Способ определения теплового потока Советский патент 1974 года по МПК G01N25/18 

найти величиву теплового импульса MaKCMManbHiB температ ру в фиксиро ванной точке образца и время поотупления этого максимума. Имеется разновидность этого метода для сферического образца, однако массовое изготовление сферическ1тх образцов достаточно о ЛОЖЕЮ, что сужает область применения метода. Для массовых испытаний наиболее приемлемым является плоский образец, например такой, который используется в способе определения удельной теплоемкости методом мгновенного теплового импульса. Од нако определение одной теплоемкост совершенно недостаточно, Известен также способ, когда в одном эксперименте определяют сразу две (т,е. практически все) теплофизические характеристики, учитывая существующую между ними зависимость Л аСо) (1), причем данные изг юряются в следующих единицах: л - ккал-м час. град; а Су кка71/м . град. Порядок эксперимента следующий. В середину образца, имеющего форад брса сечением 0,2 х 0,2 м и д/шиои 0,4 м, закладывают полый латунный .диск. Диск имеет трубки Я.ЛЯ залива в него йсн.дкости и установки термометра, которым измеряют его температуру. На некотором расстоянии от плоскости .диска против его центра в образце устанавливают термометр или термопару. Образец термос та тиру ют вместе с .диском, по сле чего в начальный момент эксперимента в .диск заливают опре.деленное количество рабочей жи.дкости (воды) , температура которой отличается от температуры образца, В результате в образце по обе сторон от диска симметрично создаются теп ловые волны, имитиругадае волну мгновенного теплового импульса, ; при которой температура в любой . точке образца повышается, достигает максимума, затем снижается (дяя случая охлавдения изменение бу.дет обратным, т.е. будет происхо.дить понижение температуры, а затем повышение ее). Рабочую жидкость через некото рое время выпускают из .диска, пред варительно измерив ее конечн.ую емпературу, что дает возможность о ее теплоемкости определить иненсивнооть , QQ г.део,- интенсивность импудЬса, ккал/м ; Q - моодюсть источника; F - площадь теплообмена, В эксперименте измеряют также время Гм , в течение которого в точке образца .достигается максимальная Тили миниматшная) темпеВатура, и величину после.цней tw. о этим .данным вычисляют вначале температуропроводность образца: где x - расстояние точки замера от пиоокости .диска, м; ТА/ - время .доотикения максимума, час, а затем объемную теплоемкость по формуле о5 f+„(tg-t) FX I Xitfi ) где fi - половина количества тепла, отданного рабочей жи.дкостью за вре« мя действия импульса, ккал, a 7«{t;-t2)J. ж - теплоемкость рабочей жи.дкости, ккал/м ;о сГ - объем рабочей жидкости, м 1,2, --начальная и конечная температура рабочей жидкости, С; F - расчетная площа.дь образца (диска), - - начальная температура образца и максимальная температура его на расстоянии м от .диска, С. Теплопрово.цность опре.деляется расчетом по формуле (I), О.дпако при использовании этого известного способа применяются громоздкие образцы, точное измерение импульса затруднено, так как надежно измерить среднюю температу ру ограниченного объема жидкости при интенсивном теплообмене практически невозможно, а теплоемкость жидкости изменяется с изменением температура. Кроме того, расчетное опредеиение теплопрово.дности дает значительную погрешность, которую трудно оценить и проконтролировать; термостатирование громоздкого образца требует много времени. Цель изобретения - повышение

точности, ускорение процесса измерения теплофизических характерисTiJK и обеспечение возможности экспериментального определения теплопроводности.

Цель достигается тем, что плоский тепловой создают отмереннЕш количеством кипящей жи.дкости с температурой кипения ниже температуры образца и измеряют время ее выкипания.

В качестве рабочей жи.цкости применяют жидкий азот.

С целью предотвращения искажающего измерения паразитного подтока тепла с боковых поверхностей образца после В жипания жи.дкости. их В1)еменно теплоизолируют.

