Устройство для измерения теплопроводности твердых материалов Советский патент 1990 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к области исследования теплофизических свойств, а именно, к измерению теплопроводности твердых материалов.

Целью изобретения является сокращение времени измерений и расширение области применения.

Выполнение теплопроводящих блоков в виде тепловых труб позволяет существенно снизить тепловую инерционность блоков и тем самым сократить время проведения измерения за счет сокращения времени выхода устройства на стационарный тепловой режим.

На чертеже представлена конструктивная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит два теплопроводящих блока, каждый из которых выполнен в виде тепловой трубы, в корпусе 1 которой содержится капиллярная . структура 2 и теплоноситель (жидкость в капиллярной структуре 2 и ее пары

внутри корпуса 1). Наружная поверхность корпуса 1 имеет зоны нагрева 3 и охлаждения 4. Одна из этих труб (на чертеже верхняя) снабжена некон- денсирующимся газом 5. В ее зоне 3 нагрева установлен нагреватель 6, а в зоне 4 охлаждения размещена контактная поверхность 7 На корпусе 1 другой трубы контактная поверхность 7 размещена в зоне 3 нагрева, а тепломер 8 - в зоне 4 охлаждения. Между контактными поверхностями 7 установлена образец 9.

Капиллярная структура 2 может быть изготовлена из металлического войлока, металлической сетки или другого пористого материала и может быть выполнена в виду резьбовых или концентрических канав ок на внутренней поверхности корпуса 1. Материал корпуса 1 и капиллярной структуры 2 выбирается из соображений совместимости с теплоносителем. В качестве теплоносителя

W

ел

может быть вода, спирт, ацетон или жидкие металлы. Выбор зависит от уровня рабочих температур устройства. Неконденсирующимся газом может быть воз-. дух или любой инертньш газ. Контактные поверхности 7 имеют плоскую форму. Для предотвращения возникновения кон вективных потоков и уменьшения боковых потерь тепла образец 9 должен Q быть окружен экранами (не показаны).

Устройство для измерения теплопроводности работает следующим образом.

При подготовке к измерениям разводят тепловые трубы, включают нагрева- 15 тель 6 и перегревают Трубу с неконденсирующимся газом 5 относительно другой тепловой трубы на несколько градусов (величину перегрева определяют в градуировочных опытах с эталонными 20 образцами). При этом тепло носитель в капиллярной структуре 2 в зоне 3 на- грева испаряется, его пары конденси- ;руются на внутренней поверхности кор- inyca 1 в зоне 4 охлаждения, оттесняя 25 вверх неконденсирующийся газ 5. Охлаждение корпуса тепловой трубы осуществляется естественной конвекцией окружающей среды. Конденсат теплоносителя под действием сил тяжести стекает . JQ вниз и при помощи капиллярной структуры 2 равномерно распределяется по внутренней поверхности корпуса 1 в зоне 3 нагрева.

Далее контактные поверхности 7 про-j мьшают, см&зывают контактной смазкой, образец 9 устанавливают йа контактную поверхность 7 тепловой трубы с тепломером 8 и опускают другую тепловую трубу, зажимая образец 9 между кон- 0 тактными поверхностями 7. В этом случае тепловой поток от нагревателя 6 передается дополнительно через образец 9 к тепловой трубе с тепломером-8. Так как нагреватель 6 включен постоян- 5 но, то с тепловой трубы с нагревателем 6 окружающей средой снимается меньшее количество тепла. Однако ее температура остается практически неизменной благодаря тому, что тепловая труба ча- стично заполнена неконденсирующимся газом. Тепловой поток, прошедший через образец 9, испаряет теплоноситель из капиллярной структуры тепловой трубы с тепломером 8, пары конденсируются е на внутренней поверхности корпуса 1,

а конденсат под действием капиллярных сил и сил тяжести поступает вновь в зону 3 нагрева. Охлаждение этой тепловой трубы осуществляется также естественной конвекцией окружающей среды.

Если диаметр тепловых труб 10 мм, толщина стенки корпуса 1 мм, длина 200 мм, то объем металла, из которого выполнены тепловые блоки, составляет менее 20 см, т.е. более чем в 30 раз меньше объема блоков известного устройства (диаметр каждого блока 80 мм, высота 75 мм). Следовательно, инерционность блоков уменьшит ся в 30 раз, что влечет за собой сокращение времени измерения также в раз.

Постоянство температуры тепловой трубы с неконденсирующимся газом поз- воляет иметь неизменную в процессе проведения серии измерений температуру отнесения.

Кроме того, новым и существенным в предлагаемом устройстве является то, что тепломер, установленный в зоне охлаждения тепловой трубы, не контактирует с образцом. Это позволяет существенно упростить его конструкцию и обеспечивает возможность проведения измерений на образцах произвольной геометрии без дополнительных измерений, что позволяет расширить область применения устройства.

Формула изобретения

Устройство для измерения теплопроводности твердых материалов, включающее два теплопроводящих блока, один из которых снабжен нагревателем, другой - тепломером и оба - датчиками температуры, расположенными на поверхностях, контактирующих с исследуемым образцом, отличающееся тем, что, с целью сокращения времени измерений и расширения области применения, теплопроводящие блоки выполнены в виде тепловых труб, одна из которых снабжена неконденсирующимся газом с нагревателем в зоне ее контактирующей поверхности., а тегшомер на второй тепловой трубе охватывает ее внешнюю поверхность в зоне охлажде- . ния.

8 J 2

Изобретение относится к экспериментальной теплофизике - к устройствам для определения теплопроводности твердых материалов. Цель изобретения - сокращение времени измерений и расширение области применения. Устройство содержит два теплопроводящих блока, один из которых имеет нагреватель, а другой - тепломер. Указанные блоки выполнены в виде тепловых труб, одна из которых снабжена неконденсирующимся газом с нагревателем в зоне ее поверхности, контактирующей с исследуемым образцом, а тепломер на второй тепловой трубе охватывает ее внешнюю поверхность в зоне охлаждения. 1 ил.