Способ определения теплофизических свойств материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК Ш О 01 й 25/18 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ МУ, СВИДЕТЕЛЬСТВУ Й АВТОРСН верхности образца с постоянной относительно образца скоростью,регистрируют временной интервал от момента прохождения движущимся сосредоточенным источником проекции на линию теплового воздействия точки контроля температуры до момента достижения максимальной избыточной температуры в точке ,контроля, измеряют ее максимальную избыточную температуру и ско,рость движения сосредоточенного источника относительно образца,после чего искомые величины расчитывают по формулам екр 1 У 6 Фу 2 И ч Ф + ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Методы определения теплопроводности и температуропроводности. Под ред., А.В. Лыкова, М., "Энергия", 1973, с. 181-185,2, Авторское свидетельство СССРР 834480, кл. 6 01 М 25/18, 19,79(54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛО, ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ, включающий тепловое воздействие на поверхность полубесконечного в тепловом отношении образца по прямой ли"нии на его поверхности, регистрациювременного интервала, соответствующего заданному соотношению температур в двух точках той же поверхности образца, измерение неподвижным датчиком температуры избыточной температуры на поверхности образца в точке контроля, не лежащейна линии теплового воздействия,и мощности теплового воздействияи определение по полученным даннымтеплофизических свойств, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюуменьшения погрешности и упрощения определения, тепловое воздействие осуществляют сосредоточенным .источником постоянной мсщности,движущимся по прямой линии на по.ЯО 1 О А е М - теплопроводность1.й - температуропроводность ч - мощность источника и у - декартовы координаты точки контроля температуры;Ч - скорость движения источника относительно образца;.- интервал времени от моментапрохождения движущимся источником проекции на линиютеплового воздействия точки контроля температуры домомента достижения максиму- .ма избыточной температуры вэтой точке;Т " максимальная избыточнаятемпература.Изобретение относится к технической физике и может быть использованопри определении теплофизическиххарактеристик материалов.Известен способ онределения теплофизических характеристик материалов, 5заключающийся в импульсном тепловомвоздействии на исследуемый неограниченный в тепловом отношении образец линейным источником тепла, расположенным внутри образца, измерении 11максимапьной избыточной температурыв точке, находящейся на некоторомрасстояйии от линейного источника,регистрации момента времени, соответствующего достижению максимума избыточной температуры в этой точке, ивычислении по полученным данныл теплопроводности и температуропроводности Г 1,Недостатками способа являются высокая погрешность определения теплофизических свойств материаловсвязан-.ная с невозможностью обеспечить ипроконтролировать надежный тепловойконтакт между источником и образцоми трудностью обеспечения и поддержания постоянства линейной плотностиэнергии источника по линии тепловоговоздействия, нарушение целостностиобразца при размещении в нем источника теплового воздействия и датчи- З 1ка температурыи, как следствиеуказанных недостатков, низкая производительность способа.Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является способ определения теплофиэичеакихсвойств материала, включающий тепловое воздействие на поверхность полубесконечного в тепловом отношении,образца по прямой линии на его поверх, 41ности, регистрацию временного интер:вала, соответствующего заданномусоотношению температур в двух точкахна той же поверхности образца, изме"рение неподвижным датчиком температуры избыточной температуры на поверхности образца в точке контроля, нележащей на линии теплового воздействий,и мощности теплового воздействия иопределение по полученным даннымтеплопроводности и температуропровод-.ности материала 23Недостатками известного способаявляются высокая погрешность определения теплофизических свойств материалов, связанная с трудностью обеспечения постоянной, линейной плотности энергии источника по линии теплового воздействия и необходимостьюобеспечения заданной длительностиимпульсного теплового воздействия, 61а также относительная сложность осу" ществления данного способа иэ-за необхбдимости одновременного контролятемпературы в двух точках на поверхности образца. 65 Целью изобретения является повышение эффективности способа эа счет уменьшения погрешности и упрощения процесса определения теплофизических свойств материала.