Способ определения коэффициента теплоотдачи Советский патент 1992 года по МПК G01K17/20 

ел

С

Использование: Телефизический эксперимент, измерение тепловых характеристик акустическими методами. Сущность изобретения: образец нагревают до установления стационарного теплового режима. Нагрев осуществляют ультразвуком путем возбуждения колебаний образца на резонансной частоте трез- После прекращения нагрева измеряют время г тепловой релаксации резонансной частоты до значения рез. Коэффициент теплоотдач и а определяют по формуле а. р Ср М/т S где /э,Ср. V, S - плотность, теплоемкость при постоянном давлении, объем и площадь поверхности образца соответственно.

Изобретение относится к физическим измерениям тепловых характеристик акустическими методами, в частности, для оценки теплоотдачи.

Известен метод теплового следа основными операциями являются разогрев образца, регистрация температуры и обработка результатов измерений. Причем для разогрева образца и регистрации температуры используются различные технические средства. Например, нагрев осуществляют с помощью теплового обдува электрическим методом, способом СВЧ и т, д. Температуру регистрируют термодатчиками (термосопротивление, термопара, термозонд), ИК-методами и т.д. Например при определении коэффициента теплоотдачи нестационарным методом регистрируют быстроту нагрева теплового зонда. Этот метод использован при исследовании паровых котлов, причем тепловой зонд в этом случае

помещают в исследуемую жидкость. Контролируемые образцы могут иметь небольшие размеры (2,0x2, мм, а также открытую пористость. Из-за последнего обстоятельства образцы нельзя помещать в жидкость, по скорости разогрева которой можно было бы с помощью теплового зонда определять теплоотдачу. Если же поместить тепловой зонд в воздушную среду, окружающую образец, то вследствие существенно меньшей теплопроводности воздуха в сравнении с жидкостью возникает ряд трудностей: искажение температурного поля вследствие теплоотвода по зонду; влияние колебаний температуры окружающей среды и, следовательно, необходимость дополнительного термостатирования теперь уже теплового зонда.

Кроме того, из-за малых размеров образцов возникает необходимость миниатюризации теплового зонда и проведение

2

О v|

ю

00

измерений в нескольких точках среды для исключения погрешностей в измерении температуры.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ оп- ределения местных коэффициентов теплоотдачи, в котором стационарный температурный режим изделия достигается с помощью воздушного обдува, а регистрацию температуры осуществляют приклейкой термопары, для чего в стенке контролируемого изделия с внутренней стороны делают выемку замкнутого канала. Таким образом, в операции поддержания температурного режима и регистрации температуры разделены и осуществляются различными средствами. Кроме того, здесь происходит разрушение изделия.

Цель изобретения 4- упрощение процесса контроля коэффициента теплоотдачи путем исключения операции измерения температуры образца при одновременном совмещении нагрева и контроля резонансной частоты на одной акустической установке.

Поставленная цель достигается тем, что образец подвергают стационарному разогреву и процесс измерения температуры осуществляют с помощью ультразвука по величине изменяющейся резонансной частоты образца, при колебаниях на которой и происходит его саморазогрев, т. е. процессы разогрева и регистрации температуры совмещены и осуществляют на одних и тех же технических средствах.

Способ осуществляют следующим образом.

Контролируемый образец подвергают возбуждению ультразвуком на частоте резонанса при большой амплитуде деформации ( 5.). По мере самораэогрева образца его резонансная частота изменяется, при этом частоту возбуждения синхронно перестраивают, отслеживая уход резонанса образца. Конкретно для образцов марганец-цинкового феррита размерами 2,0x2,0x9,8 мм проводят возбуждение на резонансе ,050 кГц, это приводит со временем к саморазогреву и изменению резонансной частоты образца. Через каждые 10 с после возбуждения производят РИД измерений резонансной частоты вплоть до ее стабилизации: 244,050; 244,050; 244,045; 244,041; 244,041; 244,040. Соответственно каждые 10с перестраивают частоту возбуждения образца соответственно с уходом резонанса.

Из уравнения теплового баланса следует, что разогрев колеблющегося резонатора подчиняется закону

тй-с--

АТст Тст-Т0 - стационарный +

)

где

ЦТ

рСр 0 зогрев,

q - плотность диссипируемой в резонаторе акустической мощности; То - начальная температура.

Учитывая, что уД Т, где у

температурный коэффициент частоты, Дг Но, закон изменения резонансной частоты при саморазогреве имеет вид

Af AfCT( ).

ГДе AfcT AfM3KC fcr-fo ИЛИ

/ I МяКСt

n-f---- - j откуда время тепловой релаксации т отвечает моменту t, когда максимальный размах в изменении частоты AfcM превышает текущее значение V-f в в (2,7) раз.с

Тогда Ine 1 т.

При этом время тепловой релаксации, контролируемое по скорости изменения резонансной частоты в ходе саморазогрева, составляет т 50 i 20 с, соответственно

коэффициент теплоотдачи, рассчитываемый по формуле a pCpV/r S,составляет 31 ±8 Вт/м2К (СР 564 Дж/кпК. /о 5-103кг/м3). ч Формула изобретения Способ определения коэффициента

теплоотдачи, заключающийся в нагреве образца до установления стационарного теплового режима, отличающийся тем, что, с целью упрощения, нагрев осуществляют саморазогревом ультразвуком путем

возбуждения колебаний образца на резонансной частоте fpes, после прекращения нагрева измеряют время т тепловой релаксации резонансной частоты образца до значения fpes, а коэффициент а теплоотдачи

определяют по формуле a /oCpV/rS

где /о,Ср, V, S- плотность, теплоемкость при постоянном давлении, объем и площадь по- верхности образца соответственно.