Способ определения теплофизических свойств материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 5 18 51 ОП ИЕ ИЗОБРЕТЕ ОСУДАРСТВЕКНЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Московский геологоразведочный институт им. Серго Орджоникидзе (72) В.В. Березин и А.А. Костюрин (53) 536.2(088.8)(56) Авторское свидетельство СССР В 1056015, кл. С 01 Ю 25/18, 1983.Авторское свидетельство СССР В 1040992, кл. С 01 Б 25/18, 1983. (54). СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ.СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ(5) Изобретение относится к технической физике и может быть исполь зовано при определении теплофизичес ких свойств материалов, например го ных пород, на образцах с любым качеством обработки их поверхностей.Целью изобретения является повышение эффективности. Часть поверхности эталона и исследуемых образцовнагревают подвижным точечным источником тепловой энергии. Температурутел по линии их нагрева регистрируют датчиком температуры, жестко связанным с источником энергии. Затемизменяют режим работы этого источника, устанавливая гармонический закон изменения его мощности. В процессе нагрева остальной части поверхности образцов и эталонов измеряют разность фаз колебаний мощностиисточника энергии и регистрируемыедатчиком температуры тел, а такжеамплитуду колебаний этой температуры,2 ил.Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для определения теплофизических свойств материалов, в том числе горных пород.Цель изобретения - повышение эффективности способа и увеличение точности определения температуропроводности материалов. 10На фиг. 1 приведена схема осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 - зависимость мощности источника энергии от времени в пределах каждого из образцов (эталонного и исследуемых).Эталонный. 1 и исследуемые 2 образцы (Фиг. 1) расположены последова тельно, над ними размещены точечный источник 3 тепловой энергии и дат чик 4 температуры. Перемещение источ. ника 3 энергии и датчика 4 температуры происходит в направлении оси Х со скоростью ч.Способ осуществляют следующим об разом.Устанавливают исходный режим работы точечного источника 3 энергии - режим с постоянным уровнем его мощности. Источник 3 энергии и датчик 4 Зо температуры, жестко связанные между собой, перемещают с постоянной скоростью относительно расположенных последовательно эталонного 1 и исследуемых 2 образцов (Фиг. 1) в выбранном направлении (вдоль оси Х). В процессе перемещения осуществляют нагрев источником 3 первого из последовательно расположенных образцов (образца 1), а датчиком 4 температуры регистрируют предельную избыточную температуру поверхности этого оба разца по линии его нагрева на фиксированном расстоянии позади источника. После нагрева источником 3 части поверхности образца 1 и регистрации датчиком 4 ее предельной избыточной температуры изменяют режим работы источника 3 энергии, устаюнавливая гармоническии закон измене: ния его мощности (фиг. 2). В процес". се дальнейшего перемещения точечного источника 3 энергии, мощность которого изменяется теперь по гармоническому закону, осуществляют . нагрев источником 3 остальной части поверхности образца 1, измеряют в ее пределах разность фаз колебаний мощности источника 3 энергии и ре гистрируемой датчиком 4 предельной избыточной температуры нагреваемой поверхности образца 1, а также амплитуду колебаний указанной температуры.Для каждого иэ последующих образцов 2 осуществляют, нагрев части поверхности образца точечным источником 3 энергии, работающим в режиме постоянной мощности, регистрируют датчиком 4 температуры, жестко связанным с источником 3 энергии, предельную избыточную температуру нагреваемой поверхности образца по линии нагрева на.фиксированном расстоянии позади источника 3, затем изменяют режим работы источника энергии, устанавливая гармонический закон изменения его мощности, и в процессе нагрева остальной части поверхности образца точечным источником 3 энергии измеряют разность фаз колебаний мощности источника 3 и регистрируемую датчиком 4 предельную избыточную температуру нагреваемой поверхности образца, а так :. же амплитуду колебаний указанной гемпературы.При нагреве полубесконечного твердого тела подвижным точечным источником тепловой энергии постоян-ной мощности, перемещающимся по адиабатической поверхности тела с постоянной скоростью, предельная избыточная температура поверхности тела на линии нагрева позади источника, .регистрируемая датчиком температуры, жестко связанным с источником энергии, определяется по Формуле 9 = с (2 Юх ),где 0 - предельная избыточная температура поверхности тела налинии нагрева позади источника;% - теплопроводность-тела;х - расстояние от точечного источника энергии до точкирегистрации температурытела;- мощность точечного источниака энергии, поглощеннаятелом.Формула (1) справедлива и для образца конечных размеров, если они пре вышают расстояние х от точечного источника энергии до датчика темпегде 8,0 э -м )эм О) О.