Способ определения теплофизических характеристик материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) 1)5 6 01 й 25/1 ИЕ ИЗОБРЕТЕН СА АВТО ние точности. При испытаниях используется пакет из плоских исследуемого и эталонного образцов. Торцовые поверхности образцов теплоизолируются, а внешние поддерживаются при постоянной температуре. Внутри эталонного образца параллельно плоскости стыка образцов установлен плоский источник теплоты, генерирующий ее непрерывно по произвольному закону, Регистрируется изменение температуры в этом образце на известном расстоянии от плоскости стыка образцов, Испытание прекращается по достижении заданной минимальной скорости изменения температуры. Вычисляются теплопроводность и тем пературоводность испытуемого материала, За счет минимальных ограничений на вид теплового воздействия и использования при вычислениях интегральных характеристик достигается повышение точности. 1 ил,ских размеров (Х=О). Между средним и верхним слоями эталонного образца в плоскости с координатой Х=р расположен датчик 4 температуры. Исследуемый образец 1 приведен в тепловой контакт с эталонным образцом 2 по плоскости с координатой Х=Ь. Внешние поверхности исследуемого образца 1(Х=Ь+ Ь) и эталонного образца 2(Х= Ь ) приведены в тепловой контакт со стоками 5 теплоты с постоянной температурой. Система иэ исследуемого 1 и эталонного 2 образцов окружена термостатирующей стенкой 6, исключающей теплообмен с внешней средой,Способ реализуют следующим обр азом,ГОСУДАРСТВЕН Ы Й КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР У СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Тамбовский институт химического ма, шиностроения и Научно-производственноеооьедин ение "Ьиотехника"(56) Авторское свидетельство СССРМ 293206, кл. 6 01 М 25(18, 1971,Авторское свидетельство СССРВ 1117512, кл. 6 01 )ч 25/18, 1984,(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение относится к области тепловых испытаний,а именно к области исследований, теплофизических характеристикматериалов, Цель изобретения - повышеИзобретение относится к области тепловых испытаний, а именно к области исследований теплофизических характеристик материалов,Цель изобретения - повышение точности измерения теплофизических характеристик материалов.На чертеже показана схема осуществления способа,Используют плоские исследуемый образец 1 и трехслойный эталонный образец 2. Между ними и средним слоем эталонного образца 2 размещен плоский источник 3 теплоты, Плоскость источника 3 теплоты принимается за начало отсчета геометричеб 89825 А 1Перед началом эксперимента измеряют значение толщины Ь исследуемого образца 1. Затем исследуемый образец 1 приводят в тепловой контакт по плоскости с эталонным образцом 2. Образцы термостатируют при 5 заданной начальной температуре. Затем непрерывно подводят теплоту к плоскости внутри эталонного образца, расположенной на известном расстоянии от плоскости контакта образцов. Температуры на внеш них поверхностях исследуемого и эталонного образцов поддерживают постоянными и равными заданной начальной температуре , термостатирования, В процессе непрерывного подвода теплоты к плоскости внутри 15 эталонного образца измеряют и регистрируот изменение во времени т значений удельной мощности источника теплоты С ( т). Одновременно регистрируют изменение во времени значений температуры 20 Т(т) эталонного образца в плоскости с координатой х= э. По измеренным значениям температуры Т(т) в течение всего времени нагрева вычисляют скорость изменения температуры Я( т)= сТ( т)/с г . Пре кращают эксперимент при достижении заданной минимальной скорости изменения температуры Я(г)Япь. Значения Япь выбирают исходя из заданной методи ческой погрешности. Затем искомые тепло- физические характеристики исследуемого образца 1 определяют из соотношенийР,г а= -- , (1) 35г4 ъ а 7 ая - - +р- - с=а(3)40 где А, 4 - теплопроводности исследуемого и эталонного образцов;а,аз - температуропроводности исследуемого и эталонного обоазцов;С - обьемная теплоемкость исследуемо го образца; 6 - толщина исследуемого образца. Причем .Р 5 Ц" (Р) (,ч 1 1) (4) 50а(Р) (р ь(;1-Трцс 1 И. уэ), (5) й" (Р 1 Ф(Я",1 фб,Я Ю 1 э 1 Ь(7 ээйМ "(Р 1 Ь. Ф) 55к Т(Рекр(-Р 21 т(СИ+Т(с 1 ехр(-Р 1(Рэ (7) о л к Д(Р) = ехр(Р 2)Ц(%Я(х)ехр(-Рд 1/Р, (Я)(12) где дз = э/Ь и гпту =1 - э-параметры; вычисляемые по экспериментальной информации И);э - расстояние от источника тепла до поверхности контакта эталонного и исследуемого образцов;Ь - расстояние от источника тепла до внешней поверхности эталонного образца,э - расстояние от источника тепла до плоскости измерения температуры внутри эталонного образца;Т - температура эталонного образца, измеряемая в плоскости на расстоянии э от источника тепла;0 - удельная тепловая мощность источника тепла; г- текущее время;и - время окончания эксперимента (момент достижения заданной Япь):Р=п(10 /Т( 7 к)/ 73 - (14) параметр интегрирования;д - безразмерный параметр, определяемый из уравнения(15) где х - постоянный коэффициент (3 сФ 1).