Способ определения теплофизических характеристик материалов Советский патент 1990 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к теплофи- зическим измерениям и может быть использовано при определении теплофизических характеристик материалов.

Целью изобретения является повышение точности определения теплофизических характеристик.

Изобретение основано на измерении тепловой мощности нагревателя, расположенного между пластинами составного образца, и температур поверхностей пластин при двух темпах нагрева U, и U,,. При этом отношение темпов нагрева лежит в диапазоне 1,,,5. Переход на новый режим осуществляется при условии, чтобы квазистационарный тепловой режим при двух различных темпах нагрева образца начинался при одинаковых среднеинтеграль- ных его температурах.

Расчет теплофизических характеристик при двух тепловых режимах, соотношение темпов нагрева которых попадает в указанный интервал, проводится по формулам

,(q ;+qp - U

и, (At; +дф;

2 q l&t1,1 +q;&4)-(qX+qЈ&t4)

с Р ь U7(A tf ZM at Г+Щ)1 ;

u.Cq . +q ibU.Cqi+q;) (qTit qlAtp (q ty;qfut;J

31562820

де h - толщина пластины

образца;

qij&t id- соответственно тепловые потоки на внутренней поверхности образца и перепады температуры по толщине образца пластин при темпе JQ нагрева U, ;

q 1, q1 u t ,At - вышеуказанные параметры при темпе нагдлду ур дл

дл

ко

Для определения объемной теплоемкости используют уравнение (3), а корева U,n .

Данные формулы получены на основа- |5 эффициент температуропроводности на- нии решения уравнения сохранения энер- ходится из известного соотношения гии для двух тепловых режимов. а ft/Cp: , „ , г ,

Коэффициент теплопроводности /I при j Cph(u, bt -U, &t, )2(q, it1, -u.t , q (); известном тепловом потоке на обеих |Cph(Ujut -uI|4t2) 2(q 2it -ut zq). плоскостях плоскопараллельной пласти- JQ ны определяется по формуле

чд + qs h

Ъ --5-.-Г, (1)

где q

ft

2 &t

- соответственно плотности теплового потока на про тивоположных поверхностях пластины; h - толщина пластины; fit - разность температур по

толщине h.

При известном тепловом потоке на одной поверхности исследуемой пластины исключаем тепловой поток q

ЧБ ЯА.-.ЛЧ

И 1Ь

wj u u| l-l/ -44|LJt- I Iч - ч kj - у J ьл ЈS -ччти. / .rt/

На чертеже изображена схема измерительного устройства, поясняющая способ определения теплофизических характеристик.

Испытуемый образец, состоящий из 25 ДВУХ плоскопараллельных пластин 1 и 2 равной толщины с одинаковыми теплофи- зическими свойствами, помещен в тепло изолирующую камеру 5. Между пластинами находится плоский нагреватель, сос тоящий из центрального 3 и охранного Ц. К нагревателю подводят постоянную электрическую мощность. Поддерживая температуры поверхностей образца и поверхности камеры одинаковыми, исключают тепловое излучение между обD/ HV - b-IIJI U V ri JJI -t4 liri riW/lT JTVJ4S

Тогда уравнение (1) моншо перепи- 35 ра3цом и стенками камеры. После нассать в виде

Я

(2qA - uq) h

тупления квазистационарного теплового режима фиксируют температуры на внешней и внутренней поверхностях пластин, время эксперимента и тепловую мощность нагревателя. Второй тепловой режим осуществляют при уменьшении тэмпа нагрева образца путем подвода к нагревателю энергии меньшей величины, причем новый темп нагрева Л5 находится из диапазона 1 ,8 U,/U,, 5. Данный диапазон получен на основании проведенного экспериментального исследования при различных темпах

Выражая величину & ч через объемную теплоемкость Дч - CphU, получа- ем

А - (2q - CphU).h/2u t.. Составляем систему уравнений для двух опытов при различных тепловых режимах

2 Htl(2ql-rj)hU )h -для первого

теплового режима2fllt -(2q )h -для второго

40

тупления квазистационарного теплового режима фиксируют температуры на внешней и внутренней поверхностях пластин, время эксперимента и тепловую мощность нагревателя. Второй тепловой режим осуществляют при уменьшении тэмпа нагрева образца путем подвода к нагревателю энергии меньшей величины, причем новый темп нагрева Л5 находится из диапазона 1 ,8 U,/U,, 5. Данный диапазон получен на основании проведенного экспериментального исследования при различных темпах

рева. Сравнение результатов определетеплового ре- 50ния теплофизических характеристик

жима.проводилось по отношению к стационарРешив эту систему уравнений отно-ному методу с погрешностью менее 3%.

