Способ определения коэффициента температуропроводности частично прозрачных материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 09) (11)а) 4 С 01 И 25/18 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ ИОТНРЫТИЙ(71) Гусевский филиал Государственного научно-исследовательского института стекла(56) Битюков В.К., Петров В.А. Установка для измерения коэффициента теплопроводности твердых частично прозрачных для теплового излучения материалов. -Промьппленная теплотехника, 1982, т, 4, У 1, с, 72-77,Сергеев О.А., Шашков А.Г. Тепло- Физика оптических сред. - Минск: Наука и техника, 1983, с. 93Елисеев В.Н. и др. Погрешности измерения температур термопарами в полупрозрачных материалах. -Гелиотехника, 1983, В 6, с. 45-49.Дигилина Г.А., Тарасов Б.В. Исследование влияния на поглощение в ближней ИК-области спектра сортовых стекол, окрашенных оксидами кобальта и хрома. - Физика и химия стекла, 1982, т. 8, Ф 6, с. 704-06.Дигилина Г.А., Тарасов Б.В., Варшал Б.Г. Исследование влияния оксидов свинца на поглощение в ближней ИК-области спектра сортовых стекол. -Физика и химия стекла, 1985,Ко 11 дпв К.Е. ЕЛес оЕ БцгЕасегоцяпевв дп где вресгца 1 апй гога 1еппггапсе оГ р 1 агпцш. -Ркоягевв дпАегопапгдсв апй Авсгопапгсв, 1967,ч. 20, В 7, р. 91-114.Битюков В.К., Петров В.А.,Степанов С.В, Теоретические основыбесконтактного метода определениякоэффициента теплопроводности частично прозрачных материалов. - ТеплоФизика высоких температур, 1981,т. 19, У 4, с. 849-856. Ф (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИ- Е ЦИЕНТА ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ ЧАСТИЧНО ПРОЗРАЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ, включающий линейный во времени нагрев одной из непрозрачных границ плоского слоя образца исследуемого материала и измерение температуры поверхностей образца, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности определения, рдновременно с линейным во времени нагревом одной из непрозрачных границ плоского слоя образца адиабатизируют другую непрозрачную границу образца, после чего определяют искомую величину.5 10 15 20 Изобретение относится к теплофизическим измерениям частичнопрозрачных материалов, например стеклообразующих и кристаллизующихся расплавов, в частности к способуопределения коэффициента температуропроводности частично прозрачныхматериалов, и может быть использовано в лазерной и космической технике, в различных устройствах преобразования энергии, в химическойтехнологии при выращивании монокристаллов в стекольной промышленностиИ ТедЦель изобретения - повышениеточности определения коэффициентатемпературопроводности частичнопрозрачных для теплового излученияматериалов.Предлагаемый способ по сравнениюс известным обладает тем преимуществом, что исключает необходимостьизмерения температурного перепадамежду непрозрачной границей и центром частично прозрачного материала,т.е. исключает систематическую погрешность измерения температуры внутри частично прозрачного материала,позволяя определить коэффициент температуропроводности по результатамизмерения температуры лишь двух егонепрозрачных границ, когда датчикитемпературы располагаются внутринепрозрачных граничных пластин, чемдостигается повышенная по сравнениюс известным точность определениятемпературного перепада на слоеисследуемого материала, и следовательно, точность определения искомойвеличины,На фиг. 1 показана схема рабочегоучастка установки для определениякоэффициента температуропроводностипредлагаемым способом; на фиг, 2 -график зависимости перепада температуры на толщине образца в зависимости от времени, показывающей закономерность установления регулярногорежима второго рода радиационно"кондуктивного переноса энергии (РКПЭ) вчастично прозрачном образце в расматриваемых условиях.На фиг. 1 обозначены образец 1исследуемого материала (расплав вконтейнере), корпус нагревателя 2;адиабатный нагреватель 3, адиабатнаяоболочка 4, термопары 5 и 6, размещенные в дне контейнера с расплавом. 25 30 35 40 45 50 55 термопары 7 и 8, размещенные в крышке контейнера с расплавом в адиабатной оболочке, нагреватель 9, задающий линейныйво временинагрев од.ной поверхности образца .П р и м е р. Определяют коэффициент температуропроводности расплава оптического стекла марки ТФ. Образец диаметром 78 мм и толщиной 5,6 мм предварительно наплавляется в платиновом контейнере, имеющем днов виде диска диаметром 77,9 и толщиной 1,9 мм, к образующей которогоприварена цилиндрическая стенка из платиновой Фольги толщиной 0,05 и высотой 8,6 мм. В дне контейнераимеются три радиальные отверстия диаметром 1,2 мм, предназначенные дляразмещения двух измерительных и одной регулировочной платинородий в платинородиевых ПП 30/6 термопар. Дно контейнера является горячей границей образца. Верхняя (холодная) границаобразца образуется приводимой с нимв тепловой контакт платиновой крышкойконтейнера диаметром 76 и толщиной0,5 мм, по образующей которой приварена цилиндрическая платиновая стенка толщиной 0,05 и высотой 1,8 мм.