SU1712849A1

SU1712849A1 - Способ определени теплофизических характеристик материалов

Info

Publication number: SU1712849A1
Application number: SU904802513A
Authority: SU
Inventors: Борис Ашотович Арутюнов; Тадеуш Янушевич Гораздовский; Александр Иванович Фесенко; Валерий Васильевич Штейнбрехер
Original assignee: Тамбовское высшее военное авиационное инженерное училище им.Ф.Э.Дзержинского
Priority date: 1990-03-15
Filing date: 1990-03-15
Publication date: 1992-02-15

Abstract

Изобретение относитс к экспериментальной физике и может быпэ/использованодл комплексного определени теплофи- зических характеристик материалов. Цель изобретени - повышение точности. На поверхность исследуемого материала воздействуют тепловым импульсом от линейного источника тепла и регистрируют температуру на линии действи тепла и на заданном рассто нии от зтой линии в фиксированный момент времени, а в качестве фиксированного момента времени выбирают момент, соответствующий равенству избыточной температуры в точке на заданном рассто нии от линии нагрева и разности избыточных температур на линии нагрева и на заданном рассто нии от этой линии. 3 ил.

Description

Изобретение относитс к технической физике, в частности к теплофизическим измерени м .

Известен способ определени теплофизическйх характеристик материалов методом мгновенкото источника тепла. заключаю1.Ц14йс в локальном или тотальном нагреве поверхности испытуемого материала кратковременным тепловым импульсрм, регистрации интервала времени, соответствующего экстремуму температурной кривой после воздействи тепловцм импульсом ха материал, в какой-либо точке испытуемого материала, удаленной от места произведени нагрева.

Недостаток известного способа заключаетс в том. что он не обеспечивает высокую точность определени коэффициента температуропроводности материалов. Это объ сн етс тем, что определение экстремума температурной кривой сопровождаетс значительными погрешност ми вследствие размытого характера этого экстремума , что обусловливает субъективные ошибки экспериментатора и пониженную точность работы электронных дифференцирующих устройств.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому вл етс способ определени теплофизических характеристик материалов , вклю ающий импульсное тепловое воздействие линейным источником тепла на поверхность исследуемого материала, регистрацию температуры на линии действи источника тепла и на заданном рассто нии От него в фиксированный момент времени с последующим вычислением искомых характеристик .

