Калориметрическое устройство для определения теплофизических молекулярных и радиационных свойств поверхностей материалов Советский патент 1980 года по МПК G01N25/20 

спектрофотометра),-фокусирующей линзы, плоского зеркала, эллипсоида, в одном из фокусов которого помещен образец, а в другом - приемник излучения - фотоэлемент 2 J , Работает камера ПДО -1 следующим : образом. Луч от источника с помощью линзы и зеркала направляют на образец по нормали к его поверхности. Диффузно отраженная от образца часть излучения направляется эллипсоидом на фотоэлемент. Сравнивая сигналы фотоэлемента при отражении излучения от образца и от эталона, в .качестве которого служит стекло MCIL 4, получают относительНую величину диффузной составляющей отражательной способности. Известные устройства не позволяаот .определять одновременно зеркальную и диффузную составляющие отражательной способности, необходимые для расчета теплообмена излучением тел с учетом зеркальной и диффузной составлшощих отраженного излучения реальных материалов, .Раздельные Измерения на разных приборах зеркальной и ди44|узной отражательных Способностей не дают надемшого разделения составляющих отражательной способности, соответствующего зеркально-диффузной модели радиационных свойс используемых в расчете теплообмена из лучением.. Ближайшим техническим решением к предложенному, является калориметрическое устройство для определения теплофизических свойств материалов, состоящее из двух 7Ю аксиальных цил шдров, из кото рых внутренний вьшолнен в виде тонкой натянутой нити, являющейся одновремегаю эпектронагревателем-калориметром| 3}. Поверхность внутреннего цилиндра (нити) является испытуемой, внутренняя поверхность внешнего цилиндра-зачернена, а пространство между цилиндрами заполнен разреженным газом. Устройство работает следующим образом. В пространстве между цил1шдрами nyтем поддержания определенного давления создают условия свободно-молекулярного режима движения молекул. Внутренний цилиндр, выполненный в виде нити, обогр вают электрическим током, калориметрируют его тепловыделение и определяют результирующий молекулярный теплообме ,и температуру внутреннего и внешнего цилиндров. Коэффициент аккомодации энергии рассчитывают по формуле: л V4 d. - Р е к( в которой -тепловой поток, передаваемый с едини,цы поверхности нити, определяемый по мощности электронагревателя;tr гр , -температуры нити и внешнего цилиндра; .. rv л Т-ч 2 J Cp|Cv отношение теплоемкос U - постоянная Больцмана; - молекулярный вес; Р(ТХЛ - давлепне и температура газа. Это устройство не позволяет одновременно измерить коэффициенты аккомодации энергии и тангенциального импульса, необходимые для расчета молекулярного теплообмена с учетом зеркально-диффузно-, го характера отражения молекул. С помощью описанного устройства определяют только коэффициенты аккомодации энергии, определять коэффициенты аккомодации тангенциального импульса они не позволяют. Целью изобретения является одновременное определение коэффициентов аккомодации энергии и та1П енш1ального импульса, а также зеркальной и диффузной составляющих отражательной способности. Указанная цель достигается тем, что в калориметрируемой системе из двух коаксиальных цилиндров внутренний цилиндр выполнен с возможностью изменения его диаметра и с зачерненной внешней поверхностью. При этом испытуемой поверхностью является внутре1шяя поверх-. ность внешнего цилиндра. На чертеже показано предлагаемое устройство, продольный и поперечный разрезы. Устройство состоит из двух коаксиаль но расположенных цилиндров 1 и 2. Внутренний цилиндр 2 содержит электрический нагреватель-калориметр 3. Поверхность 4 внутреннего цилиндра выполнена гофрированной Ui3 фольги) и закреплена на каркасе из стержней 5, расположенных-; по поверхности цилиндра параллельно его ;оси. Концы стержней соединены с подвижными втулками ; 6 посредством стержней 570 7 и шарнирных соединений 8. Внешняя гофрированная поверхность 4 зачернена, например, черной эмалью АК-512, имею щей пог лощателъную способность и коэффидиенты аккомодащш, бшгзкие к единиде Устройство работает следукядим обра.зом. Перемещение втупок б вдоль оси навстречу друг другу приводит к увеличе ншо диаметра стержневого каркаса, и на;оборот, при их удалении диаметр ys-ieHbшается. Таким образом регулируется ве2дичина диаметра внутреннего цилиндра 1салориметра. Поглощательная способность и коэффициенты аккомодации энергии гофрированной поверхности цишщдра 2 имеют более высокие (близкие к значения, чем для ровной поверхности, и мало зависят от диаметра внутреннего цшишдра, что обеспечивает стабильность калориметра. В пространстве между цилиндрами 1 и 2 создают условия свободно-молекуляр ного теплообмена .посредством выбора соответствующего вакуума и TeNmepaTyры) и определяют в стационарных уелоВИЯХ результирующий теплообмен на единице длины цилиндра ° мощности электронагревателя-калориметра, тем-гпературы поверхностей цилиндров Т Tg/ манометрические давление Рдд и температуру Тf остаточных газов. Указанны измерения проводят при различных значениях диаметра внутреннего цил1шдра 62, регулируемого указанньпуг выше спосо м При этом искомые коэффициенты аккрмодаШш энергии d g и тангенциального импульса oi определяют по формулам ОС )(с() ) ()±V()4b . которых „I„И п Чр -П ul .IViJV. л М) Чр Ч -W -12 42 . 42 42. K.CVT;-)ii:a2 где индексами I и I обозначены значения параметров и Ц Р различных величинах регулируемого диаметра д внутреннего цилшщра. 96 Для измерения зеркальной н диффузтоЙ составляюших отражательной способности в пространстве между цилиндрами 1 и 2 создают условия, при которых перегюс энергии осуществляется преимущественно излучением, что дост1шается выбором соответствующих ret-meparyp и вакуума. Далее определяют в стадионарных условиях результ1фующий теплообмен на едишще длины цилшадра Qpe,, температуры поверхностей дилиндров Т , То. Указанные нзмерешы проводят при различных значениях диаметра внутреннего цилиндра, регушфуемого указанным способом. При этом искомые зеркальная Т а и диффузная составляющие отражательной способности определяют по формулам:Д aPCQp-vt)P) -постоянная Стефана-Больш ана . Устройство позволяет проводить одновременное определение коэффициентов ахкомодацш энергш и тангенциального Му пульса, необходимых для расчета теплообмена при свободномопекулярном переносе энергии, а таюке одновременное oitpeделение зеркальной и диффузной составляющих отражательной способности, необхо- для расчета теплообмена излуче1шем. Теплофизпческие данные по зеркальным и дис зузным свойствам, измеряемые с помощью предлагаемого устройства, более строго соответствуют величинам, необходимым для расчета теплообмена на зеркально-диффузной модели мопвкулярных и радиацио шых свойств, так как эти коэффициенты получают калориметрическиА1 методом на экспериментальном устройстве, воспроизводящем элемент на- турного объекта, -на основе расчетных ормул, з штывающих реалып 1Й Д11г|х})узноеркальньп характер взаимодейстп)}я ноителей энергии с поверхностью. Формула изобретения Калориметрическое устройствЪ для пределения теплофизических молокуляр