Способ определения коэффициента температуропроводности твердых тел

Союз Советских Социалистических Ресиублик(22) Заявлено 12,1179 (21) 2838224/18-25 Ф) М Кф О 01 Н 25/18 с присоединением эанвкм ЙУ(23) ПриоритетГосударственный комнтет СССР о ямам нзобретеннй н открытннДата опубликования описания 10881 дарственный универс СПОСО ТЕМПЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА УРОПРОВОДНОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ ни бы ко тв ,м енИзобретение относится к измерею теплофизических величин и может ть использовано для определения эффициента температуропроводности ердых тел, преимущественно пластасс и металлов.Известен способ определения коэффициента температуропроводности по методу регулярного теплового режима 1"го рода, при котором образец испытуемого материала с помещенным внутри него термометром предварительно нагревают (охлаждают) и погружают в ванну с термостатированной жидкостью. Затем ведут наблюдение эа ходом изменения температуры образца, По полученным данным определяют темп охлаждения (нагревания) образца н, зная коэфФициент формы, вычисляют коэффициент температуропроводности 11.Недостатками этого способа являются необходимость внедрения термометра в образец, что нарушает сплошность образца, необходимость тщательнбй реализации условий постоянства температуры среды, в которую помещается образец, что во многих случаях приводит к большим затратам времени, поддержание в продолжение опыта неизменным коэффициент теплоотдачи, ведение опыта прн перепадетемператур порядка 10 оС, а иногдаи значительно большем, что необходимо для выполнения условия постояв"ства коэффициента теплоотдачи, и непозволяет определять истинное значение коэффициента температуропроводности и отнести его к определной температуре, и, следовательно,способ непригоден при изучении температуропроводности материалов вобласти ее сильного изменения, например в области фазовых переходов,кроме того способ не позволяетизучать температуропроводность материалов при значении критерия Фурье.меньше 0,55.Наиболее близким техническим ре шением является способ определениякоэффициента температуропроводноститвердых тел в начальной стадии нестационарного режима по методу двухстыкующихся образцов, которые перед 25 опытом однородно нагреваются до различных температур Т 1 и Т в двухнагревательных камерах, а затембыстро приводятся в тепловой контакт,При этом измеряют изменение температуры во времени в месте стыка об 855464по фо вер 5 П Я н име рызонеоэфн по оэфраэцов и в точках, расположенных наобразцах на некотором расстоянии отповерхности контакта на одном и втором образце, причем оцин иэ нихиграет роль эталона 4. Процесс выравнивания их температур описывается определенными математическими зависимостями, построенными на использовании теории начальной стадии теплопроводности (Р ( 0,03). Эти занисимости, полученные в предположении существования идеального теплового контакта на поверхности соприкосновения двух тел, связывают изменение температуры в образцах с их теплофизическими параметрами, что делает возможным использование этих функциональных зависимостей для опытного определения коэФфициентов тепло - и температуропроводности материала испытуемого образца.Недостатками способа определения теплофизических свойств образцов методом стыкующихся образцов является необходимость тщательной обработки поверхностей стыка образцов таким образом, чтобы свести к минимуму величину контактного теплового сопротинления,а так же принятие специальных мер по его уменьшению путем сжатия образцов, введением в контактную зону промежуточных контактирующих материалов, смазки на графитной основе, медную фольгу, олово, жидкие металлы. Кроме того, поскольку образцы перед опытом необходимо нагревать до различных температур Т и Т, необходимы две изолированные нагревательные камеры с термостатирующими устройствами, а так же проведение опыта предполагает наличие разности и порядка 100 С, что не позволяет определить истинные значения теплофизических характеристик и отнести их к определенной температуре, поэтому способ непригоден для измерений в области их сильных изменений, например в зоне фазовых переходов материалаОтмеченные обстоятельства накладывают ограничения принципиальногохарактера на точность определениякоэффициентов тепло и температуропроводности указанного способа,Цель изобретения - повышение точности определения истинного коэффициента температуропронодности приданной температуре, упрощение и увеличение быстродействия эксперимента.