную схему 1).Однако оно обладает недостаточной точностью и предназначено для использования в довольно узком диапазоне температур.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является 15 устройство для измерения теплопроводности материалов, предназначенное для определения теплопроводности тонких пленок, Оно включает герметичный корпус, заполненный газом, 20 источник лучистого теплового потока, измеритель радиометрической силы, измеритель давления газа, измеритель удельной мощности теплового потока 2Однако устройство характеризуется сложностью и недостаточной точностью измерений, что обусловлено количеством измеряемых параметров (три) а также ограниченным температурным диапазоном. 30 Цель изобретения - повышение точности, расширение диапазона температуры и упрощение процесса измерений,Для достижения укаэанной целив устройство для определения теплопроводности пористых материалов вкачестве одной иэ стенок герметичногокорпуса, размещенной перпендикулярнолучистому потоку, используют образецисследуемого пористого материала,выполненный в виде плоской пластинкис внешней зачерненной поверхностью,а водну йэ газонепроницаеиях стенокгерметичного корпуса вмонтировандатчик давления,Кроме того, приспособление дляравномерного распределения лучистоготепЛового потока выполнено в видеполой многогранной призмы с соотношением внутренних размеров - высотык ширине, обеспечивающим многократное отражение лучистого потока отвнутренних зеркальных поверхностейпризмы,Датчик давления газа в герметичном корпусе перед пористой стенкойиспользуется в качестве измерителятеплопроводности пористого материала. Применение измерителя давлениягаза для определения теплонровод 830218ности пористого материала возможнопосле установления пропорциональнойзависимости коэффициента теплопроводности от величины повышениядавления газа перед пористым образцом, нагреваемым с внешней стороныизвестным по величине тепловым потоком и охлаждаемым газом, которыйподают с постоянным массовым расходом через пористый образец навстречутепловому потоку. Зависимость имеетвид 11 Р % В йЯ 1 р)ср Р 1 Р+Р 0)где Л- коэффициент теплопроводностипористого материала при температуре, Вт/м град,а - массовый расход охладителяна ециницу площади поверхности образца, кг/с м,С - теплоемкость охладителя,Дж/кг,град;й - газовая постоянная,дж/кг.градц - величина теплового потока,воспринимаемого единицейплощади поверхности образца,Вт/м,безразмерный коэффициентгидравлического сопротивления пористой структуры образца-пластинки выбранной толщины;, 30Р - повышение давления газа передпористым образцом-стенкой,равное разности величины давления газа перед образцомпосле нагрева образца до35соответствующей температурыи в исходном состоянии, Н/мР - давление газа перед образцомв исходном состоянии, Н/м 2.. Герметичный корпус устройства выполняет роль ресивера газа. Подачуи поддержание постоянного расходагаза выполняет регулятор массовогорасхода, например расходомернаяшайба., включенная в магистральподачи газа в герметичный корпус.Воздействие на поверхность образцаравномерного теплового потока известной интенсивности обеспечивает источник интенсивного лучистого тепловогопотока и многогранная призма. С цельюупрощения измерений, исключениязависимости величины теплового потока, воспринимаемого поверхностью образца от поглощающей способности егоповерхности, тепловоспринимающая55поверхность образцов зачерняетсяодинаково.На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство.Устройство включает систему подво Яда и регулятор-стабилизатор 1.массового расхода газа, герметичныйкорпус 2, выполненный из сплошногоматериала, измеритель 3 давлениягаза в герметичном корпусе перед образцом, теплоизолирующую уплотнительную прокладку 4, образец 5 исследуемого пористого материала, охлаждаемую многогранную призму 6, обеспечивающую равномерное распределение лучистого теплового потока по поверхности образца. Для обеспечения аффективного выравнивания теплового потока по поверхности, образца полая многогранная призма выполнена из соединенных по боковым торцам охлаждаемых пластин. Поверхности пластин, образующих внутреннюю стенку призмы, имеют зеркальную . обработку. Размеры пластин выбирают из условия обеспечения многократного отражения лучистого теплового потока от стенок при прохождении через призму. Для предохранения призмы от перегрева ее стенки выполнены охлаждаемыми. Источник 7 интен" снвного лучистого потока снабжен охлаждаемым отражателем 8, Корпус устройства, призма и источник лучистого теплового потока смонтированы воедино с помощью формы 9. Образец 10закрепляют в устройстве при помощи резьбового кольца. После монтажа устройства производят измерение величины и контроль равномерности распределения теплового потока по плоскости установки тепловоспринимающей поверхности образца.Устройство работает следующим образом.Изготовляют в виде пластинки образец исследуемого, материала, Одну иэ боковых поверхностей зачерняют. Устанавливают образец в герметичный корпус зачерненной боковой поверхностью наружу, Закрепляют при помощи реэьбового кольца образец в герметичном.корпусе, За счет усилия затяжкн реэьбового соединения кольца с корпусом добиваются уплотнения теплоизолирующей прокладки 4, и, следовательно, герметизации внутренней полости корпуса. При помощи регулятора-стабилизатора расхода газа устанавливают выбранный массовый расход газа через образец, Измеряют величину давления Р газа в исходном состоянии образца. Бйлючают охлаждение призмы и источник лучистого теплового потока, После нагрева наружной зачерненной поверхности образца до соответствующей температуры измеряют величину давления газа внутри корпуса при помощи измерителя давления. Изменение давления газа перед образцом внутри корпуса при постоянном массовом расходе газа обусловлено объемным расширением газа вследствие его нагрева при движении через пористую структуру нагретой стенки. Далее определяют величину разности давлений, соответствующих установившемуся тепловому состоянию образца при соответствующей температуре нагреваемой его поверх830218 Заказ 3449/5907 Подписное И ности и в исходном состоянии, После этого определяют иэ зависимости (1) величину коэффициента теплопроводности пористого материала при соответствующей температуре.Предлагаемое устройство использует ся для измерений с высокой точностью теплапроводности пористых материалов, теплопроводность которых значительно выше теплопроводности газа, подаваемого через образец. Это условие выпол-о няется в подавляющем большинстве конструкционных пористых материалов. формула изобретения1. Устройство для определения теплопроводности пористых материалов, содержащее герметичный корпус, с помещенным в нем образцом исследуемого материала, источник постоянного по величине лучистого теплового 2 О потока, приспособление для равномер-. ного распределения лучистого теплового потока на поверхности образца, систему подвода, измерения и стабилизации Расхода газа, о т л и ч а ю - 5 щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, расширения температурного диапазона и упрощения процесса измерений, одной из стенок герметичного корпуса, размещенной перпендикулярно лучистому тепловому потоку, служит образец исследуемого пористого материала, выполненный в виде плоской пластинки с внешней зачерненной поверхностью, а в одну из газоненроницаемых стенок герметичного корпуса вмонтирован датчик давления.2 устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что приспособление для равномерного распределения лучистого теплового потока выполнено в виде лолой многогранной призвы с соотношением внутренник размеров - высоты к ширине, обеспечивающим многократное отражение лучистого потока от внутренних зеркальных поверхностей призер. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Харламов А.Г. Теплопроводностьтвердых тел. Атомиэдат, 1973,с, 35 - 38. 2Авторское свидетельство СССРВ 295037, кл. 6 01 й 25/18, 1962