Для предотвращения утечки рабочей щцкости при ее подаче на рабочую поверхность применяют ограждающую непроницаемую для жи.дкости оболочку образца, которую выполняют из тонкого малотеплопроводного материала,

Теплофизические характеристики тел определяют сле.дуюЩ1Ш образом.

На горизонтальную поверхность предЕзрительно термостатированного образца подают отмеренное количество рабочей жидаости, кипящей при атмосферном давлении с температурой кипения ниже, чем температура образца; измеряют площадь этой поверхности, время выкипания жи.дкости, ареш с момента по.дачи жи.дкооти на образец до момента, когда в точке на расстоянии от поверхности образца температурадостигнет своего минимального значения, минимальную температуру в указанной точке.

По полученнш д данным рассчитыаают тв1, пературопроводность по формуле (I). объемную теплоеглкость по форму7ie (3) и теплопроводность по формуле

,. & /утаа Гш ,.,.

-2RVt) 2F(fo-t«)Vr

то TK -время ныкипания рабочей жидаости, час;

F - площадь рабочей поверхности образца, на котошй выкипает рабочая жидкость,

Сж - температура рабочей жидкости, о.

Формула (4) получена из общеияиеопюго выражения для интеграjiF;Horo твплопритока к поверхности

порограниченного тела о постоянной начальной температурой при ; граничном условии первого рода.

Фактическая максимальная относительная погрешность эксперимента определяется из условия (I), например, по выражению

р - Л-аСо аСо

CjnoKc э - у,

Пример . Устройство для определения теплофизических свойств твердых тел по предлагаемому способу должно содерзаать термостатирующую камеру (для выдерживания образцов), автоматический электронный потенциометр для фиксирования изменения температуры в точке образца, секундомер для отсчета времени вы1шпания, сосуд Дьюара для

0 хранения рабочей жи.дкости и мерный сосуд для подачи рабочей жидкости на поверхность образца.

В исследуемом образце на расстоянии X 15-20 от торцовой

5 рабочей поверхности образца известной площади сверлят канал до оси образца диаметром около I мм, куда вставляют термопару. Канал заделывают более теплопроводным, чем об0разец, материалом. Образец по образующей склеивают лентой .диаграммной бумаги, выступающей над рабочей поёерхноотью на 30-40 мм. Образец вы:держанный в камере при за35данной температуре, по.дключают к потенциометру, отметив начальную температуру образца, как можно быстрее (1-3 сек) на рабочую поверхность последнего подают отмеренное

40 количество рабочей жи.дкости, одновременно включают секундомер и диаграммную ленту потенциометра. Кипение рабочей жи.дкости на поверхности образца является пузырьковым и происхо.дит при коэффициенте теплоот.дачи 10 - 10 ккал/м час rpa.i. При этих .условиях температура поверхности практически равна температуре рабочей жи.дкости. Визуально

50 отмечают момент выкипания жидкости на поверхности образца, выключают секундомер, фиксируя время выкипания жи.дкости Т(; на потенциометре

55

записывается изменение температура в точке образца на расстоянии

X , пока не будет отмечен минимум температуры.

По записи отмечают время L-M достижения минимума температуры t в точке X .

По полученным трем экопе.римвнi тальным параметрам Гм м л

448375

известной теплоте испарения рабочей жидкости W , ккадлкг, и ее объемному весу jr , кг/м, площади рабочей поверхности образца F, м, температуре кипения рабочей жи.дкооти tyK «начальной температуре об-; разца to ВЫЧИ07ИЮТ величины аг,Со, Д по формулам (I), (3), (4),

а затем оцен твают погрешность эксперимента по соотношению (5.

8

ЖОБРЕТЕШ Сйособ опрёделёшй теплового потока, ПО.ДВОДИМОГО к предварительно термостатированному образцу при теплофизических измерениях, о т л и ч а ю щ и и о я тем, что, с целью упрощения процесса измерения, определенное количество жидкости с температурой кипения ниже температура образца подают на поверхность образца и измеряют вреШ1 выкипания жидкости.