Толщина образца определяется погруженными в расплав тремя алундовымиопорами, выполненными в виде трубокс осевыми прорезями внутренним диаметром 4, толщиной стенки 0,2 и высотой 5,6 мм, оси которых расположеныперпендикулярно плоскости дна контейнера, на удалении от оси контейнера с.радиусом 30 мм. К крышке контейнера состороны, противоположной от образца,приварены контактной сваркой королекизмерительной термопары и королекдифференциальной термопары. Второйспай этой дифференциальной термопарыприварен к поверхности плоской частиадиабатической оболочки, обращеннойк образцу, представляющей собой платиновый диск диаметром 86 и толщиной0,5 мм, к образующей которого приварена цилиндрическая боковая стенкаиз платиновой жести высотой 15 итолщиной 0,2 мм. Нагрев адиабатнойоболочки выполняется адиабатнымнагревателем, установленным над адиабатной оболочкой на трех алундовых опорах, Образец в платиновом контейнерепомещается в водоохлаждаемую тепловую камеру с обеспечением непосредственного теплового контакта с нагре40 вателем, создающим линейный во времени нагрев горячей границы образца, над образцом на расстоянии 3,5 мм устанавливается адиабатическая оболочка, а над ней на расстоянии 2-3 мм 5 адиабатизирующий холодную границу образца нагреватель.Опыт проводят следующим образом.Нагревают систему до температуры стеклования стекла ТФ(которая для этого стекла равна 715 К) в режиме установления стадии регулярного режима второго рода РКТ; достижение которой с погрешностью не более 2 Е определяют равенством нулю временной 15 производной перепада температуры на полной толщине образца. Для этой цели, начиная с температуры стеклования стекла ТФ(Т= 715 К),через равные интервалы времени измеряются 20 значения температуры горячей и холодной границ образца, когда на первой границе выполняется условие постоянства во времени скорости нагрева, а на второй условие адиабатизации. Из 25 приведенной временной зависимости перепада температуры на полной толщине образца Ч(Н,Т), получен - ной экспериментально, видно, что через 10 мин после включения систем З 0 автоматики заканчивается иррегулярная стадия процесса РКПЭ.Автоматика включается после того как образец с большой скоростью (больше 0,13 К/с) нагоевается до 506 К, По окончании иррегулярной стадии на интервале 584-705 К в течение 15 мин устанавливается с незначительным отклонением регулярная стадия второго рода РКПЭ, которая прерывается на 6 мин вследствие резкого изменения теплофизических свойств в интервале стеклования и затем продолжается в интервале 750-1573 К, Эти экспериментальные данные доказывают, что в интервале 750-1573 К устанавливается регулярный режим РКПЭ вто-. рого рода, в котором Ч(Н,7) уменьшается всего на 2,47,. В процессе эксперимента измеряют скорость нагрева Ъ(,), температуры горячей (-Н,т) и холодной Т(Н,) температур образца, толщина которого равна 2 Н. Затем, учитывая оптические свойства исследуемого материала и ограничивающих его поверхностей для полученных. экспериментальных данных, численно реша ется обратная задача РКПЭ. Обратная задача теплопроводности/может быть сформулирована следующим образом.Рассмотрим плоский слой нерассеивающего частично прозрачного материала толщиной 2 Н, заполняющего пространство между двумя оптически гладкими плоскопаралельными непрозрачными пластинами, имеющими идеальный тепловой контакт с расплавом.Нагреватель, расположенный на границе Х = -Н, увеличивает температуру этой границы по линейному закону Т(-Н, Г)=Т(-Н, О)+Ьф с постоянной скоростью (Ь = сопят) вследствие воздействия выделяемого им теплового потока в направлении оси Х, начало которой находится в центре слоя. Граница Х = Н адиабатизируется с помощью потока тепла, направленного от адиабатной оболочки противоположно оси Х и равного по величине потоку, приходящему на эту границу через слой. Пред" полагается, что известными являются температуры границ Х= -В, Т 1 и Х = Н, Т, скорость нагрева границы Х = -Н, Ь. Перепад температуры на слое в каждый момент времени значительно меньше абсолютной температуры отнесения Т, т.е. что (Т -Т) с Т 1 . Это позволяет отнести оптические и теплофизические свойства слоя среды к одной температуре, Температурный перепад в граничных непрозрачных пластинах предполагается настолько незначительным по сравнению с перепадом на слое исследуемой среды, что их собственная температура принимается в качестве температуры границ слоя исследуемой среды,Для получения расчетного соотношения удобно использовать уравнение энергии в следующем виде,записанное для переменнойЧ(Х ) = Т(Х, с )-Т(-Н);Зх дх су У(ц 3 рд 1ЭМ(х,б 1,д".где Ь(С) - скорость нагрева границыХ = -Н;а - коэффициент температуропроводности.1223108 г ЯР Г мии и Составитель В. БитюковБобкова Техред В.Кадар Корректор М. Демчик кто 1705/46 Тираж 7 4/ илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная ВНИИПИ Государственн по делам изобретении113035, Москва, Ж, Р Подписио комитета ССи открытийшская наб., д