Устройство для определения тепло-пРОВОдНОСТи пОРиСТыХ МАТЕРиАлОВ Советский патент 1981 года по МПК G01N25/18 

1

Изобретение относится к устройcTBciM для теплофизических измерений пористых материалов при повышенных температурах.

Известно устройство для определения теплопроводности материалов, содержащее корпус с образцом, источник лучистого теплового потока и измерительную схему l.

Однако оно обладает недостаточной точностью и предназначено для использования в. довольно узком диапазоне температур.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения теплопроводности материалов, предназначенное для определения теплопроводности тонких пленок. Оно включает герметичный корпус, заполненный газом, источник лучистого теплового потока, измеритель радиометрической силы, измеритель давления газа, измеритель удельной мощности теплового потока 2

Однако устройство характеризуется сложностью и недостаточной точностью измерений, что обусловлено количеством измеряемых параметров (три), а также ограниченным температурным диапазоном.

Цель изобретения - повышение точности, расширение диапазона температуры и упрощение процесса измерений.

Для достижения указанной цели в устройство для определения теплопроводности пористых материалов в качестве одной яэ стенок герметичног корпуса, размещенной перпендикулярно лучистому потоку, используют образец исследуемого пористого материала, выполненный в виде плоской пластинки с внешней зачерненной поверхностью,а в одну из газонепроницаемых стенок герметичного корпуса вмонтирован датчик давления.

Кроме того, приспособление для равномерного распределения лучистого теплового потока выполнено в виде полой многогранной призмы с соотношением внутренних размеров - высоты к ширине, обеспечивающим многократное отражение лучистого потока от внутренних зеркальных поверхностей призмы.

Датчик давления газа в герметичном корпусе перёд пористой стенкой используется в качестве измерителя теплопроводности пористого материала. Применение измерителя давления газа для определения теплопроводности пористого материала возможно после установления пропорциональной зависимости коэффициента теплопроводности от величины повышения .. давления газа перед пористым образцом, нагреваемым с внешней стороны известным по величине.тепловым потоком и охлаждаемым газом, который подают с постоянным массовым расходом через пористый образец навстречу тепловому потоку. Зависимость имеет вид .

J JCo г п м. л fe

t

m R i§

-1 С-1)

.p p(p+2po)

где Aiкоэффициент теплопроводности пористого материала при температуре, Вт/м град, массовый расход охладителя

m на единицу площади поверхности образца, кг/с-м /

Pтеплоемкость охладителя, Дж/кг.град; R

газовая постоянная,Дж/кг.гра величина теплового потока,

q воспринимаемого единицей площади поверхности образца, вт/м2;

f безразмерный коэффициент гидравлического сопротивления пористой структуры образца-пластинки выбранной толщины;

p повышение давления газа пере пористым образцом-стенкой, равное разности величины давления газа перед образцом после нагрева образца до соответствующей температуры и в исходном состоянии, Н/м

p давление газа перед образцом в исходном состоянии, Н/м, . Герметичный корпус устройства выполняет роль ресивера газа. Подачу и поддержание постоянного расхода газа выполняет регулятор массового расхода, например раскодомерная шайба, включенная в магистраль подачи газа в герметичный корпус.

Воздействие на поверхность образц равномерного теплового потока интенсивности обеспечивает источник интенсивного лучистого теплового потока и многогранная призма. С цель упрощения измерений, исключения зависимости величины теплового потока, воспринимаемого поверхностью образца от поглсвдающей способности его поверхности, тепловоспринимающая поверхность образцов зачерняется одинаково.

На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство.

Устройство включает систему подвода и регулятор-стабилизатор 1 массового расхода газа, герметичный корпус 2, выполненный из сплошного материала, измеритель 3 давления газа в гё эметичном корпусе перед

образцом, теплоизолирующую уплотнительную прокладку 4, образец 5 исследуемого пористого материала, охлаждаемую многогранную призму 6, обеспечивающую равномерное распределение лучистого теплового потока по поверхности образца. Для обеспечения эффективного выравнивания теплового потока по поверхности, образца полая многогранная призма выполнена из соединенных по боковым торцам охлаждаемых пластин. Поверхности пластин, образующих внутреннюю стенку призмы, имеют зеркальную обработку. Размеры пластин выбирают из условия обеспечения многократного отражения лучистого теплового потока от стенок при прохождении через призму. Для предохранения призмы от перегрева ее стенки выполнены рхлаждаемьюда. Источник 7 интенсивного лучистого потока снабжен охлаждаемым отражателем 8. Корпус устройства, призма и источник лучистого теплового потока смонтированы воедино с помощью формы 9. Образец 10 закрепляют в устройстве при помощи резьбового кольца. После монтажа устройства производят измерение величины и контроль равномерности распределения теплового потока по плоскости установки тепловоспринимающей поверхности образца.

Устройство работает следующим образом.

Изготовляют в виде пластинки образец исследуемого, материала. Одну из боковых поверхностей зачерняют. Устанавливают образец в герметичный корпус зачерненной боковой поверхностью наружу. Закрепляют при помощи резьбового кольца образец в герметичном корпусе. За счет усилия затяжки резьббвого соединения кольца с корпусом добиваются уплотнения теплоизолирующей прокладки 4, и, следовательно, герметизации внутренней полости корпуса. При помощи регулятора-стабилизатора расходй газа устанавливают выбранный массовый расход газа через образец. Измеряют величину давления PQ газа в исходном состоянии образца Включают охлаждение призмы и источник лучистого теплового потока. Посл нагрева наружной зачерненной поверхности образца до соответствукядей температуры измеряют величину давления газа внутри корпуса при помощи измерителя давления. Изменение давления газа перед образцом внутри корпуса при постоянном массовом расходе газа обусловлено объемным расширением газа вследствие его нагрева при движении через пористую структуру нагретой стенки. Далее определяют величину разности давлений, соответствунлдих установившемуся тепловому состоянию образца при соответствующе температуре нагреваемой его поверх