Способ определения коэффициента теплопроводности твердых материалов и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВГ ГСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1 Й 25 1(5) ). ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН СОДь.фь.Д. СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ И ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной игазовой промышленности им. В,И,Муравленко(56) Авторское свидетельство СССРМ 305397, кл. С 01 й 25/18, 1969,Авторское свидетельство СССРМ 972359, кл. 6 01 М 25/18, 1981,Авторское свидетельство СССРМ 542945, кл, С 01 М 25/18, 1973,Авторское свидетельство СССРМ 989419, кл. 6 01 М 25/18, 1981.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТВЕРИзобретение относится к теплофизическому приборостроению и может быть использовано для определения коэффициента теплопроводности твердых материалов,Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измерений с одним эталоном.На фиг.1 представлена схема устройства для осуществления предлагаемого способа определения коэффициента теплопроводности твердых тел неограниченных размеров; на фиг,2 - измерительная ячейка для исследования образцов конечных размеров,Устройство содержит нагреватель 1 исследуемого материала, датчик 2 нулевого перепада температур, нагреватель 3 эталоЬО 1 б 84 б 44 А 1 ДЫХ МАТЕРИАЛОВ И УС 1 РОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к теплофизич скому приборостроению и може 1 быгь ис пользовано для определения коэффициен) а теплопроводности твердых материалов. Цель иэобр:тения - повышение точнос 1 и измерений и расширение диапазона исследований с одним эталоном. Сугцьность изобретения заключается в создании нагревателями равных тепловых потоков в эталонном и исследуемом теле, поддержании равных температур в лоне контакта нагревателей с материалами с помощьк) дополнительного подстроечного нагревателя, размещенного в эталоне, до установления стационарного режима теплопередачи и определении коэффициента теплопрооодности, 2 с.п, ф-лы, 2 ил. на, эталон 4 и установленный в нем дополнительный подстроечный нагреватель 5,Теплопроводность определяют следую щим образом,Устройство устанавливаюг на исследуемом теле 6, которое, как и эталон, должно моделировать полубесконечное в тепловом отношении тело, Создают равные тепловые потоки основными нагревателямии 3. Равенство температур в зоне контактов нагр- вателей с материалами поддерживаю 1 дополнительным подстроечным нагрева)в лем 5. После установления стационарного режима теплопередачи определяют коз фициент теплопроводности по измеренным мощностям нагревателей и известной теплопроводности эталона. При исследованииТ-Т 1+Т 2 (4) Цх (5) 45 Цэ = Т 1 4 Яэ Ле, (2) ф к В, ад (8)2 Вд цэ55В случае, когда основными нагрева-телями задаются равные тепловые потоки ах = аэ, КОЭффИцИЕНт тЕПЛОПрОВОдНОСтИ будет определяться по формуле (8),ац - К 8 Вд Лэ, (3) Т 2 образцов ограниченных размеров измерения проводят в ячейке 7 (фиг.2), выполненной из материала с высокой теплопроводностью.Согласно изобретению дополнитель ный подстроечный нагреватель диаметром бн устанавливают от поверхности эталона, контактирующей с основным нагревателем, на расстоянии Р 0,1 Он. Это необходимо для сведения к минимуму краевых эффектов на 10 внешней окружности нагревателей. В качестве эталона выбирают материал, коэффи- . циент которого находится в диапазоне Лмакс 5 Л1,2 Лмакс, где Айзакс - верхний предел измеряемой теплЬпроводпости, Это 15 обусловлено необходимостью перекрытия исследуемого диапазона коэффициента теплоп роводности.В случае использования для исследований устройства с измерительной ячейкой 20 эффективная теплопроводность эталона определяется по градуировочной зависимости Йф= (ц), где О - сигнал измерительного устройства, пропорциональный мощности нагревателей эталона. 