Цель достигается тем, что согласно способу определения теплофизических свойств материалов, включающему тепловое воздействие на поверхность полубесконечного в тепловом отношении образца по прямой линии на его поверхности, регистрацию временногоинтервала, соответствующегозаданно му соотношению температур в двух точках той же поверхности образца, измерение неподвижным датчиком температуры избыточной температуры на поверхности образца в точке контроля, не лежащей на линии теплового воздействия, и мощности теплового воздействия и определение по полученным данным теплопроводности и температуропроводности материала, тепловое воздействие осуществляют сосредоточенным источником постойнной мощности, движущимся по прямой лиНии на поверхности образца с постоянной относительно образца скоростью, регистрируют временной интервал от момента прохождения движущимся сосредоточенным источником проекции на линию теплового воздействия точки контроля температуры до момента достижения глаксимальной избыточной температуры в точке контроля, измеряют максимальную избыточную температуру в этой же точке и дополни тельно измеряют скорость движения сосредоточенного источника относительно образца, после чего искомые величины рассуитывают по формулам1 а: ею (- у/г сн,),глт чм м ч 2 у-ч Чг 1 а,Чг а м м+ г где М - теплопроводность;а - температуропроводность;- мощность источника; х, у - декартовы координаты точкиконтроля температурыЧ - скорость движения источника относительно образца;й .- интервал времени от моментапрохождения движущимся источником проекции на линию теплового воздействия точкиконтроля температуры до момента достижения максимумаизбыточной температуры вэтой точке;Тм - максимальная избыточная тем.пература.На чертеже представлена схема устройства для реализации способат(е 3: - еер (- че/г-че/г (, е Ч 23(Л Й где х и у - координаты точки контроля температуры на расположенной в плоскостиХОУ поверхности образца,в подвижной системе координат, начало которойсовпадает с положениемисточника теплового воз-,действия, а ось ОХ направлена вдоль. линии тепловдго воздействия на образец;/е -. теплопроводность образца;З 5й= х +у 2 - расстояние от источника,до точки контроля теэепера-туры;Ч - скорость движения источни-,ка относительно образца р 46а - температуропроводность об-;разца,Известно, что в рассматриваемомслучае максимум избыточной температуры в точке контроля достигается после 45прохождения движущимся источникомпроекции точки контроля на линию.теплового воздействия.После прохождения этой проекцииисточником ее координата на оси ОХопределяется соотношением(2) х -Чг.,где й - время, отсчитываемое от момента прохождения движущимся источником проекции точкиконтроля температуры на линию теплового воздействия.После подстановки соотношения (2) в (1) имеет место сле(дующее 60 выражение для избыточной температу,ры в точке контроля определения теплофизических свойств материалов,.На схеме обозначены подвижный сосредоточенный источник 1 энергии, образец 2 исследуемого материала,точка 3 контроля температуры на 5 поверхности тела.Сущность способа состоит в следующем.Известно, что при воздействии , на поверхность полубесконечного )О в тепловом отношении образца сосредоточенным источником энергии постоянной мсщности, движущимся с (постоянной относительно образца скоростью по прямой линии на его поверхности, избыточная температура в расположенной на поверхности образца точке контроля определяется формулойТ(уф:ехр ке(атее/(-ч 1 еОчЧ( (. (Иусловием максимума избыточной температуры в точке контроля ялвяется равенство нулю производной по времени функции (3).Продифференцировав (3) по времени и приравняв производную к нулю, получают формулу для температуропроводности образцаЧ 2,2 Ч 2 ЧЬ Ч 2 12 + у 2д М М (4) 1гам где г - ийтервал времени от момента М прохождения движущимся источником проекции на линию теплового воздействия точки контроля температуры до момента достйжения максимума избыточной температуры в этой точке. Определив и 1 (4) г. и подставив его в (3), получим соотношение для расчета теплопроводности материала 3= ехр -у г(ф. (МТаким образ оме изглерив интервал времени от момента прохождения сосредоточенным источником проекции на линию теплового воздействия точки контроля температуры, лежащей на поверхности полубесконечного в тепловом отношении образца, до момента максимума избыточной температуры в точке контроля, изглерив само значение максимума избыточной температуры в этой точке, 4 лощность источ- .ника и скорость его/ перемещения относительно образца, по формулам 4) и (5) определяют теплопроводность и температуропроводность исследуемого материала.Способ определения теплофизических свойств материалов позволяет .значительно уменьшить погрешность определения характеристик и упростить этот процесс, так как в предлагаемом способе необходимо контролировать температуру только в одной точке на поверхности образца.Кроме того, отсутствует необходимость контроля таких параметров источника, как длительность теплового воздействия на образец и постоянство линейной плотности энергии по ,линии теплового воздействия, кото;рые существенно влияют на погрешность :определения теплофизических свойств материала.Составитель Э. Витюкоактор Н, Лаз аренко ТехредС, Мигуновактор А, ИльинЗаказ 9290/34 Тираж 873 ПодпВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035,Москва, )Е-"35, Раушская наб., д. 4/51 ПП "Патент", г, Ужгород, ул . Проектная, 4