сительно Д и С р находим зависимостиНа основании проведенного исследовадля расчета теплопроводности и объем-ния было установлено, что при Ut /U,,5

55и U,/Un 1,8 отклонение величины тепнои теплоемкостилопроводности от величины, полученной h(q U, - q U ,, )

/Д г;-.........,...-- j(2J

Ut U, - iU U,,

стационарным методом, составляет мень ше 1% и имеет минимум при U,/U|, 2,8.

2(q;&t - ut q ,)

СР ь(

(3)

Для определения теплопроводности для двух пластин с расположенным между ними нагревателем воспользуемся уравнением (2) для первой пластины. .

и; -ль;и ь(Ч Х-яХ

для второй пластины

,| ... . .1 „

к i

Hut i и - 6t t u i )h(q Xrq№

Для определения объемной теплоемкости используют уравнение (3), а ко|5 эффициент температуропроводности на- ходится из известного соотношения а ft/Cp: , „ , г ,

j Cph(u, bt -U, &t, )2(q, it1, -u.t , q (); |Cph(Ujut -uI|4t2) 2(q 2it -ut zq). JQ

И 1Ь

wj u u| l-l/ -44|LJt- I Iч - ч kj - у J ьл ЈS -ччти. / .rt/

На чертеже изображена схема измерительного устройства, поясняющая способ определения теплофизических характеристик.

Испытуемый образец, состоящий из 25 ДВУХ плоскопараллельных пластин 1 и 2 равной толщины с одинаковыми теплофи- зическими свойствами, помещен в теплоизолирующую камеру 5. Между пластинами находится плоский нагреватель, состоящий из центрального 3 и охранного Ц. К нагревателю подводят постоянную электрическую мощность. Поддерживая температуры поверхностей образца и поверхности камеры одинаковыми, исключают тепловое излучение между об HV - b-IIJI U V ri JJI -t4 liri riW/lT JTVJ4S

35 ра3цом и стенками камеры. После нас

тупления квазистационарного теплового режима фиксируют температуры на внешней и внутренней поверхностях пластин, время эксперимента и тепловую мощность нагревателя. Второй тепловой режим осуществляют при уменьшении тэмпа нагрева образца путем подвода к нагревателю энергии меньшей величины, причем новый темп нагрева находится из диапазона 1 ,8 U,/U,, 5. Данный диапазон получен на основании проведенного экспериментального исследования при различных темпах

лопроводности от величины, полученной

стационарным методом, составляет меньше 1% и имеет минимум при U,/U|, 2,8.

Предлагаемый способ позволяет повысить точность определения искомых характеристик за счет увеличения информативности способа.

Формула изобретения

Способ определения теплофизических характеристик материалов на образце в виде плоских пластин, включающий на|- рев образца нагревателем, размещенным между пластинами, поддержание нулевой разности температур между образцом и теплоизолирующей камерой, изме- рение в квазистационарном режиме мощности нагревателя, температуры на поверхностях пластин и определение темпа нагрева образца, по которым рассчитываются искомые характеристики, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения теплофизических характеристик, уменьшают мощность нагревателя до величины, обеспечивающей соотношение перво- начального темпа нагрева U, и последующего U.. в диапазоне 1,,/Un - 5,

1562820

где h

а теплопроводность исследуемого материала, его объемную теплоемкость Ср и коэффициент температуропроводности а определяют по формулам

htu, (Ч; ,; urrflTt ;at)-u( u tf+atj) ;

+qUtJ),) ()-u7()3

((qf +qJ)-UI( (q| )

3 zCCq .At1, Utn2)-( )T - толщина пластины . образца;

q ,AtJ,ut- соответственно тепловые потоки на , внутренней поверхности образца и перепады температуры по толщине пластин при темпе нагрева

q 1 .,- вышеуказанные параметры при темпе нагрева U. .

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для определения теплофизических характеристик материалов. Цель изобретения - повышение точности определения теплофизических характеристик. Теплопроводность, объемную теплоемкость и температуропроводность определяют квазистационарным методом нагрева образца, в среднем слое которого размещен нагреватель, при двух режимах нагрева. Нагрев образца на втором режиме уменьшают до величины, обеспечивающей соотношение первоначального темпа нагрева и последующего в диапазоне 1,8 ... 5,0. 1 ил.

//

/