Способ определения теплофизических характеристик строительных материалов Советский патент 1983 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к строительной теплофизике и может быть использовано для определения теплофизических .характеристик и тепловых- потоков электрообогреваемых полов и грунтов.

Известен способ определения теплофизических характеристик строительных материалов, заключающийся в расположении нагревателя постоянной мощности между двумя исследуемыми образцами материала, помещенными между Ю двумя пластинами с заведомо отличающимися от образцов теплофизическими характеристиками, последующем нагреве образцов, измерении температуры на нагревателе, определении времени. 15 достижения измеренной температуры и вычислении искомых величин 1.

Однако этот способ не облгщает . достаточной точностью при определении теплофизических характеристик, . jn При осуществлении этого способа температура измеряется только на поверхности нагревателя, таким образом, не учитываются искажения теплового ПОЛЯ, вносимые из-за неоднородности 25 материала. Кроме того, этот способ не дает возможность определить коэфициент теплоотдачи, так как в данном случае не определяются данные ля расчета теплового потока в направлении поверхности исследуемого ма- 30 териала.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ определения теплофизических хаактеристик строительных материалов 35 етодом импульсного источника, заклюаклцийся в установке в исследуемом атериале электрического нагревателя виде плоской спирали, определении температуры на поверхности нагревате- 40 ля и в двух точках, симметрично расположенных относитель нагревателя и последугацим расчетом характеристик 2 .

Однако точность определения теплофизических парс1Мвтроэ этлм способом .не велика, особенно в случае определения коэффициента теплоотдачи, скольку не определяется градиент температуры в направлении рт поверхности. нагревателя к поверхности образ- - ца. Кроме того, весьма значительны погрешности, вносимые в определение теплофизических характеристик неодно родностыо материала.

Цель изобретения - повышение точ- 55 ности определения теплофизических характеристик строительных материалов.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения теп-60 лофизических характеристик строительных материалов, заключаквдемуся в установке в них электрического нагревателя в виДе плоской спирали, определении температуры на поверхности

нагревателя и в двух точках, симметрично расположенных относительно нагревателя с последующим расчетом характеристик, дополнительно измеряют температуру в точке, отстоящей от нагревателя на расстоянии, равном половине расстояния между аитками плоской спирали нагревателя, и в точке, расположенной на расстоянии, равном половине расстояния между предыдущей точкой и поверхностью образца, при этом в качестве симметрично расположенных точек выбирают точку, лежащую на поверхности образца, и точку, находящуюся в толще образца, а затем производят расчет по следующим формулам:

. ше44() wUV-b -t)

, (.-t4-;is)X (ty-tiX

nti-veH |f s(7ct,/2S)p- )ti д i:-b;ft-)P,(ft,o))P,(e.,)3B

.- (,),)

Л де

теплопроводность материала; коэффициент теплоотдачи между поверхностью материала и воздухом; температуропроводность маЭ. терисла;

сила тока в нагревательном проводе;

инапряжение, подаваемое на

нагревательный провод;

Sшаг нагревательного провода;

радиус нагревательного

гпровода;

hтолщина исследуемого слоя мате Уиала;

rtrb

Sb

гиперболический синус ве2.5 личины 7t:lt|2S;

Lдлина нагревательного провода;

температура воздуха в помещении ;

температура в точка, лежащей на поверхности образца . . . : .температура на поверхности нагревателя; . . . .

температура в точке, .отстоящей от нагревателя на расстоянии, равном половине расстояния между витками плоской спирали нагревателя;

т«мперауура в точке, расположенной на noisoBHHe расстояния между предьщущей точкой и поверхностью образца;