25Тепловой поток рх в полуограниченное тело от плоского нагревателя при установившемся режиме определяют из известного выраженияах = 4 В Лх (Тн - Т, ), (1) 30 где Лх - коэффициент теплопроводности, Вт/мК;Тн - температура нагревателя, С;Т - температура тела в бесконечно удаленной точке принимается равной О, С;В - характерный размер нагревателя, м.В полубесконечном эталоне устанавливается два тепловых поля: одно - рэ, образованное дисковым нагревателем датчика с радиусом Яэ на адиабатической поверхно сти полупространства, другое - ад, образованное дисковым дополнительным нагревателем с радиусом Вд, помещенным на глФм. е Я: где цэ - тепловой поток от основного нагревателя эталона, 2 оасположенного на его поверхности, Вт/м; 50Т 1 - температура нагревателя, С;4 - теплопроводность материала эталона;Вэ - радиус нагревателя, м где Т 2 - температура дополнительного нагревтеля, С;Вд - радиус дополнительного нагревателя, м; К=(2 - З ) - коэффициент, характе 4 8риэующий положение нагревателя.Если дополнительный нагреватель находится на небольшом расстоянии от поверхности, т.е. - -ф О, то в этом случае8Вдтемпературы нагревателей равны (Т 1 = Т 2), Суммарное температурное поле будет характеризоваться суммой температур нагревателей - эталона и дополнительного и будет равно температуре на поверхностиисследуемого материала ТхИз уравнения (1) Подставляя в формулу (5) уравнения (2),- - (1 + --- ) =-у- (6)Рэ К В. Цд ах2 Вд рэ ХхУравнение (6) можно преобразовать квиду+д аэЯд ЦэТаким образом, можно считать, что эталон с дополнительным подстроечным нагревателем, установленным в нем на расстоянии Я от поверхности, эквивалентны эталону с коэффициентом теплопроводности, равнымП р и м е р. Измерения проводят на полубесконечных в тепловом отношении образцах. В эталоне с более высокой теплопроводностью, чем исследуемое тело, устанавливают дополнительный подстроечный 5 электрический нагреватель. Создают равные тепловые потоки в исследуемый и эталонный материалы. Равенство температур обеспечивают регулированием мощности дополнительного подстроечного нагревате ля, размещенного в эталоне,После установления стационарного режима теплопередачи по известному коэффициенту теплопроводности эталона и измеренным тепловым потокам основных и 15 дополнительного нагревателей по предлагаемой формуле рассчитывают искомый параметр.Формула изобретения1, Способ определения коэффициента 20 теплопроводности твердых материалов, заключающийся в создании нагревателями тепловых потоков в исследуемый и эталонный полубесконечные в тепловом отношении образцы и поддержании равных 25 температур в зоне контакта нагревателей с материалами до установления стационарного режима теплопередачи, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измере ний с одним эталоном, нагревателями задают равные тепловые потоки в исследуемый материал и эталон, а равенство температур поддерживают дополнительным подстроечным нагревателем, размещенным в эталоне, и определяют коэффициент теплопроводности по формуле(1 + - + - .К Йэ Рд2 р цэгде- коэффициент теплопроводности эталонного материала;К - коэффициент, характеризующий положение дополнительного нагревателя;Й 1 - радиус основного нагревателя эталона;Йд - радиус дополнительного нагревателя;р, цд - тепловые потоки от основного и дополнительного нагревателей эталона.2, Устройство для определения коэффициента теплопроводности твердых материалов, содержащее нагреватель образца. датчик нулевого перепада температур, нагреватель эталона, эталон, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерений с одним эталоном, в эталоне установлен соосно с основным дополнительный подстроечный нагреватель на расстоянии не более 0,1 б от поверхности, контактирующей с основным нагревателем, где бн - диаметр подстроечного нагревателя.1684644сиг, 2Составитель Н. ГрищенкоРедактор А. Маковская Техред М.Моргентал Корректор О, Ципле Заказ 3501 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г, ужгород, ул,Гагарина, 101