Способ определения теплофизических характеристик твердых материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХсплИИФм есникСПУБЛИК РЕТ ЬСТВ где соответственно а.,эффицие нтыпло- и температуропроводности эталонного и исследуемого тел,Вт/(м.к.),2/ объемная теплоемкость исследуемого материала,Дж/к/м ,расстояние оскости кон".кта тел до гновенног точни па, м,оответственоординаты и ре чна заданные моменты времени Т,(й,Т,) и Т(й,т 2), соответственно температуры в 0 ) сечениях эталонного и иссле дуемого матерналов в моментывремени С, и ,г э Х("Ийз 4 г Га 1/ Зфй Гг. 1-к1+ к К РСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ ОПИСАНИК АВТОРСКОМ(72) В.Н, Чернышов и Т.И. Рожнова (/1) Тамбовский институт химического машиностроения .(56) 1. Авторское свидетельство СССР У 264734, кл. С 01 К 17/00, 1970.2. Авторское свидетельство СССР Ф 293206, кл. С 01 М 25/18, 1971 (прототип),(54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛО- ФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ,. заключающийся в том, что полубесконечные в тепловом отношении исследуемое и эталонное тела приводят в тепловой контакт по ограничивающей плоскости, от импульсного источника подводят тепло и измеряют температуру тел, о т л и - ч а ю щ и и с я тем, что, с целью сокращения времени определения теплофизических характеристик путем исключения предварительного эксперимента на эталоне и повышения точности измерения, источник тепла помещают в эталонное тело, температуру измеряют в заранее заданные лосле теплового воздействия два мо-. мента времени в одном из сеченийэталонного тела, а искомые. тепло- физические характеристики определяют по формулам 801117512 Т( ХДНФ,Яе. "г"1 н-х,7 В Йгзоватепей на поверхности исследуемо го тела,что является причиной появления погрешностей От контактных термосопротнвленнй между нагревателем и исследуемым телом, термопреобразователем и исследуемым телом.Сделать теОрстическую Оценку с целью введения поправки в данном случае достаточно сложно вследствие наличия большого числа факторов, влияющих на величину термического сопротивления, к числу которых относится степень прижатия нагревателя и датчиков температуры к исследуемому телу шероховатость поверхности тела его теплофизические свойства, твердость и пр.Целью изобретения является сокращение времени определения теплофизических характеристик путем исключения предварительного эксперимента на эталоне и повышение точности измерения.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу Огределения теплофизических характеристик твердых материалов, заключающеья ся в том, что полубесконечные в тепловом отношении исследуемое и эталонное тела, приводят в тепловой контакт по ограничивающей плоскости, от импульсного источника подводят тепло и измеряют температуру тел источник тепла помещают в эталонное тело, температуру измеряют в заранее заданные два момента времени после теплового воздействия в ОднОИ из сечений :талонного тела,. а искомые теплофизнческие характеристики определяют по формулам гпе 1 17512Изобретение относится к способамисследования теплофизических свойствматериалов.Известен способ определения коэффициента теплопроводности материалов, основанный на регистрации температурной кривой и отыскании температурного максимума, возникающегов результате разности температур между радиальными спаями помещенной на 10поверхность исследуемого образцакольцевой дифференциальной термопары после подачи на плоский круглыйнагреватель кратковременного импульса постоянной мощности Я .15Недостатками способа являютсябольшая погрешность определения коэффициента теплопроводности исследуемых материалов, обусловленная субъективным характером определения максимума температурной кривой в заданной точке, так как этот максимум довольно пологий, а также необходимостьпроведения градуировочных измеренийна материалах с известными теплофизическими свойствами с целью построения расчетного графика для определения искомого коэффициента. Кроме того, к недостаткам данного способа относится возможность определения толь-З 0ко одного коэффициента теплопроводности и необходимость расположениядатчиков температуры и нагревателяна поверхности исследуемого тела.Наиболее близким техническим решением к изобретению является способопределения теплофизических характеристик материалов, заключающийся втом, что полубесконечные в тепловомотношении исследуемое и эталонноетела приводят в тепловой контакт поограничивающей плоскости, от имлульс.