Способ определения теплофизических характеристик анизотропных материалов

(5)5 6 01 М 25/1/ ЕНИ Е ИЗОБР ОПИС к теплофизичеыть использоваго комплекса стиканнзотроп. личе путем зиче- ериа тановоб; на сти от- ератуующей ые моГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ(71) Институт прикладных проблем механики и математики АН УССР(56) Авторское свидетельство СССР М 1200177, кл. 6 01 й 25/1/, 19/5.Авторское свидетельство СССР М 12737/2, кл. 0 01 й 25/1/, 19/6.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИ ИЧ ЕСКИХ ХАРАКТЕ РИ СТИК АН ИЗОТРОПНЫХ МАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение относится к теплофизическим испытаниям и может быть использовано при определении теплофизических свойств горных пород, строительных матеИзобретение относитс ским испытаниям и может б но для измерения все теплофизических характер ных мате иалов. рЦелью изобретения является ув ние объема получаемой информации определения всего комплекса теплоф ских характеристик аниэотропных ма лов,На фиг.1 схематично показана ус ка, реализующая предлагаемый спос фиг.2 - график временной зависимо ношения значений избыточной темп ры, измеренных в точке, соответств центру пятна нагрева, в фиксирован н менты времени,1659816 А 1 риалов, в исследовательской практике и в технологическим контроле. Цель изобретения - увеличение объема получаемой информации путем определения всего комплекса теплофизических характеристик аниэотропных материалов, Для этого в способе нагрев исследуемого образца в форме слоя осуществляют неподвижным нормально распределенным источником тепла, а измерение температуры проводят на верхней и нижней поверхностях пластины на фиксированном расстоянии от центра, а также в центре пятна нагрева в фиксированные моменты времени по двум взаимно перпендикулярным направлениям, после чего по измеренным данным определяют искомые теплофизические характеристики с по- Я мощью установленных математических зависимостей. 2 ил. Установка содержит образец 1, нормально распределенный источник 2 тепловой энергии, датчики 3 температуры, размещенные сверху и снизу исследуемого анизотропного образца 1,Способ осуществляют следующим образом.Над образцом 1 в виде аниэотропного слоя заданной толщиныустанавливают источник 2 энергии, в центре. пятна нагрева которого условно выбирают начало прямоугольной декартовой системы координат х 1 х 2 хз. Направление осей х) и х 2 выбирают произвольным образом, направление оси хз - вертикально вниз (см,фиг.1),После этого устанавливают датчики 3 температуры: три датчика для измерения температуры верхней поверхности слоя вмента были получены следующие результаты: Оо =. 28,9; О 1 = 4,5 о; О 2 = 6,3;= 1.15; О 4 = 15,3 о; % = 2,8 о; 6 = 4,1 о; О 7 = 11,7 о; Йз=4,6 о; 6 =5,4 о; Ою=2,3 о. На основании5 полученных данных определяли зна -2,).2, 1 -2,-2,чения параметров; п 1 = 18597,6 м п 2 = 15232,9 м; р 1 = 1146,8 м; р 2 = 897,4 м рз = 794,8 м; п 1" = 9335,5 м; п 2 = 7731,9 м рз = 400,2 м; по = 3537,7: по = 13885,1.10Затем вычисляли параметро по= 0,802 и из графика функции ф(Го 1 ) определяли величину Р о 1= 0.194. После этого по формулам (2 и (3) находили азз = 1,5714 10 м /с, Сч= Р = 2093840 Дж/(м .град), Лзз = 3,29 Вт/(м.град). Г 2Далее из формул (4) определяли параметры( 1 с 11 = 0,8441, 1(12 = 0,04876, 11 з = 0,05158,20122 = 1,0369, 12 з = 0,07797. Соотношения Лц = Ь 1 Лзз и а = Ьазз,позволили найти коэффициенты теплопроводности и температуропроводности: Л 11 = 2,777 Вт/(м.град),-б 2а 12 == 7,662 10 м /с, абаз = 8,106 10" м /с, а 22 =1,629 10 м /с. а 2 з= 1,225 10 м /с. к 30 Способ позволяет на одном образце определить весь комплекс теплофизических характеристик анизотропного материала. ) Способ может найти применение приопределении теплофизических свойств горных пород, строительных материалов, в исследовательской практике и при технологическом контроле. 1"г (огэ 1 (3 раи алге(4 Из соотношений Лл = Ь; Лзз, ал = Ь 1 азз, а также из формул (2), (3), (4) следуют выражения, приведенные в формуле изобретения для расчета искомых характеристик.Предлагаемый способ определения теплофизических характеристик анизотропных материалов прост и не требует сложной аппаратуры.П р и м е р. Эксперименты проводились на образце из минерала кварцита - анизотропного материала. Образец был выбран в форме слоя толщины= 0,9 см. В качестве источника тепловой энергии использовали ;луч лазера с параметрами: плотность о = 5000 Вт/см, коэффициент сосредоточенности распределения плотности тока по-2 сечению теплового потока к = 100 см, длительность импульса тк = 500 мс.Измерения избыточной температуры проводились в одиннадцати точках, приведенных в описании. Моменты времени измерения выбирались равными х 1 = 10 с, 2 т 1= 20 с, расстояние от центра пятна нагрева до точек измерения температуры на поверхностях слоя б = 1 см. В ходе эксперил с=,"," ,(оГ.,1 9,Ьл Ъ;аа. - аД,О%,1Путем решения системы и ческих уравнений 4 а"1(14,1 1: и,ь 8 а ь, К "1-" д 2 з) 2 по Гопределяют величины Ки 12, которые выражаются чер рг и рз следующим образом: нпп 2-(Рз)2 4 с 1 зэ КлИ; Р;+Р; Рэ(Ь Р 1+Р 2 Р 31Ь 2 Рх+ Р Ръ Формула изобретения Способ определения теплофизических характеристик аниэотропных материалов, включающий нагрев исследуемого образца источником тепла и измерение температуры, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения объема получаемой информации путем определения всего комплекса теплофизических характеристик, осуществ- ляют нагрев исследуемого образца в форме слоя неподвижным нормально распределенным мгновенным источником тепловой энергии, регистрируют избыточные температуры на верхней поверхности слоя в центре пятна нагрева и в двух точках, расположенных на взаимно перпендикуляр ных осях, проходящих через центр пятнанагрева на одинаковом фиксированном расстоянии от него, а также в точке, полученной при пересечении перпендикуляров, восстановленных иэ точек, расположенных на взаимно перпендикулярных осях, и в трех1659816 8 Составитель Н.ГрищенРедактор М,Циткина . Техред М.Моргентал Корректор О.Ципл Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 аказ 1837 Тираж 401 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5