Способ определения коэффициента теплопроводности твердых материалов

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН Ия

К АВТОРСКОМУ СВИДИТЕДЬСТВУ

Союз Соввтсииз

Социалистическин

Республик (6l) Дополнительное к авт. свил-ву(22) Заявлено 11.10.76 (21) 2411001/18-25 с присоединением заявки _#_ - . (23) ПриоритетОпубликовано15.02,79.6юллетЕнь N. 6

Государственный номнтет

СССР но делаи нзобрвтвннй

N 0t4(PoITNN

Дата опубликования описания 18.02,7

В. С. Егоров, В, С. Колесов, В. П. Манюхин и М. Л. Таубнн (72) Авторы изобретения (73) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИПИЕНТА

ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ! в

Изобретение относится к измерениям теплофизических свойств твердых материалов и может быть использовано, например, для определения теплопроводности стержневых изделий.

Известен способ определения коэффициента теплопроводности, заключающийся в том, что создают двухкомнонентную систему иэ набора образцов исследуемого материала в виде двух пластин неравной толщины и вспомогательного вещества в виде металлической пластины, причем пластины иэ исследуемого материала располагают несимметрично относительно нагревателя, пропускают через систему тепловой поток и регистрируют перепад температур в направлении потока 11)

; тот способ требует изготовления специальных образцов в виде пластин разной толщины и неприменим, например, для образцов в виде стержней. Измерение по нему проводят с недостаточной точностью .

Известен также способ определения коэффициента теплопроводности, заключающийся в том, что двухкомпонентную систему создают путем размещения стержневых образцов в отверстиях пластины с известной теплопроводностью, измеряют пропускаемый через систему тепловой поток, определяют эффективный коэффициент теплопроводности системы и вычисляют коэффициент теплопроводности стержней по известным соотношениям для двухфазной. системы f2).

Однако точность определения теплопроводности стержней .указанным спосо6оМ зависит от величины контактного термического сопротивления между стержнями и пластиной. Величина этого сопротивления носит неопределенный харак« тер и в данном способе не может быть учтена. Известный способ не позволяет также определить степень анизотропии теплопроводности исследуемого материала.

64759I зотропию двухкомпопентной системы, которая обеспечивает линейную независиМ мость отдельных уравнений, создают, например, за счет несимме фичного про» филя поперечного сечении образцов, а для образцов симметричной формы - за счет их несимметричного расположения во вспомогательном веществе.

Минимальное количество направлений теплового потока в случае изотропности свойств исследуемого материала и постоянства контактного термического сопротйвления при известном коэффициенте теплопроводности вспомогательного вещества равно двум. Стабильное, одинаковое для всех образцов во всех направ45 линиях и точках контакта, не зависящее от температуры контактное термическое сопротивление между компонентами системы обеспечивают путем Использования

50 в качестве вспомогательного вещества, заполняющего промежутки между образцами, например, расплавленного металла, какого-либо мелкодисперсного вещества (порошка графита) и т.п.

При неизвестном коэффициенте теплопроводности вспомогательного вещества количество направлений увеличивают иа единицу.

ЬТ1 АТ2 ) 1 1 . %2 r 2

Способ определения коэффициента теп лопроводности твердых материалов, состоящий в том, что создают двухкомпонентную систему из набора образцов иссле3

Целью изобретения является повышение точности определения коэффипиеата теплопроводности.

Hemü достчгается тем, что по предлагаемому способу двухкомпонентыую систему выполняют анизотропной, например, путем выбора формы образцов, подают тепловые потоки в различных направле ниях > регистрируют теплОвые пОтОки и перепды температур в moTB Tay mHx 36 этим потокам направлениях и по измеренным величинам рассчитывают искомый . коэффициент теплопроводности.

ffo измеренным тепловым потокам и перепадам температур в нескольких различных направлениях определяют эффек- тивную теплопроводность двухкомцонентной системы в каждом из этих направлений. Далее из системы уравнений, каждое из которых связывает эффективную теплопрОВОдность ь даннОм направлении с коэффициентами теплопроводности отйфльных комйонент и термическими койтактны- мисопротивлениями, находят искомый коэф. фициент теплопроводности исследуемого материала . Уравнения получают на основа- нии решения стационарногб уравнеййя тепло- . проводности для сбставного тела при соответствующих граничных условиях. АниПри исследовании анизотропии искомого коэффициента теплопроводности количество направлений увеличивают на величину фактора анизотропии без единицы.

Пример . Проводили определение коэффициента теплопроводности стержней прямоугольного сечения ("1„" п2 h з

ГЗхбх40 мм) из карбида пиркония .

Стержни помешали в контейнер с расплавленным техническим оловом, находящимся при температуре 300 С, и рас- о полагали в узлах прямоугольной сетки таким образом, чтобы их продольные оси были параллельны, а расстояние между соседними образцами в двух взаимно перпендйкулярных направлениях было одинаково (В = 0 = 5, мм) .

Далее последовательно подводили к контейнеру одномерные тепловые потоки в двух взаимно перпендикулярных направлениях, совпадающих с осями симметрии поперечного сечения образцов, и измеряли перепады температуры в направлении каждого из потоков термопарами, находящимися на противоположных стенках контейнера. Записывая систему уравнений для каждого направления теплового потока где дТ- перепад температур, q — плотность теплового потока, Я - контактное сопротивление одного контакта, П вЂ” количество образцов в данном направлении (D 4, 02- 3), А в - коэффициент теплопроводности вещества, определяли искомый коэффициент теплопроводности из соотношения

При ф„«-q = 3 10 Вт/м идТ ф =33 град.,а Т =20 град. 3» ="38 Вт/м.град., что удовлетворительно совпадает с литературными данными .

Формула изобретения дуемого материала и вспомогательного вещества, заполняющего пространство между образцами, пропускают через систему тепловой поток и регистрируют перепад температур н направлении этого потока, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения, двухкомпонентную систему выполняют анизотропной, например, путем выбора формы образцов, подают тепловые потоки в различных направлениях, регистрируют тепловые потоки и перепады тем647591

6 ператур в соответствующих этим потокам направлениях и по измеренным величинам определяют искомый коэффициент тепло проводности.

Ю Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 253412, кл. G 01 Й 25/18, 24.06.67.

10 2. Авторское свидетельство СССР

¹ 226894, кл. G 01 М 25!18, 29. 04.67.

Составитель В. Вертоградский

Редактор И. Шубина Техред И. Асталош Корректор С. Шекмар.

Заказ 296136 Тираж 1089 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий.

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4