Способ определения теплофизических параметров в капиллярно-пористых телах Советский патент 1983 года по МПК G01N25/18 

399 щуюся по сечению изделия влажность, при которой процесс переноса тепла протекает взаимосвязанное массопереносом (например, в технологических процессах обработки материалов), при водит к значительным погрешностям, обусловленным измерением интегральных, а не локальных значений влажности, а также вследствие возникновения дополнительной составляющей потока тепла, которая, в зависимости от свойств материала, может усиливат или замедлять перенос тепла а, следовательно, и влиять на скорость распространения тепла и температуропроводность. Вследствие этого способ не позволяет оценить степень влияния взаимосвязанного тепломассообмена на теплофизические параметры переноса в капиллярнопористых телах. Целью изобретения является повышение точности определения параметров при испытании влагонасыщенных образцов и расширение функциональной возможности способа для определения степени влияния на эти параметры взаимосвязанного тепломассообмена и импульсных физико-механических воздейст вий в технологических процессах. Цель достигается тем, что согласно способу определения теплофизических характеристик в капиллярно-пористых телах, заключающемся в создании на поверхности образца теплового импульса с последующим измерением скорости распространения температурной волны и определением теплопроводности, в образце устанавливают мзссопотенциалометры сопротивления, высушивают его до постоянного веса, затем увлажняют до требуемого уровня, после чего приводят в состояние изопотенциального равновесия, фиксируемого массопотенциалометрами, установленными в образце, и дополнительно производят замеры локальных значений температуры и потенциала массопереноса, подвергая влажный образец воздействию импульса тепла, а затем импульсу физико-механического воздействия, и по полученнум данным определяют теплофизичес- кие параметры. Сущность.предлагаемого способа заключается в новых условиях подготовки контрольного образца, предусматривающих дополнительную установку датчиков измерения локальной влажности, предварительное высушивание - увлажнение, приведение в состояние изопотенциального равновесия, соответствующего равномерному распределению влаги и температуры, а также новые условия испытания, а именно приложение теплового импульса сначала к воздушно сухому образцу, а затем к образцу, увлажненному до требуемого уровня, с последующим одновременным или последовательным приложением импульса физико-механического воздействия, фиксация измерений локальных значений температуры и потенциала массопереноса, определение по ним расчетным путем теплофизических параметров теплопереноса и взаимосвязанного тепломассопереноса, в том числе при влиянии на него импульсных физико-механических воздействий, сравнительная оценка получаемых результатов. Способ заключается в следующем. Берут контрольный образец, напри-, мер, в виде полуограниченного- цилиндра, устанавливают вдоль его оси датчики температуры и влажности., например термопары и массопотенциалометры сопротивления, высушивают образец до воздушно-сухого состояния, подвергают один из торцов импульсному -воздействию тепла путем приведения в контакт с плоским источником тепла. Известным способом расчитывают скорость распространения фронта температурной волны и локальное значение температуропроводности, фиксируя интервал времени, Б течение которого температура в контролируемом сечении достигнет максимума. Полученные значения параметров принимают за стандартные, с которыми сравнивают все последующие измерения. Затем образец увлажняют до требуемой влажности, превышающей гигроскопическую, полностью тепло-влагоизолируют и термостатируют при 20ZS C для приведения в состояние изопотенциалометров. Вновь подвергают рабочий торец цилиндра импульсному воздействию тепла,а затем, одновременно или последовательно с ним, импульсу физико-механического воздействия, например акустическими, электромагнитными, ударными волнами, вакуумированием, увлажнением и т.