Недостатком указанного способд вл етс его низка точность, обусловленна необходимостью измерени двух координат точек на поверхности исследуемого материала от линии действи тепла, в которых регистрируетс температура, а также относительной сложностью расчетных формул дл нахождени искомых характеристик . Цель изобретени - повышение точности . На фиг. 1 показан пример осуществлени способа; на фиг. 2 - схема включени измерительных преобразрвателей температуры; на фиг. 3 - графики избыточных температур на линии действи источника тепла Т {0. г), в точке на заданном рассто нии от линии нагрева T(xi, i и разности AT(i:) Т (О, Г) Т (XI, г). На теплоизолированной поверхности испытуемого образца 1 помещают на рассто нии XI линейный нагреватель 2 и датчик 3 температуры и осуществл ют воздействие тепловым импульсом. Температурное поле Т (х, при действии линейного импульсного источника тепла на поверхность полуограниченного в тепловом отношении испытуемого образца {Z 0) описываетс заВИСЛМОСТЬЮ Т() 2Ж(-) ) где Q - знерги теплового импульса в расчете на единицу длины, Дж/м; X - координата, отсчитываема от оси источника, м; Я- коэффициент теплопроводности, Вт/м; К; а - коэффициент температуропроводности , г-врем , с. Температура на линии действи источника тепла определ етс соотношением (линейный источник может быть конструктивно совмещен с термодатчиком) П0.г) Дл определени теплофизических характеристик материалов осуществл етс регистраци момента времени п, соответствующего равенству Между избыточной температурой Т (хк п) в точке на заданном рассто нии Х1 от линии нагрева и разностью избыточных температур AT ( ri) на линии действи тепла Т(0, ri) м на заданном рассто нии от линии нагрева Т (xi, TI). Следовательно, T(xi,Ti)AT(ri) T(0,ri)-T(xi,ri), Д((1-ехр(-41т)Ь() Тогда выражение (3) можно записать Q/ х ПтТтТ 4 а п / 2ггАгЛ ( -Р(-4)-5 Отсюда д 0.36 X Подставив в формулу (4) выражение (7), определ ют коэффициент теплопроводности г- 0.08 Q Д1 Ctr,Ti Формулы (7) и (8) позвол ют получить выражение дл объемной теплоемкости 0.22 Q а AT(Tf)x Таким образом, при известном значении Q const после подачи теплового импульса , регистриру момент времени TI, соответствующий равенству между избыточной температурой Т {xi, п) в точке на заданном рассто нии xi от линии нагрева и разностью АТ( TI) избыточных температур на линий действи источника тепла Т(0, ri) и на заданном рассто нии от нее Т (xi, ri), можно по формулам (7), (8) и (9} определить теплофизические характеристики материалов . Дл повышени точности может быть рекомендован относительный способ определени теплофизических характеристик материалов. Дл этого на теплоизол торе помещаютс линейный нагреватель и датчик (иУ температуры, которые в целом представл ют собой измерител1 ный зонд. В режиме калибровки указанный измерительный зонд приводитс в тепловой контакт с материалом с известными теплофизическими характеристиками и определ ютс а, X С /о по формулам (7), (8) и (9). После этого осуществл ют измерение теплофизических характеристик испытуемых материалов с учетом данных, полученных при калибровке измерительного зонда. Подобный подход позвол ет исключить в значительной степени систематические погрешности измерений и не производить пр мые и косвенные измерени величин Q В качестве примера технической реализации предлагаемого способа может быть использовано совмещение линейного электронагревател с термопарой, спаи которой сварены встык, дл измерени температуры Т (0 . На заданном рассто нии xi ot линейного нагревател измер ютс температуры Т (х1, г) 8 двух точках. При этом эти точки могут быть расположены с одной стороны от источника тепла (нагревател ) или симметрично: Т {х1, i) и Т (-Х1, . После подачи теплового импульса переключателем электроды - ермопар соедин ютс по следующей схеме (фиг. 3). Термопары Тп 1, Тп2 включены согласно (образуют термобатарею) и соединены с термопарой ТпЗ по дифференци льной схемэ. В момент п нуль индикатором регистрируетс разность Т (xi,ri)-ДТ( ri)0. Е Я АТ( 1 - термоЭДС, вл юща с функцией разности избыточных температур на линии действи источника тепла и на заданном рассто нии от нее. Методом математического и машинного моделировани на ЭВМ ЕС 1840 проведен расчет избыточных температур при , и -16 м, .5 Дж/м..1Вт/м К, а . Результаты расчетов приведены В1 виде графиков на фиг. 3. На основании полбенных термограмм нагрева определен момемт времени ri 4,81 с, соответствующий равенству Т (х1, ri) AT(ri )1,. По формулам (7) и (8) рассчитаны коэффициенты тепло-и температуропроводности арасч.2,994-Ю м /с; Арасч 0,1004Вт/м -К. Тогда относительные погрешности определени коэффициентов тепло- и температуропроводности будут соответственно равны ,2%, ,4%. Таким образом, использование предлагаемого способа определени теплофизических характеристик материалов позвол ет повысить точность определени искдмых коэффициентов по сравнению с прототипом . Формулаиэобретени Способ определени теплофизических характеристик материалов, включающий импульсное тепловое воздействие линейным источником тепла на поверхность исследуемого материала, регистрацию температуры в двух точках поверхности в фиксированный момент времени с последующим вычислением искомых характеристик , отличающийс тем, что, с целью повышени точности, в качестве фиксированного момента времени выбирают момент времени, соответствующий равенству избыточной температуры в точке на заданном рассто нии от линии нагрева и разности избыточных температур на линии нагрева и на заданном рассто нии от этой линии, а искомые характеристики определ ют по формулам 0.36 х Д ГСТ1}-Т1 ДТ(т1)-х где а. А, С,р- соответственно коэффициент температуропроводности, теплопроводности , удельна теплоемкость и плотность исследуемого материала; Q - энерги теплового импульса в расчете на единицу длины; XI - рассто ние между линейным источником тепла и точкой контрол на линии, параллельной линии нагрева; AT(г1)- разность избыточных температур на линии действи источника тепла и . на заданном рассто нии от нее в момент времени т когда эта разность равна избыточной температуре в точке контрол .

2 А

Q

х

X --г- -/ /

X

У1.Х / /s«..,««-J

У

Т(о.т). Т(а:-|,Т)

iJt

Ф&1ГЛ.

иульчиндикатор

Тп2

. Tnt.

Tte,;) TCai.T) T(0,t)

Фиг. 2

Б /СдТф

ТпЗ

л ;,81

. Фиг.З

Т(0.т) Т( дТСс)

г « 3 JO 4 г 15 т;с 5

Claims

Формула изобретения

Способ определения теплофйзических характеристик материалов, включающий импульсное тепловое воздействие линейным источником тепла на поверхность исследуемого материала, регистрацию температуры в двух точках поверхности в фиксированный момент времени с последующим вычислением искомых характеристик, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в качестве фиксированного момента времени выбирают момент времени, соответствующий равенству избыточной температуры в точке на заданном расстоянии от линии нагрева и разности избыточных температур на линии нагрева и на заданном расстоянии от этой линии, а искомые характеристики определяют по формулам _ 0,36x3 ^а“.......тГ^_: , _ 0,08 Q ^Ζ“ΔΙ (τι)· τί '

0,22 Q ^СРАТ(п)-хГ где а, А, С,р- соответственно коэффициент температуропроводности, теплопроводности, удельная теплоемкость и плотность исследуемого материала;

Q - энергия теплового импульса в расчете на единицу длины;

xi - расстояние между линейным источником тёпла и точкой контроля на линии, параллельной линии нагрева;

Δ Т ( η ) - разность избыточных температур на линии действия источника тепла и . на заданном расстоянии от нее в момент ' времени τι, когда эта разность равна избыточной температуре в точке контроля.

см го