Способ определения теплофизическиххарактеристик зерновых материалов

Союз Советскнк Соцналнстнческнк РеслублнкОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОИЖОМУ С ВТИЛЬСЗВУ(51)м. к .З С 01 й 25/18 с присоединением заявки М -Государственный комитет СССР по дедам изобретений и открытий(088.8) Дата опубликования описания 150331 4) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИ ХАРАКТЕРИСТИК ЗЕРНОВЫХ МАТЕРИАЛ Изобретение относится к теплофизическим измерениям, а именно к способам определения теплофизических характеристик зерновых материалов.Известен способ для определения теплофизических характеристик зернистых материалов, предусматривающий размещение образца и эталона одинаковой толщины между нагревателями и холодильником с соответственно равными температурами. При этом плотности установившихся через образец и эталон тепловых потоков определяются их теплопроводностями 11.Однако данный способ пригоден лишь 1 при равенстве термических сопротивлений контакта образца и эталона с греющими поверхностями. Кроме того, система регулировки температур сложна, что затрудняет проведение опыта. 20 Способ позволяет определять только коэффициент теплопроводности образцов. ническому решению еременного опреде сти и объемной алов в плоском и переходных теормации, непрепомощью датчиков Ближайшим по те является способ по ления теплопроводн теплоемкости матер слое в стационарны пловых режимах. Ин рывно получаемой с темйературы и плотности тепловогопотока, размещенных в плоскостях контакта образца с нагревателем и холодильником, вполне достаточно дляопределения искомых характеристик(21,Однако, в связи с непостоянствомконтактных термических сопротивлений при исследовании зернистых материалов, способ не находит применения.К тому же здесь необходимо учитыватьбалластные термические сопротивленияи емкости.Цель изобретения - повышение точ 5 ности измерения за счет исключениявлияния контактных и балластных термических сопротивлений и емкостей.Эта цель достигается тем, что тепловым потоком воздействуют одновременно на две пробы исследуемого материала разной толщины, размещенныемежду одним изотермическим нагревателем и двумя изотермическими холодильниками, поддерживая при этом неизменной температуру нагревателя,а также равными и неизменными температуры холодильников, т.е. одинаковый перепад температур на пробах,получают стационарный тепловой ре"30 жим. Измеряя эти температуры и плот 813219ности тепловых потоков, пронизывающих каждую пробу, рассчитывают коэффи - циент теплопроводности исследуемогс материала. Изменив температуры нагревателя и холодильника на один и тот же заданный временной интервал, т.е. произведя переходный тепловой режим и измерив накопление тепла каждой пробой, определяют объемную теплоемкость.Йа Фиг.1 изображена схема размещения образцов, нагревателя и холодильников;на Фиг.2 - график изменения теплофиэических характеристик.Между нагревателем 1 и двумя холодильниками 2 размещают пробы образца 3 и 4 разной толщины. На рабочих поверхностях нагревателя 1 и холоди- льников 2 в виде пластин 5, либо каким нибудь иным образом, смонтированы датчики 6 теплового потока и 7 температуры.Измерения проводят следующим образом.Размещают пробы образца 3 и 4 в ячейках устройства. Термостатируют нагреватель 1 ихолодильники 2 при заданных температурах й и с , при этом устанавливается стационарный тепловой режим, характерный тем,что плотность теплового потока для каждой пробы неизменна по толщине и во времени, Сигналы всех датчиков записывают в Функции времени, Вид графика пбкаэан на Фиг.2, где 1 - температура нагревателя, 2 - температура холодильников, 3 - средняя температура обеих прЬб, 4 - плотность теплового потока через большую пробу, 5 - плотность теплового потока через меньшую пробу. Количества тепла, накопленные большей и меньшей пробами, обозначены соответственно б и 7.По данным начального стационарно. го режима (период 1, фиг.2) составляем систему уравненийИВ Иг = - +И С) Д 661 1) .;- -У+ й в1где ц и ц - плотности тепловых потоков через большую и меньшую пробы; Ь и Ь - толщины проб; д с - перепад температур между нагревателем и холодильниками. Суммарные контактные и балластные термические сопротивления для обеих ячеек одинаковы (й = й ) . Решение системы дает следующую Формулу для определения коэффициента теплопроводности образца л,Ыф:"Э, . щдс(о - )Таким образом, величины Контактных и балластных термических сопротивлений исключены иэ расчета.