Способ определения коэффициента теплопроводности больших массивов неоднородных сред Советский патент 1993 года по МПК G01N25/18 

сл

с

Изобретение относится к теплофизиче- ским измерениям и может быть использовано для определения теплопереносных характеристик грунтов. Сущность изобретения заключается в том, что на поверхности исследуемой среды устанавливают гибкий трубопровод, теплоизолируют его от окружающего воздуха и измеряют температуру на входе в трубопровод и на его выходе с последующим вычислением искомой характеристики. Определение последней может быть осуществлено и путем изменения расхода теплоносителя до достижения температурой теплоносителя на выходе из трубопровода заданного значения и использования градуировочных зависимостей. 1 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к тепловым испытаниям, а именно к измерениям теплопроводности массивных тел с крупномасштабными неоднородностями, и может быть использовано в практике инженерно-строительных изысканий для решения задач по расчету условий теплообмена строящихся инженерных сооружений с подстилающими мерзлыми грунтами,

Цель изобретения - повышение точности и сокращение времени проведения испытаний.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе определения коэффициента теплопроводности больших массивов неоднородных сред, включающем приведение te контакт трубопровода с исследуемой средой, прокачивание через трубопровод теплоносителя с заданным расходом, имеющего постоянную температуру1 на входе в трубопровод, отличную от начальной температуры среды,и измерение температуры теплоносителя на входе в трубопровод и на его выходе в стационарном тепловом режиме с последующим вычислением искомой характеристики, размещают на поверхности исследуемой среды гибкий трубопровод, теплоизолируют его от окружающего воздуха, а искомую характеристику рассчитывают по формуле

00

го VJ

О О

со

з С G (tn - tK)

Аl-(tH-tc)

z,

где С, G - соответственно теплоемкость и расход теплоносителя;

I - длина трубопровода;

гнЛк-соответствен но температура теплоносителя на входе в трубопровод и на его выходе;

Z - коэффициент, учитывающий геометрические размеры трубопровода и теплоизоляции.

При этом расход теплоносителя изменяют до получения заданного значения его температуры на выходе из трубопровода.

Пример 1. На исследуемом массиве горных пород размещают гибкий трубопровод из эластичного материала. Протяженность трубопровода выбирается такой, чтобы была возможность перекрыть размеры наибольших неоднородных включений. Теплоизолируют трубопровод совместно с прилегающим участком грунта. Закачивают в трубопровод жидкость или газ с постоянной температурой, отличной от температуры исследуемой среды. После установления стационарного процесса теплопередачи измеряют температуру теплоносителя на выходе из трубопровода. Затем определяют теплопроводность по приведенной формуле. В зависимости от условий исследований используют жидкости, имеющие различные температуры замерзания (вода, керосин, спирт или газ).

Пример 2. Задача по определению теплопроводности больших массивов может быть решена также путем подбора расхода жидкости для обеспечения постоянного перепада температур жидкости на входе и выходе из трубопровода. Эта задача упрощается, если используют во всех исследованиях трубопровод постоянной протяженности и поддерживают постоянный перепад между температурой жидкости на входе в трубопровод и начальной температурой грунта (). В этом случае по предварительным экспериментам на материалах с известной теплопроводностью получают градуировочные зависимости для различных теплоносителей, которые в дальнейшем используют для определения теплопроводности горных пород.

к с

При стационарном режиме течения жидкости в трубе падение температуры определяется отводом тепла в окружающую среду, то есть ее теплопроводностью

0

5

0

5

0

5

tn trp t Я .. - -expC- -Z)

Коэффициент Z учитывает термическое сопротивление. Для случая теплоизолированного трубопровода, расположенного на поверхности, этот коэффициент представляет собой соотношение полных эллиптических интегралов 1 рода Z K(l)/K(k), модули которых к и к определяются соотношением между размером контакта трубопровода с грунтом и размерами теплоизоляции.

После несложных преобразований получается выражение для расчета коэффициента теплопроводности горного массива, приведенное в формуле изобретения. Формула изобретения 1. Способ определения коэффициента теплопроводности больших массивов неоднородных сред, включающий приведение в контакт трубопровода с исследуемой средой, прокачивание через трубопровод теплоносителя с заданным расходом, имеющим постоянную температуру на входе в трубопровод, отличную от начальной температуры среды, и измерение температуры теплоносителя на входе в трубопровод и на его выходе в стационарном тепловом режиме с последующим вычислением искомой характеристики, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и сокращения времени проведения испытаний, размещают на поверхности исследуемой среды гибкий трубопровод, теплоизолируют его от окружающего воздуха, а искомую характеристику рассчитывают по формуле

40

, C-G(tH-tK) (tH-tc)

Z,

где С, G - соответственно теплоемкость и расход теплоносителя;

I - длина трубопровода;

tn, XK - соответственно температура теплоносителя на входе в трубопровод и на его выходе;

Z- коэффициент, учитывающий геометрические размеры трубопровода и теплоизоляции.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и - с я тем, что расход теплоносителя изменяют до получения заданного значения его температуры на выходе из трубопровода.