п. Фиксируют изменение во времени локальных значений температуры и потенциала массопереноса. Расчетным путем определяют скорость распространения температурной волны и температуропроводность при взаимосвязанном теп ломассопереносе. Степень влияния вз имосвязанного тепломассопереноса и импульсных физико-механических воздействий на теплофизические парамет ры определяют, сравнивая полученные результаты с параметрами воздушносухого образца. П р и м е р. Из исследуемого мате риала готовят контрольный образец в форме цилиндра :С размерами: диаметр 30 мм, высота 150 мм. В процессе из готовления вдоль оси цилиндра устанавливают термопары и массопотен циалометры сопротивления. Первые . датчики устанавливают на глубине 5 мм от рабочего торца цилиндра, последующие - через каждый 30 мм. Образец помещают в сушильный шкаф и высушивают до постоянного веса. Затем приводят рабочий торец в кратковременный контакт (не более 15 с) с плоским источником тепла, имеющим температуру 300°С, теплоизолируют и в течение 2 ч фиксируют изменение локальных значений температуры и потенциала массопёреноса по длине цилиндра. По времени Tfnq достижения максимальной температуры t в конт ролируемом сечении х определяют расчетом скорость распространения фронт .та температурной волны v ) и температуропроводность по формуле а - гг:-- I 1- где а - температуропроводность; расстояние контролируемого сечения от рабочего торца;/ время достижения максимум температуры в: контролируемом сечении. Затем помещают образец в воду,, на пример, на 5 мин. Полностью теплои влагоизолируют его поверхности и помещают в термостат с температурой 20°С. Выдерживают в термостате до наступления изопотенциального равновесия, соответствующего равномерному распределению влаги в цилиндре и фиксируемого по постоянству значений потенциала массопёреноса во всех его сечениях. Вновь подвергают рабочий торец цилиндра нагреву 15/с, а затем 2 ч контролируют изменение температуры и потенциала массопёреноса вдоль оси цилиндра. После этого вновь прикладывают к рабочего торцу 69 .6 импульсы тепла, одновременно или последовательно с которым, создают, например, импульс вакуума, контролируют изменение локальных значений температуры и потенциала массопёреноса. По полученным значениям определяют расчетом температуропрюводность при взаимосвязанном тепломассопереносе, в том числе с учетом импульсного вакуумирования. Сравнивая результаты, полученные на воздушносухом и влажном образце от воздействия импульса тепла, а также на «влажном образце от воздействия импульсом тепла и вакуума, устанавливают степень влияния взимосвязанного тепломассопереноса и импульсного физикомеханического воздействия вакуумированием на теплофизические параметры. Так, например, установлено, что скорость переноса тепла, характеризуемая скорюстью распространения фронта максимума температурной волны, при взаимосвязанном тепломассопереносе в гипсовом цилиндре, имеющем влажность 10-12, в 1,5 раза, а при дополнительном воздействии вакуума в 5-ч7 раз выше, чем в воздушно-сухом цилиндре. Преимуществом предлагаемого способа является повышение точности при . испытании образцов, имеющих любую влажность от гигроскопической до максимального насыщения, и расширение возможнЬстей способа для определения теплофизических параметров при взаимосвязанном тепломассопереносе и внешних импульсных физико-механических воздействиях на капиллярнопористые тела в технологических процессах. Определяя степень влияния этих воздействий на теплофизические параметры, можно изыскать способы дополнительной интенсификации теплопереноса. Способ обеспечивает также дополнительную возможность определения скорости переноса влаги и влагопроводности. Для этого используются показания массопотенциалометров сопротивления, которые подвергаются расчетной обработке, аналогичной обработке показаний термопар. Формула изобретения Способ определения теплофизических параметров в капиллярно-пористых телах, заключающийся в создании

на поверхности образца теплового им пульса с последующим измерением скорости распространения температурной волны и определением теплопроводности, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения параметров, в образце устанавливают массопотенциалометры сопротивления, высушивают его до постоянного веса, затем увлажняют до требуемого уровня, после чего приводят в состояние изопотенциального равновесия, фиксируемого массопотенциaлqмeтpaми,установленными в образце

и дополнительно производят замеры локальных значений температуры и потенциала массопереноса, подвергая влажный образец воздействию импульса тепла, а затем импульсу физико-механического воздействия, и по полученным данным определяют теплофизические параметры.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР №761892, кл. G 01 N 25/56, 1978.

2.Авторское свидетельство СССР

№ 80082 6,кя.а 01 N25/18,1979 прототип