Расчетные формулы (1) - (3) получены в результате решения краевой задачи расчета температурного поля в системе контактирующих исследуемого и эталонного образцов при действии непрерывного источника теплоты, помещенного на расстоянииэ от плоскости контакта исследуемого и эталонного образцов, При этом к исходной системе уравнений применено интегральное преобразование Лапласа Расчетные зависимости для вычисления теплофизических характеристик (1) - (3) найдены в результате решения преобразованной по Лапласу краевой задачи теплопроводности и получены в области интегральных преобразований температуры и тепловых потоков.П р и м е р. Были измерены теплофизические свойства плоского образца из полиметилметакрилата. При подготовке к эксперименту микрометром была измерена толщина Ь = 2,7510 м исследуемого образца 1. Затем исследуемый образец привели в5 10 15 20 25 30 35 40 5 тепловой контакт по плоскости с эталонным образцом 2, выполненным из эталонного материала - пол иметилметакрилата с тепло- физическими свойствами; а = 1,1 10 м/с, = 0,190 Вт/(м К). Эталонный образец имел следующие геометрические размеры: Ь = 0,9710 м, Ь=4,710 м, э=0,1110 м. После этого на внешние поверхности эталонного и исследуемого образцов поместили стоки 5 теплоты постоянной температуры, выполненные в виде проточных теплообменников. Эталонный 2 и исследуемый 1 образцы поместили в воздушный термастат; После стабилизации температуры образцов включили источник 3 теплоты, выполненный в виде плоского электронагревателя и расположенный внутри эталонного образца на расстоянии Ь = 0,97 10 м от плоскости контакта с исследуемым образцом и параллельно этой плоскости. После включения источника 3 теплоты теплоту к нему подводили непрерывно вплоть до окончания эксперимента. Момент включения источника 3 теплоты был принят за начало отсчета времени эксперимента т = О. Через равные промежутки времени Ьк= 1 регистрировали значения удельной мощности О( т) источника 3 теплоты и значения температуры Т( г) эталонного материала датчиком 4 температуры. Датчик 4 температуры, выполненный в виде плоского термопреоб разователя сопротивления, установлен в заданном сечении эталонного образца на расстоянии (Ь - Ь) = 0,88 10 м от плоскости теплового контакта исследуемого и эталонного образцов, В процессе нагрева осуществляли вычисление скорости изменения температуры бтт т(д) - т т, - , )бх г - т -где т 1, 7 - 1 - моменты измерения значений температуры эталонного образца, отстоящие друг от друга на равные промежутки времени Ьт=д - т -=1 с = 1 с,На каждом шаге измерения сравнивали текущее значение скорости 5( т) изменения температуры с заданной минимальной скоростью Яюо=10 К/с. Эксперимент закончили в момент времени т =980 с. В этот момент фактическая скорость Я( г) изменения температуры Т( г) датчика 4 температуры стала меньше заданной.Затем искомые теплофизические характеристики исследуемого образца вычислили с использованием ИВК "ИСКРА - 1256" по формулам (1)-(15), При этом по экспериментальным данным рассчитывали в первую очередь значение параметра Р по формуле(14), а затем интегральные значения температуры Т(Р), Т(й Р) и удельной мощности 0(Р), Р к Р) при значении коэффициента 1 = 12. После этого определяли численные величины параметров (4)-(6), (9)-(13). Затем из уравнения (15) нашли величину безразмерного параметра 9, а по этому значению из формул (1)-(3) - численные значения тепло- физических характеристик исследуемого образца,Были получены следующие значения теплофизических характеристик исследуемого образца: теплопроводность Х= 0,185 Вт/(м К) температуропроводность а 1,06 1 О м /с; обьемная теп 2лоемкость с = 1,62 КДж/мзПри поедлагаемом по сравнению со способом-прототипом достигается повышение точности за счет минимальных ограничений на подлежащие воспроизведению граничные условия и использования интегральных во времени значений температур и мощности, благодаря чему достигается минимизация случайных погрешностей этих величин.Способ может быть использован для . контроля значений теплофизических характеристик плоских образцов твердых материалов в производственных и лабораторных условиях,Формула изобретения Способ определения теплофизических характеристик материалов, заключающийся в том, что исследуемый образец приводят в тепловой контакт по плоскости с эталонным образцом и термостатируют образцы при заданной начальной температуре, затем подводят теплоту к плоскости внутри эталонного образца, расположенной на известном расстоянии и параллельно плоскости контакта, и измеряют температуру эталонного образца в заданном сечении, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, измеряют толщину исследуемого образца, температуры на внешних поверхностях эталонного и ис.следуемого образцов поддерживают постоянными и равными заданной начальной температуре термостатирования, теплоту подводят непрерывно и регистрируют значения удельной мощности источника теплоты во времени, испытания прекращают при достижении заданной минимальной скорости изменения температуры, а искомые характеоистики определяют из соотношенийеРа йг;д, ф Яз ф Ц