Способ определения теплофизических свойств материалов Советский патент 1980 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к технике определения теплофизических свойств (коэффициентов теплопроводности, тем пературопроводности и теплоемкости) различных материалов, например плодов фруктов и овощей, и может применяться при лабораторных исследо1ваниИзвестны различные метода определения теплофизических характеристик например, методы X - калориметра, dL-калориметра, метод двух точек и т.д., основанные на теории и методах регулярного теплового режима. Наиболее распространены способы, предполагающие внедрение-в образец, источников или стоков тепла, т.е. предполагающие разрушение исследуемого тела l . Однако разрушение объекта исследо вания (изготовление из него образца специальной ) может быть неже лательно, так как это влияет на правильность полученных зкспериментальных данных (примером таких тел могут служить плоды фруктов и овощей). Наиболее близким техническим решением является способ определения тегтофизически { свойств материалов , основанный на использовании решения дифференциального уравнения теплопроводности для палуограниченного тела при граничных-условиях второго рода, т.е. при постоянном тепловом потоке на поверхности образца. Полученное расчетное уравнение позволяет при знании изменения во времени . избыточной температуры в центре круга определенного радиуса на поверхности тела определить коэффициенты; тепло- и температуропроводности 2j , Недостатками данного способа являются узкая область применения (вероятно только большие объемы сыпучих материалов); длительность опыта, так как невозможно при контактном методе подвода тепла создать большие тепловые потоки; невозможность определения при какой температуре тела получены теплофизические характеристики. Цель изобретения - повышение достоверности определения тегшофизичес-. ких свойств материалов растительного происхождения. Поставленная цель достигается тем, что осуществляют равномерный нагрев испытываемого объекта до УО-ВО С (температуры вскипания :межклеточногг сока в плодах и разрыва кожицы), поддерживают ток и мощность электронагре вателя постоянными и HSNepHTOT изменение температуры материалаво времени и по измеренным параметрам опреде ляют теплофизические свойства материала. Способ осуществляется следующим -образом. Исследуемое тепло помещается ,внутрь сферы таким образом,чтобы герметические центры тела и сферы совме тились. На внутренней поверхности сф ры имеется инфракрасный излучатель в виде нихромовой- спирали, которой даю возможность подводить постоянный (ре гулируекый в широких пределах) тепло вой поток ко всей поверхности образца. Для определения тёплофизических . свойств образца при таком способе необходимойрешить трехмерную задачу распределения температуры в теле в , любой момент времени при постоянной плотности теплового потока на поверх ности, т.е. при граничных условиях . второго рода. Так как данный способ предназначе в первую очередь для определения тёп лофизических свойств плодов и овощей которые в большинстве своем имеют. форму, близкую к сферической, приводится решение и применение способа для образцов сферической формы. Общее дифференциальное уравнение теплопроводности в сферических координатах имеет вид 3T(rvt) д (-2-L + - -9lJ Э-с - ЧЭг I- ЭГ / (1) При начальном условии Т{г,0) TO в граничных условиях IFC-.(0,-0 T(o,)Ttoo

, 2Rsin .р

зу„,

10V °а 2R .,,

зя. , -tOr З-. W5 CosZl,Решая уравнение (5) графраналити-; ческим методом, определяет величину коэффициента температуропроводности при температуре Т , Зная величину, а из уравнения (5), определяют величину коэффициента теплопроводности. Определив а и А легко найти и теплоемкости материала

(6)

Пример . Определение теплофизических свойств яблок.

Выбирается плод по форме близкий к шарообразной. Измеряются его геоиютрические размеры. Затем на дегржаOd

- 2 osXJn

(:

,.1 г}0 cos

теле из шелковой нити пЛоД в целом виде помещается внутрь сферической полости. На внутренней поверхности полости расположен источник нагрева, обеспечивающий равномерный тепловой поток в объеме сферы. При помощи микрометрического устройства, соединенного с держателем, плод внутри сферической полости выставляется таким образом, чтобы геометрический центр плода совместился с геометрическим центром сферической полости. Такое взаимное расположение плода и нагревателя позволяет подводить тепло равномерно ко всей поверхности ение уравнения (1) может быть., заано как T( Т FO „-, 2/J GOS/JV, Т (к-,С) ,То - температура соответственно в момент времени на изотерме радиуса г и в начальный момент времени; --интенсивность теплового потока; -текущий радиус; -коэффициент теплопроводности, материала; Л - радиус образца; -критерий Фурье; Х-1 и КОРНИ характеристического уровня A«2 Определение тёплофизических ойств материалов, например плодов овощей, по предлагаемому способу уществляется следующим образом к поверхности исследуемого тела дводят постоянный тепловой поток регистрируют изменение температуры центре тала во времени. Если рестрация температуры в центре образзатруднена (наличие косточки), то температуры располагают вбликосточки на известном расстоянии. и расчете тёплофизических свойств снятой кривой Т(г) f(т), полага, что свойства материала практичесне изменяются при переходе от Т(г, Т), Такое условие позволяполучить расчетное уравнение для еделения коэффициента температуроводностиисследуемого тела (плод в целом виде).. После этого в точку объема плода на глубину (R-2) помещается термоприемник (термопара), сигнал которой фиксируется самопишущим потенциомет ром. Включается источник нагрева и по приборам поддерживается постоянная величина его мощности, Параллель но с этим включается самопишущий потенциометр, который фиксирует измене ние температуры в измеряемой точке объема плода во времени. При достиже НИИ заданного значения температуры опыт прекращается. Диапазон рабочих температур - 10-80 С (верхний предел температуры обусловлен оспецификой объектов исследования). Время одиночного опыта 15-30 мин, Используя полученную кривую изменения температуры во времени по уран нениям (4) И-Х5), определяются величины коэффициентов тепло- и температуропроводности, Формула изобретения Способ определения теплофизических :войств материалов растительного происхождения, преимущественно ыарообразной форкы посредством помещения испытываемого объекта в среду с постоянной интенсивностью теплообмена и регистрации температурных изменений в материале, отличающийся тем,что, с целью повышения достоверности определения, осуществляют рав-. номерный нагрев испытываемого объекта до 70-80°С, поддерживают ток и мощность электродвигателя постоянным и измеряют паление напряжения на нем, затем измеряют изменение температуры материала во времени в процессе нагрева и по измеренным параметрам определяют теплофизические свойства , риала. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе . 1.Чудновский А. Ф, Теплофизические характеристики дисперсных материалов. М-Л., 1962, с. 142-143. 2.Авторское свидетельство.СССР № 458753, кл. G 01 N 25/20, 1975.