Поставленная цель достигаетсятем, что теплоиэолированный призматический образец материала призматической формы подвергают поперечномуизгибу, затем регистрируют величинуалгебраической разности температурсжатой и растянутой поверхности образца в разные моменты времениполученным данным, определяют к фициент температуропроводности по Формулец а= - ьф 1) если критерий фурьеГ: (аьЬ 4- размер образца в плоскости изгиба, см - отношение разностейтемператур сжатой и растянутой поверхносте образца в момент времени Ъ;, и ь соответственно; Ь Ь ла= -- если Г Ъ 0,35У -На чертеже изображена схема проведения опыта.Известно, что при деформации т дых тел в адиабатных условиях их температура изменяется: при растяжении - уменьшается, а при сжатии увеличинается.Согласно схеме по предлагаемому способу на верхней и нижней поверх" ностях испытуемого образца 1 устанав линают датчик разности температур 2, после чего за короткий промежуток времени, соответствующий критерию фурье порядка 110 З, его изгибают. ри этом температура растянутой зоны образца понижается, а сжатой Тф,повышается. Таким образом создается начальное неоднородное поле температур, которое с течением времени выравнивается эа счет внутренней теплопроводности материала.Затем эа некоторый момент времении о 1 регистрируют неличину разности температур сжатой и раст нутой поверхностей образцае ь):т т) -тА)и определяют коэффицие т температуропроводности по формулам 1 или 2.С целью проверки работоспособи способа и оценки величины оттельной погрешности определенияфициента температуропроводностипроведены эксперименты на призматическом образце из пол тилметакрилата (орг, стекло).Данный материал рекомендован ВНИИМ в качестве стандартной ме теплофизических свойств в диапа 273 ( Т С 350 оК, для которого к ,фициеит температуропроводности-Ъа1,19 10 см 7 сек с погрешностью +1,2.Характерный размер поперечного сечения образца в плоскости действия изгибающего момента Ь2,01 см. В качестве датчика разности температур сжатой и855464 а 10 см/с 4(а е, условные едини- цы 6 условные едини- цы 1 15 25 346 305 1,18 -0,84 1162 1,198 +0,67 1305 1,220 +2,58 2 5 20 1456 3 5 15 1467 6894/59 Тираж 907 Подписи ИИПИ нт", г.ужгород, ул. Проектна филиал П растянутой поверхностей образца использовалась дифференциальная медь - константановая термопара, сигнал которой усиливался усилителем типа И 37, измерялся циФровым вольтметром типа ТВи регистрировался цифропечатающими устройством ,типа 3512 аа, Опыты производились Из таблицы видно, что вычисленные значения коэффициента температуропроводности по данным опытов методом адиабатного изгиба образца иэ полиметилметакрилата находятся в удовлетворительном согласии со справочным значением коэффициента температуропроводности на данный материал.Способ определения коэффициента температуропроводности твердых тел методом адиабатного изгиба образца позволяет устранить внешние нагревательные устройства и, вместе с тем, исключить погрешности, связанные с наличием контактных термических сопротивлений в испытательной зоне образца, что ведет к существенному повышению точности определения истинного коэффициента температуропровод" ности. формула изобретения Способ определения коэффициентатемпературопроводности твердых тел при температуре образца 295 еЕ. Продолжительность одного опыта не превышала 10-25 с.В таблице указаны данные опытов, которые проводились при различных значениях величины изгибающего момента, а также результаты расчетоэ, выполненных по формуле (1). 26 в начальной стадии нестационарногорежима теплопроводности, при которомв разные моменты времени определяюттемпературу образца в двух точках,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,2 с целью повышения точности определения истинного коэффициента температуропроводности,теплоизолированиыйпризматический образец подвергаютпоперечному изгибу, затем регистриЗ руют величину алгебраической разности температур сжатой и растянутойповерхностей образца в разные моментывремени и по этим данным определяюткоэффициент температуропроводности.35 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Осипова В.А, Экспериментальноеопределение процессов теплообмена.М., Энергияф, 1969, с, 96,2. Осипова В.А, ЭкспериментальноефО определение процессов теплообмена.М., Энергия, 1969, с. 152 (прототип),