Способ определения теплофизических характеристик материала под давлением

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) 1 й 25/ УжЮВ 0Еж-ьмЖЬЙФЖЭтВЙА АВТО РСКО ИДЕТЕЛ ЬСТВ ется непрапри наложего усилия, енйя изменях свойств (в а теплопров теории же ся известныГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБР(46) 07,10,91. Бюл. М 3771) Институт физики высоких давлений АН СССР(56) Авторское свидетельство СССР М 667829, кл. 01 К 17/ОО, 1976.1 М.ОхЬочабоУ "Меазоавепт о 1 йеппо рЬуз 1 са ргореацз цпсеграззцге" НдпТегпрегатогез Н дп Ргеззогез. 1975. ч 7, 49-54.54)57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧ ЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИКМАТЕРИАЛА ПОД ДАВЛЕНИЕМ, состоящий в том, что собирают пакет из нескольких пластин, поддерживаю температуру наружных поверхностей пакета постоянной, импульсно подводят тепловой поток к поверхности исИзобретение относится к области тепловых импытаний, а именно к области исследования теплофизических характеристик материалов под давлением.Известен способ определения теплофизических характеристик материала, состоящий в том, что две пластины исследуемого материала заключают между двумя пластинами с заведомо отличающимися от исследуемого материала теплофизическими характеристиками, подводят постоянный во времени тепловой поток к плоскости контакта исследуемых образцов и регистрируют изменение во времени температуры в этой плоскости. 1069527 А следуемой пластины и регистрируют изменение во времени температуры противоположной поверхности той же пластины, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью расширенйя температурного интервала исследования, пакет собирают симметричным из двух исследуемых пластин и двух прилегающих к ним снаружи вспомогательных пластин, подводят постоянные во времени и равные между собой тепловые потоки к поверхностям контакта исследуемых и вспомогательных пластин, измеряют установившиеся значения тепловых потоков и температур, затем импульсно подводят тепловой поток к одной из поверхностей контакта исследуемых и вспомогательных пластин, измеряют изменение тепловых потоков и температур и по измеренным параметрам определяют теплофизические характеристики,Недостатком способа явл вомочность использования его нии внешнего сжимающе поскольку при наложении давл ются значения теплофизическ первую очередь коэффициент водности) внешних пластин, способа зти свойства полагают Ближайшим техническим решением является способ определения теплофизических характеристик материала под давлением, состоящий в том, что собирают пакет из нескольких пластин, поддерживают температуру наружных поверхностей пакета постоянной, импульсно подводяттепловой поток к поверхности исследуемойпластины и регистрируют изменение во Времени температуры противоположной поверхности той же пластины.Н 8 ДОстатком спосОбэ ЯвлЯется ОГрзни"ченность температурного интервала исследования, связанная с необходимостьюпредвэрительнОГО термостэтирования всего пакета при температуре стенок испытательной кэм 8 ры высОкОГО давления.Целью предложения является расширение температурноГО интердзлэ исследовзНИЯ.Цель достигается тем., что в способе определения теппофизических характеристикматериала под давлением., состоящем в том,что собирают пакет из нескольких пластин,подд 8 рживэют темп 8 ратуру на наружныхповерхностях пакета постоянной, импульсно подводят тепловой поток к поверхностиисследуемой пластины и регистрируют изменение во времени температуры противоположной поверхности той же пластины,пакет собирают симметричным из двух исследуемых пластин и двух прилегающих. кним снаружи Вспомогательных пластин подводят постоянные ВО времени и равныемежду собой тепловые потоки к поверхностям контакта исследуемых и вспомогательных пластин, регистрируютУСТЭНОВИВШИЕСЯ ЗНЭЧЕНИЯ Т 8 ПЛОВЫХ ПОТОков и температур, затем импульсно подводят тепловой поток к одной из поверхностейконтакта исследуемых и Вспомогательныхпластин.Способ Осущест Влпется посредствомустройства. схематически показанного начертеже.устрОЙство сод 8 ржит камеру ВысОкОГОдавления 1, пакет пластин:. плоские нагреват 8 пи 3, измеритель те.:. пеоэтур 4,СпосОО Осугцествпяют следующим Об"разом,Ц кэмдру высокого давления 1 помща,от пакет 2 из двух исследуемых пластин (вцентре пакета) и дву вспомогательных пластин (снаружи пакета). Сжимают пакет в камере высокого давления; а затем нанагреватели 3 подают постоянное напряжение, После установления в системе стационарного теплового режим" регистрируютстационарные значения мощности наГОевателей и стационарные значения перепадовтемператур по толщине вспомогательныхПЛЭСТИН,Следующий шаг экспериментальнОЙ процедуры - импульсное подведение дополнительной мощности к одному из нагревателей. Соответствующее температурное возмущение регистрируется в плоскости стыка исследуемых образцов.