- -ратуры. Для эталонного образца формула (1) принимает вид где В - предельная избыточная температура поверхности эталонного образца на линии нагрева позади источника; 10теплопроводность эталонногообразца.Из формул (1) и (2) следует, что при постоянных и и (х теплопроводность исследуемого образца может быть определена из соотношения Для амплитуд колебаний предельных избыточных температур поверхностей исследуемого 2 и эталонного 1 образцов в точке регистрации температуры на линии нагрева (фиг. 1) справедливы соотношения (при постоянных и и х: предельные избыточные температуры поверхностей соответственно исследуемого и эталонного образцов в точке регистрации температуры на линии нагрева при постоянной мощности источника 40 энергии;амплитуды колебаний предельных избыточных температур поверхностей соответственно исследуемого и эталон ного образцов в точке регистрации на линии нагрева при изменении мощности источника энергии по гармо" ническому закону; БО температуропроводности соот. ветственно исследуемого и эталонного образцов;разность фаз колебаний мощ" ности источчика энергии и предельных избыточных темгератур поверхностей соответственно исследуемого и эталонного образцов. Выразив из соотношения (5) комбинацию чх через температуропроводность а , предельные избыточные температуры 6, В и разность фаз цэ эта лонного образца 1 и подставив ее в (4), получают Формулу для определения температуропроводности исследуеьшх образцов 2о 2 эм 2 ьмг Вм тВэм (6)1 о -- с 1 пВ (эТаким образом, осуществляя нагрев части поверхности каждого из последовательно расположенных эталонного и исследуемых образцов подвижным точечным источником тепловой энергии постоянной мощности, измеряя в процессе нагрева предельные избыточные температуры нагреваемых поверхностей по линии нагрева позади источника датчиком температуры, жестко связанным с источником энергии, затемв пределах каждого из образцов, изменяя режим работы источника энергии путем установления гармонического закона изменения его мощности и осущест.ляя нагрев остальной части поверхности каждого из образцов гармоническим источником энергии, измеряя в процессе нагрева разность фаз колебаний мощности источника энергии и регистрируемой дат" чиком предельной избыточной температуры поверхности образца, а также амплитуду колебаний указанной температуры, по Формуле (3) определяют теплопроводность каждого из исследуемых образцов, а по Формуле (6) - из температуропроводность.Предлагаемый способ характеризуется высокой производительностью определения тепловых свойств материалов (до 450 образцов в смену) и точностью,Погрешность определения теплопроводности и температуропроводности не превышает 1-23 Формула изобретенияСпособ определения теплофизических свойств материалов, включающий нагрев поверхности последовательно установленных эталонного и исследуемых образцов подвижным точечным источником тепловой энергии постоянноймощности, перемещаемым относительнонагреваемых образцов с постояннойскоростью, и регистрацию датчикомтемпературы, перемещаемым со скоростью перемещения источника энер 1 Збб 928гии на фиксированном расстоянии позади него, предельной избыточноститемпературы поверхности каждого иэобразцов по линии их нагрева, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения эффективности и увеличения точности определения, дополнительно в пределах каждого иэ образцов после нагрева источником частиповерхности образца и регистрациидатчиком ее предельной избыточнойтемпературы изменяют режим работыисточника энергии, устанавливая гармонический закон изменения его мощности, и в процессе нагрева источником остальной части поверхностиобразца измеряют разность фаз колебаний мощности источника энергии ирегистрируемой датчиком предельной 20избыточной температуры нагреваемойповерхности образца, а также измеряют амплитуду колебаний указанной "избыточной температуры, после чегопо результатам измерений,определяют температуропроводность и теплопроводность каждого из исследуемыхобразцов по формуламгде Ъ,ц О,э -м 18 эмтепло- и температуропроводность исследуемого образца;тепло- и температуропроводность эталонного образца;предельные избыточные температуры поверхностей соответственно исследуе" мого и эталонного образцов на линии нагрева при постоянной мощности источника энергии;амплитуды колебаний предельной избыточной температуры поверхностей соответственно исследуемого и эталонного образцов на линии нагрева при изменении мощности источника энергии по гармоническому закону;разность фаз колебаний мощности источника энергии и предельной избыточной температуры поверхностей соответственно .исследуемого и эталонного образцов.1366928 иг Составитель В, ГусеТехред М.Дидык рректор М. Демчик Лежании дак 6833/43 Тираз 847 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035) Москва) Ж, Раушская наб., д, 4