Далее (период П, Фиг,2) производят изменение температур нагревателя, и холодильника на одинаковый интервал. При этом пробы начинают поглощать тепло, что выражается увеличением плотности теплового потока на входе тепла в слой и уменьшением на выходе. При достижении нагревателем и холодильником заданных температур происходит стабилизация теплового режима (период й, Фиг.2), Плотности 10 теплового потока на слое выравниваются, и наступает конечный стационарный тепловой режим (период ч, Фиг.2), по данным которого рассчитывают коэффициент теплопроводности. Линии плот ностей теплового потока на входе ивыходе тепла описывают замкнутые Фигуры 6 и 7, площади которых пропорциональны количеству тепла, поглощенного каждой пробой эа переходной режим.2 О По данным переходного режима составляем систему уравнений1ЕРЬ Збъ(3)СрфРвб 1где Я и 0 - количество тепла, накопленного пробами за переходной режим при увеличении их температуры на бс.Как и в предыдущем случае балластныеФтеплоемкости ячеек равны (Р 6 = Рз ).Решение системы дает Формулу для определения объемной теплоемкости образца. 25(4) д(И-И")Предлагаемый способ предназначендля комплексного определения такихтеплофизических свойств материалов,как теплопроводность, теплоемкостьи температуропроводность при нагревании или при охлаждении образца. Онпозволяет повысить точность и досто. верность результатов исследований ТФХзернистых материалов эа счет исключения влияния контактных и балластныхтермических сопротивлений и емкостейи является практически первым способом, специально предназначенным дляэтих целей. Способ позволяет при исследованиях моделировать различныетепловые нагрузки, приближая их кпроизводственным, высокая скорость 0 измерений дает возможность избежатьвлияния влагопереноса при исследовании влажных материалов.Изобретение наиболее целесообразно использовать для исследования тем пературных и влажностиых зависимостей Таким образом, балластные теплоемкости также исключены иэ расчета.Коэффициент температуропроводности 4 О рассчитйвают по известной Формуле,используя полученные значения коэффициента теплопроводности и объемной теплоемкости.ТФХ зерна, сыпучих и гранулированныхматериалов пищевой, химической идругих отраслей промышленности.Пригоден он и для исследования грунтов,особенно при замораживании или оттаивании,5формула изобретенияСпособ определения теплоФизических о характеристик зерновых материалов в плоском слое, размещенных между изотермическим нагревателем и холодильником, заключающийся в одномерном переносе тепла путем поперемеиных стационарных и переходных тепловых режимов, о т .л и ч.а ю щ и й с я , тем, что, с, целью повьыения точности измерения за счет исключения влияния контактных и балластных термических сопротивлений и емкостей, воздейст вуют тепловым потоком одновременно на две пробы исследуемого материала разной толщины, поддерживая при этом неизменной температуру нагревателя, а также равными и неизменными темпе- д ратуры холодильников, измеряют ука,эанные температуры и плотности тепловых потоков, пронизывающих каждуюпробу, рассчитывают коэФФициент теплопроводностиф ,лв,- с цр"-а затем изменяют температуры нагревателя и холодильника на один и тот же заданный временной интервал и из" меряют количество тепла, накопленного каждой пробой эа переходный режим и определяют объемную теплоемкость1 В с- Я - ,дчн-и"3 где ц и ц - плотности тепЛового потока соответственно через йервуюи вторую пробы, Ь и Ь" - толщины проб; 0 и 0" - количество тепла, накопленного первой и второй пробами; с.и с - температуры нагревателяйи холодильника; 8 с - приращение температурыза переходный режим.Источники, информации, принятые во внимание при экспертизе1. Авторсксе свидетельство СССР В 542945, кл.6 01 М 25/18,1977.2. Авторское свидетельство СССР У 347643 кл.6 01 й 25/18, 1972813219 Состав Техред ель А.ВолкоМ.Федорнак орректор ВБутяг дактор А урс аз 7