Устройство для определения теплофизических свойств материалов

19) 111) ССЮЭ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ тельство СССР25/18, 1979,8 В. СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(71) Институт технической теплофизики АН Украинской ССР(56) 1. Марчевский И.И. и др. Методи прибор для определения теплофизических характеристик материалов безвзятия пробы.-Сб."Тепло-массопереносфМинск, АН БССР, 1962 ю т.1, с. 61-64,2. Авторское свиде9 771521, кл. 0 01 И(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ содержащее тепловлагоиэоляционную обойму с установленнйми в ней калил:лярно-пористыми вкладышами и эталон ,ным телом с нагревателями, которые, .снабжены накладными датчиками тепло" вого потока и датчиками температуры, причем поверхность одного из вклады,шей влагоиэолирована, а их торцевые ,поверхности снабжены общим высокотвплопроводным покрытием, одно из которых, контактирующее с исследуемьм материалом, выполнено перфорированным, отличающееся тем, что, с целью уменьшения погрешности определения и расширения диапазона измеряемых параметров при одновременном повышении быстродействия устройства, торцевые поверхности эталонного тела снабжены высокотеплопро" водными покрытиями, одно из которых . является общим для эталонного тела и капиллярно-пористых вкладышей и . скреплено с нагревателем, причем высота эталонного тела н капиллярно-пористых вкладышей связана с эквивалентным диаметром эталонного теласоотношением Н = 0,10, где Н - высота эталонного тела и капиллярно-пористых вкладышей; О - эквивалентный диаметр эталон- ф,ного тела, Э 4(ф; т - площадь сечения эталонноготеламиП - периметр эталонного тела.Изобретение относится к измерению тепло- и массообменных характеристик капиллярно-пористых и дисперсных материалов и может быть использовано для исследования, например, свойств горных пород, преимущественно в системе"Горный массий - подземное сооружение", в частности для измерения теплофиэическиХ свойств (ТФС непосредственно с. поверхности стен подземного сооружения, омынаемых вентиляционным потоком.Известно устройство для измеренияТФС капиллярно-пористых и дисперсныхматериалов, содержащее тепловлагоизолированную обойму с эталонным телом, на одной торцевой поверхностикоторого закреплен нагреватель, контактирующий с исследуемым материалом, а на другой его торцевой по- . 20верхности размещен датчик температуры 1 .Известное устройстно имеет такиенедостатки, как значительная погрешность измерения,невозможность ком 25плексного определения характеристик в одной -установке, а также сложность лабораторного анализа исследуемого материала.Наиболее близким к изобретениюпо технической еуцности и достигаемому результату является устройстводля определения теплофизическихсвойств материала, содержащее тепдовлагоизоляционную обойму с установленньжи в ней капиллярно-пористымивкладышами . и эталониью телом с нагренателями, которые снабжены накладными датчиками теплового потокаи датчиками температуры, причемповерхность одного из вкладышей влагоиэолирована, а их торцевые поверхности снабжены обцим высокотеплопроводным покрытием, одно из которых,. контактирующее с исследуемымматериалом, ныполненб перфорированным Яосновными недостатками известногоустройства являются высокая динамическая погрешность измерения и узкий диапазон измеряемых параметров, 50а также значительная длительностьизмерений,Целью изобретения является уменьшение погрешности определения ирасширение .диапазона измеряемых пара метров приодновременном повышениибыстродействия устройства.Цель достигается тем, что в устройстве для определения теплофизических свойств материала, содержащемтепловлагоизоляционную обойму с установленными в ней капиллярно-пористыми вкладышами и эталонным телом с,нагревателями, которые снабженынакладными датчиками теплового потока и датчиками температуры, причем 1поверхность одного из вкладышей нлагоизолиронана, а их торцевые поверхности снабжены обцим нысокотеплопроводным покрытием одно из которыхконтактирующее с исследуемым материалом, выпЬлнено перфорированнымторцевые пОнерхности эталонного теласнабжены высокотеплопронодными покрытиями, одно иэ которых является обцим для эталонного тела и ка пиллярно-пористых вкладышей и скреп"лено, с нагревателем, причем высотаэталонного тела и капиллярно-.пористых вкладышей связана с эквивалентным диаметром эталонного тела соотношением Н=0,19, где Н - нысота эталонного тела и капиллярно-пористых вкладышей, 9 - эквивалентный диаметр эталонного телаЭ = 41/П;т - плоцадь поперечного сечения эталонного телами П - периметр эталонного тела.На фиг, 1 представлено устройствсвертикальный разрез;. на фиг. 3то же, вид сверху,ф на фиг, 2 - принципиальная темловая схема устройства,выполненная,.посредством соединения термических сопротивлений втеплометрический мост.Устройство содержит теплонлаго-.изоляционную .обойму 1, в которойустановлены эталонное тело 2 и капиллярно-пористые вкладыши 3 с накладными датчиками 4 теплового потока и датчиками 5 температуры, высокотеплопроводное.