Для определения теплофизических характеристик исследуемой пластины необхоб димо измерить интервал времени междуначалом импульса и моментом достижения максимальной температуры Ь, также максимальное значение избыточной температуры Ь 1, Кроме того, необходимо знать 10 толщину образца, длительность и мощностьимпульса, а также теплофизические харак" теристики вспомогательных пластин, расположенных с Внешних сторон нагревателей, Распространение тепла в каждой пластине 15 описывается нелинейным уравнением теплопроводности2 ОГДЕ 1 Вр 8 мЯ(Т - температура,А Щ- коэффициент теплопроводности;С - удельная объемная теплоемкость 25 В предположении, что зависимость теппопроводности от температуры вспомогэТЕЛЬНЫХ ППЭСТИН ИМ 88 Т ВИДАЩ - -Яо+ккт, Р)где А - постоянные коэффициента, из ре О шения стационарного уравнениятеплопроводности получено начальноераспределение температуры во вспомогательных пластинахт(х) = - +35+" - е-а(-"(а.т + " ) е(1-")( т + "ф (з)Г+ са ф аи выражение, связывающее мощность нагревателей и перепад температуры в стаци О онарном режимеВ( А) 1(- = - , 1 с - Т 1 )+214 б где Я - мощность, выделяющаяся на каждом нагревателе в стационарном режиме;Чо - температура внешней поверхностипакета;Т 1 - температура в центре пакета; БО 1- толщина вспомогательной пластины;Ь - площадь нагревателя.Значения коэффициентов 30, К используемые в формуле (3), определялись по экспериментальной зависимости перепада 5 б температур на пластинах от величины мощности на нагревателях в стационарном режиме из выражения 4),Решение уравнения теплопроводностиЩ ддй Рсслид,емОЙ Йлзстииы, пОлучбннО 9численным методом, приданном начальномраспределении температуры (3) во вспомогательной пластине определяет зависимость от времени избыточной температуры,вызванной тепловым импульсом. Из сопоставления экспериментальной зависимостии серии расчетных кривых выбирается расчетная кривая, наиболее близкая к экспериментальной. Теплофизические параметрыэтой расчетной кривой характеризуют свойствэ исследуемой пластины,В случае, если пакет собран из пластинс одинаковыми теплафизическими характеристиками со слабой зависимостью оттемпературы, для определения температурапроводности мОжнО воспользовасформулами, полученными из аналитического решения уравнения теплаправарностигде а - темпергтуропроводнасть;б - расстояние между нагревателем итермапарай;л,14;Ь - коэффициент, определяемый изуравнения30 31 щ 1 е - 1-1 п Ху Ы где ь - интервал вреь ени ат начала импульса да момента достижения максимальной температуры в плоскости термапары;т - длительность импульса.Сравнивание результатов, палученнцх из аналитического и численного решений, показывает, что при различии между вели-. 40 чинами теплопроводнасти внешних и центральной пластин, в 100, погрешность определения температураправодности па аналитическим формулам составляет 3.П р и м е р 1. Образец из двух пластин 45 парафина толщиной па 1 мм и диаметром па 12 мм и двух пластин катлинита толщиной по 1,5 мм идиаметром по 12 мм помещают в камерутак, что пластины парафина расположены между пластинами катлинита. Два 50 нагревателя в виде плоской спирали из ман-. ганина диаметром 0,07 мм располагают между пластинами катлинита и парафина,Хромель-алюминиевую термопару диамЬтром 0,05 мм размещают между пластинами парафина. Репер давления из висмута помещают на поверхность пластины катлинита, соприкасающейся с внутренней поверхностью камеры, и изолируют пластинкой слюды толщиной 0,03 мм. Образец сжимают да давления 25 кбар, которое измеряют с помощью репера и по сопротивлению манганинавого нагревателя между реперными точками, Зафиксировав давление, измеряют толщину образца по расстоянию между плоскостями камеры. Для нагрева парафина до 30 С подают на нагреватели постоянное напряжение и измеряют мощность, выделяющуюся на нагревателях, затем на один из нагревателей подают импульс тока длительностью О 15 с и мощностью 40 вт, измеряют интервал времени тп от начала импульса да момента достижения максимальной температуры и максимальное значение избыточной температурц Ь Т в плоскости термапары. Увеличивают постоянное напряжение для нагрева до 40 С,. подают импульс тока и повторяют измерения. Таким образом, измерения проводят да температуры 310 С, При каждом значении температуры измеряют мощность постоянного тока на нагревателях Я, интервал времени ъп и максимальное значение избыточной температуры ЛТ.При 30 С Я=3,6 вт, те=0,58 сек; ЬТ=0,60 С при 40 С ЧЧ=8,1 вт, ьп=0,60 сек, ЛТ=0,55 С нри 310 СО=112,0 вт,й=1,71 сек, ЛТ=0,10 СПри давлении 25 кбар толщина образца составляет 4,3 мм.При каждом значении температуры, численно решая уравнение (1), нахадяттеплаправаднасть и температуроправодность парафина.Использование способа позволяет определять теплафизические характеристики материала пад давлением в широком диапазоне температур как при высоком, так и при нормальном давлении,Данный способ измерения теплофизических характеристик может быть использован в физических исследованиях, а также при определении температуропроводнасти и теплаправаднасти различных веществ при высоких давлениях и температурах, что необходима для развития геофизики и создания новых технологических процесСов.1069527 Техред М.Мбргентал Корректор Э, Лончакова Редактор О. Юркова Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 4592 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская йаб., 4/5