температура в точке, симметричной точке, лежащей на поверхности образца относительно нагревателя; t(t:)f t ftr}-производные no времени для температур t и В - расстояние между точками, в которых измеряют температуру t-i и Pi(B,o)PuB,i)PotB D)- квазиполиномы в р .измеряемых точках .w-i((i- о - I / Р / Р Че,0 fc iT/lTvir/ Ve.off-P. с ЧсМ- . На чертеже представлена схема, реализующая предлагаемый способ. В точках 1, 2, 3, 5 для измерения температуры t , t, t,, t, t помещаются термопары,. Температура в точке 4 на поверхности нагревательного провода определяется теоретически из расчетных формул. Сплошными линиями изображены изотермы температурного поля в исследуемом материале, полученные электромоделированием. Сущность предлагаемого способа состоит в разложении температурных перепадов в верхней и нижней частях электрообогреваемой среды на криволинейные составляющие по следующим формулам: vv-() ч-ч-(), а также выделением из общего температурного поля среды участка прямоли нейных изотерм. Последне.е возможно на том основании, что изменение конфигурации криволинейных составляющих изотерм прак тически подчиняется закономерностям изменения кривых Кассини, т.е. их выпрямление происходит на высоте, равной половине шага нагревательного п.ров6да. Это дает возможность создат расчетную схему и по ней определить тепловые потоки и все теплофизические характеристики электрообогреваемых материалов. Температуры t , t, t, опреде ляются, электронным потенциометром от термопар, установленных в точках 1, 2, 3, 5. Температуру t, зная значе I и напряжения U определяют по формуле t.-- 5Л. (3) 4- ( срответсвенно где F, .р , 20 каталожные значе ния сечения неиз лированного нагр вательного прово да, температурно го коэффициента электрического сопротивления, , удельного электричесЛого сопротивления, радиуса жилы, D - общая длина нагревательного провода. Тогда полезно использованная тепота (идущая вверх), равна (Ч- )sbCn;(if2S)f I, Потери теплоты (теплота, идущая низ), равна (ч- )ТЬА (tg-t,S. 42. EntS|cn;r)5Vitn:t,|25)3 Общий сток теплоты от одного погоного метра.нагревательного провода Q-0 л - UU-ti-bg)TcX IU ,(f(;(ie) U Далее по формуле определяют теплоровод среды 1 - eHi:s|()Sli(lCtiKe)3 Lieeat4-fc -t5) После определения значения X с четом формулы (4) расчитывают коэфициент теплоотдачи среды к воздуху , (.1 4-ti-t6)7CA C-tg-tiU 2tt,--t5)eйЙ/(la),|25Я Me)h (8) Коэффициент температуропроводности пределяется в процессе изменения емпературы до установившегося знаения с использованием квазинолиноов по следукяцей формуле: а С-Ь(г)Р1 :а.о-1 )Р,(в. Ьа (B,r) -t-, ft) Po(.S,o) -t 5(c) PocB.l) Пример. Измеряют теплофиические характеристики бетонного лектрорбогреваемого поля, толщиной авной 100 мм. Глубина укладки нагреателя равняется 50 мм, шаг агревательными проводами 35 мм. Темература воздуха , радиус нагревательного провода составляет 1,5 мм. результате измерения температуры в характерных точках получены следук)щне значения: t 35С; t 38,i°Cj t(,. Ток нагревателя равен 6,5 А, напряжение на нагревателе 22 В, Длина нагревателя 21 м. В результате расчета по формуле получены следующие значения теплофизических параметров} X 0,90 Вт/мс о в 9,45 , tlT 1°С/ч,- tl3b9°C/4j ,0024 м /ч.

51029060О

Пример. Измеряют теплофи-9,8 ) tl 1,0°С/ч,

эические характеристики электрообо-а 0,00140 .

греваемого грунта, толщиной равной При измерении теплофизических ха500 мм. Глубина укладки нагревателярактеристик предлагаемым способом

равняется 250 мм, шаг между нагрева-точность измерений составляет 24. Потельными проводгши 60 мм. Температу- 5вышение точности при измерении предра воздуха , радиус нагрева-лагаемым.способом объясняется тем,

тельного провода 1,50 мм. В результа-что при расчет х учитывается градиенФ

те измерения температуры в характер-температуры в направлении от поверхных точках получены следующне значе-ности нити обогревателя к поверхносНИЯ1 t5-38,9°C 10 ти среды, а также более широкой зоt4 4e C . Ток нагревателя ра-ной измеряемой области. Предлагаемый

вен 6 А, напряжение на нагревателеспособ дает возможность за счет выбо220 В, UW.Hd нагревател я 220 м. В ре-ра оптимального режима нагрева электэульта в расчета по фо{Я4улам получе-рообогреваемых полов и грунтов саконы следукздиезначения теплрфизичес- 15номить до 12% потребляемой электроких лараметровt Л-1,2 Вт/м°С о в энергии.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ, заключающийся в том, что создают тепловой поток нагревателем в виде плоской спирали, определяют температуры на поверхности нагревателя и в двух точках, симметрично рас положен