покрытие серебро,медь) 6, скрепленное с пластинчатыми нагревателями 7. Покрытие 6 расположено на торцевых поверхностяхвкладышей 3 и эталонного тела 2,в покрытие 6 встроен датчик 8 температуры. Кроме того, торцевая.поверхность эталонного тела 2, обращенная к вентиляционному потоку,снабжена высокотеплопроводным покрытием 9, аналогичным покрытием10 снабжена торцевая поверхностькапиллярно-пористых вкладышей 3.Устройство, подключенное к вторичной аппаратуре, работает следуюцим образом,Осуцествляют прижим обоймы 1 с эталонным телом 2 и капиллярно-пористыми вкладышами 3 к поверхности исследуемого тела. При этом .между эталонным телом.2 и исследуемым материалом, а также капиллярнопористыми вкладышами 3 и исследуе мым материалом возникает тепло- и массообмен, в результате которого значение эквивалентного коэффициента теплопроводности изменяется в зависимости от температуры и влагосодержания, т,е,эк "1 М)% - равновесная влажность,По показаниям датчиков 5 и 8 и датчика 4 теплового потока фик- . сируется равновесное состояние эталонного тела 2 капиллярно.пористых вкладышей 3 и исследуемого материала.В соответствии с теорией потен- . циалов тепло- и массообмена черезлопределенное время ск потенциалы .массопереноса 9 и температуры исследуемого материала и капилляр- но-пористых вкладышей будут одинаковы.Величина эквивалентного коэффициента теплопроводности капиллярнопористых вкладышей принимает установившееся значение в момент юк для которого рассчитываются всс теплофизические характеристики по зависимостям, аналогичным зависи-мостям, используемым в известном устройствеОднако в отличие от известного в предлагаемом устройстве возможно также определять локальный коэффициент теплоотдачи.В соответствии с принципиальной тепловой схемой фиг. 2) составляется система уравнений"ф с,И Чгй 1 ЬЧ,И.+с, Д,3=а,вЧ 1+ йс,ИДг+йсгЯй,+ос,юг+а) Отсюда формула для рассчета коэффициента теплоотдачи имеет вид ъфчгфч 51(сфсж - 1ЧаЧЪфЧг сСйз СгсзЧзЧгмгдеС 1 182 С 1)С 2=4(12 фс 11,С 9+ Яс ) Кроме того, в известном устройстве эталонное тело и капиллярнопористые вкладыши представляют собой полуограниченные тела, т.е. боковая их поверхность тепловлагоиэолирована, а линейный размер основания эталонного тела и вкладышей на порядок меньше их,эталонного теНа и вкладышей) высоты Н(Р сН в 10 раз), Измерение ТФС на известном устройстве составляет 3-4 ч.,Цля того, чтобы уменьшить посто янную времени, в изобретении высота эталонного, тела и адекватная эталон-,ному телу высота капиллярно-пористых вкладышей соотносится с экви"валентным диаметром как Н:Оэ=1:10,т.е, в отличие от известного уст р,йства.Н с Ээ в 10 разВыполнение этого условия в предла"гаемом устройстве позволяет уменьшить постоянную времени в 60 раз(как показали эксперименты), т,е.10 быстродействие устройства составляет 3-4 мин, так как при выбранномсоотношении релаксация температурного и влажностного полей про"исходит практически одновременно 15а,40 л,а "где 1 О - критерий Лыкова,О - коэффициент потенциалопроводностифО, - коэффициент температуропроводности.Введение в устройство единого для торцевых поверхностей эталонного тела и капиллярно-пористыхвкладышей температуровыравнивающего покрытия - из высокотеплопроводного материала (медь, алю- миний и т.п.),и скрепленного с этимпокрытием нагревателя позволяет измерять тепловой режим на единой изотермической поверхности, образованной с .помощью этого покрытия, и та -ким образОм уменьшить погрешность(экспериментальные данные) измерений в 7-10 раз. Такое снижение .погрешности обусловлено также тем,что в известном устройстве, в отличие от предлагаемого, нагреватель 40 расположен на торце эталонного тела,и при включении нагревателя температурное поле капиллярно-пористыхвкладышей искажаетсяВведение в устройство температу ровыравнивакщего покрытия торцаэталонного тела, омываемого вентиляционным потоком, создает краевыеусловия, единичные как для эталонного тела, так и для капнллярнопористых вкладьадей. Взаимодействиеустройства с исследуемым телом через общую изотермическую поверхность и раздельный вывод тепловыхпотоков через эталонное тело икапиллярно-пористые вкладьааи позволяет использовать в устройствепринцип теплотермического мостанри этом погрешность измерений снижается в 4-5 раз (так как относи тельное теплометрическое нвзвеши ф ваниеф, как известно, уменьшает общую приборную погрешность) . Использование в устройстве теплометрического моста (фиг. 2) позволяет измерять локальные коэффи1056005 циенты теплоотдачи без учета температуры вентиляционного потока, т,е, расширить диапазон определяемых теплофизических характеристик,Составитель В,БитюковН.Лазаренко Техред Л.Микеш Корректор А.Тяско е ак Тираж 873арственного комитетаэобретений и открытиЖ, Раушская набУ сное По СС ос ам ск д. 4 Патент", г, Ужгород, ул. П Филиал ПП тная Эакаэ 9289/33 ф ВНИИПИ по д 113035, ИТаким образом, предлагаемое устройство позволяет снизить погрешность измерений в 1015 раз урн Од новременноя повышении Ьыстродейст 1 вия в б 0 раз.