ного источника подводят тепло и измеряют температуру тел в месте контакта и в одном из сечений исследуе- мого тела 2.Недостатком известного способаявляется длительное время проведения теплофизических экспериментов,обусловленное необходимостью перво начального проведения эксперимента на эталонном теле с последующимтермостатированием системы для проведения второго этапа измерений,а также малая точность определения55искомых теплофизических характеристик, вызванная необходимостью размешения нагревателя и термопреобрар- -"з Р-Гаэ .7"а, х, 1+к1- к 1 4 Т,",ь ь. 1 (-х ) Д рД - соответственнокоэффициенты тепло- и температуропроводностнэталонногои исследуемого телВТМ К); м(с,1117512где Я- количество тепла, выделенного мгновенным источником льи 7 -Д)и ) ;х,ь температуры в сечениях эталонного Л(5)Га -аэ 1+к50где ю-Я Й) С - объемная теплоемкость исследуемого материала,Дж/к/м ,- расстояние от4 плоскости контакта тел до мгновенного источника тепла, м,соответственно 10координаты и время,заданные моментывремени Тэ (, )и Т(й,ь.,) 15соответственно и исследуемого ма"териалов в моменты времени с,и к.Сущность способа заключается в следующем.Полубесконечные в тепловом отношении эталонное и исследуемое тела 25 приводят в тепловой контакт по ограничивающей поверхности и термостатируют при постоянной начальной температуре. Затем подают тепловой импульс от источника тепла, предварительно помещенного в эталонное тело на заданном расстоянии К от контактной плоскости тел, и в заранее заданные два момента времени фиксируют температуру в одном из сечений эталонного и исследуемого тел, а искомые теплофизические коэффициенты рассчитывают по формулам, полученным на основании следующих рассуждений.Температурные поля в эталонном и исследуемом телах при действии ./ плоского мгновенного источника тепла, помещенного на расстоянии К от плоскости контакта тел в эталонном образце, при равномерном распределении температур в начальный момент времени в обоих телах описываются математическими зависимостями 4 г (к-)э. Тэх Ч. ЕР 1 ф Оба "с 4 а, 3 Зэка - Ъ Гаэ(х. к 1 зЖ И"ТХЛ) =ехи ЯЯ" 4 а э тепла,Ъ О 5 О - соответственно коЭ Ээффициенты теплои температуропроводности эталонного и исследуемого тел,К - расстояние отплоскости контакта тел до плоскости расположениямгновенного источника тепла,Х,с - соответственнокоордината и время.Из уравнения (1) для моментоввремени=о = ь и х = К,получим выражения аэ,ГЫМКэ 2 йаэьфэГа" ъ Гаэ Р О э,13дээ Га-Ъ.Газ2 Да,21. э БЭ Б; аз "2Из отношения (3) и (4) после несложных математических преобразований получим формулу где т 11.,-;,- т, р,л,1 К 1 цэ1 й с,14 е, ер( - )1,3 Я,н , еар), - ,) Записав уравнение (2) для момент Лтов времениии координаты х = -х и взяв отношение полученных1уравнений, получаем. формулу для расчета коэффициента температуропроводности исследуемого тела"г т( х, ь,).4.д Таким образом, измерив температуру и два заранее заданных момента,л, Лвремени ,ив сечении исследуемого тела х = -х и в сечении эталонного тела х = К, по формулам (5) и (б) можно рассчитать комплекс тепло1117512 10 15 20 Составитель В.ЕкасовРедактор А. Шандор Техред З.Палий Корректор С Черни Заказ 7188/27 Тирах 822 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Подписное Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 физических характеристик исследуемого материала.Время проведения теплофиэического эксперимента в известном способе можно определить какТ,- Тгде Т - время проведения эксперимента на эталонном материале,включая и время на термо-.статирование тепловой системы перед началом второгоэтапа експеримента,Т - время проведения эксперигмента на исследуемом материале.В данном случае время проведения эксперимента равно Т , Поскольку для термостатирования после теплового воздействия на первом этапе требуется больше времени, чем для Термостатирования системы ранее неподвергающейся тепловому воздействию то Т Т 2. Общее время эксперимента в предлагаемом способеболее, чем в два раза меньше, чемв известном, что свидетельствует одостижении Цели предлагаемого способа.Погрешность косвенных измеренийискомых теплофизических характеристик определяется погрешностью измерения температуры в контролируемыхточках,В предлагаемом способе устраняется операция контактного измеренияповерхности исследуемого тела, т,е.температурновременные измерения производятся с меньшей погрешностью,что в конечном счете повышает точность определения искомых теплофизических характеристик,