Устройство для измерения теплофизических характеристик капиллярнопористых и дисперсных материалов

Союз Советскик

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 030779 (21) 2777001/18-25 (5f }М. Кл. с присоединением заявки № (23) Приоритет

G 01 И 25/18

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

Опубликовано 1510.80. Бюллетень ¹ 38

Дата опубликования описанная 1 1080 (53) УДК 536 4 (088.8) (72) Авторы изобретения

В.Н.Ковалеэко, Э.Н.Малашенко, В.П.Черняк и A.Н.Щербань (71) Заявитель

Институт технической теплофизики АН Украинской CCP (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК КАПИЛЛЯРНО-ПОРИСТЫХ

В Г.; т Б

И ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ с Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к измерению тепло — и массообменных характеристик капиллярно-пористых и дисперсных материалов. 5

Известно устройство, состоящее иэ камеры с одинаковым оборудованием и аппаратурой в виде тепловентиляционной системы с электронагревателями, испарительно-конденсационного конту- 1О ра с водяной емкостью, замкнутого холодильного контура с низкотемпературннм хладоагентом, системы регулирования температуры и влажности среды в камерах, а в исследуемом мате- 15 риале размещены датчики электрофизических величин, подключенные к электросети через блок управления, электрически связанный с электронагревателями (1J . 2О

Известное устройство имеет существенные недостатки, такие как необходимость в использовании дополнительных устройств при отборе проб (кернов) и придания им определенных раз- 25 меров и форм для лабораторных испытаний.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для ,измерения теплофизических характеристик капиллярно-пористых и дисперсных материалов, содержащее тепловлагоизоляционную обойму с эталонным телом, на одной торцовой поверхности которого закреплен нагреватель, контактирующий с исследуемым материалом, а на другой его торцовой поверхности размещен датчик температуры (2J .

Однако известное устройство имеет такие недостатки, как значительная погрешность измерения, невозможность комплексного определения характеристик в одной установке, а также сложность лабораторного анализа исследуемого материала.

Целью изобретения является повышение быстродействия определения теплофизических характеристик на од" ном приборе.

Цель достигается тем, что устройство для измерения теплофизических характеристик капиллярно-пористых и дисперсных материалов в естественных условиях выполнено многоячеечным, из отдельных полых штанг, в каждую из которых установлены упругие пластины, между которыми по продольной оси штанги расположен подвижный толкатель с круговым выступом, причем пластины соединены через пружины с

771521 обоймами, размещенными в тепловлагоизолирующих гофрах, а гофр одним своим основанием закреплен на корпусе штанги по кромке отверстия под обойму, а другим — с поверхностью обоймы, контактирующей с исследуемым материалом, кроме того, эталонное тело, установленное в обойму, снабжено накладными датчиками теплового потока, и в обойму вместе с эталонным телом введены капиллярно-пористые вкладыши с накладными датчиками теплового потока и датчиками температуры, причем поверхность одного из вкладышей влагоизолирована, а их торцовые поверхности снабжены общим высокотеплопроводным покрытием, одно ; 15 из которых, контактирующее с исследуемым материалом, выполнено перфорированным.

На фиг. 1 представлен вертикальный разрез устройства; на фиг. 2 — 20 разрез A-A на фиг. 1.

Устройство состоит из отдельных штанг 1, в каждую из которых установлены упругие пластины 2, между которыми по продольной оси штанги 1 рас- д5 положен подвижный толкатель 3 с круговым выступом 4, верхние поверхности пластины 2 соединены через пружины 5 с обоймами б, размещенными в тепловлагоизолирующих гофрах 7, а гофрЗ одним своим основанием закреплен на кромке отверстия 8 в корпусе штанги

1, а другим. охватывает поверхность обоймы б.

В тепловлагоизоляционной обойме 6 установлено эталонное тело 9, на торцах которого закреплены датчики теплового потока 10, и на торце эталонного тела 9, контактирующего с исследуемым материалом, встроен плоский нагреватель 11 и датчик температуры 12.Þ

Кроме того, обойма б содержит капиллярно-пористые стержни 13 и 14, на торцовых поверхностях которых с одной, наружной стороны закреплены датчики теплового потока 15 и 16 с общим высокотеплопроводным покрытием 17, а с другой стороны, противоположной наружной, торцовые поверхности стержней

13 и 14 снабжены высокотеплопроводным перфорированным покрытием 18, причем о поверхность стержня 13 влагоизолирована пленкой лака 19.

Стержень 14 снабжен датчиками температуры, включенными по дифференциальной схеме. устройство, подключенное ко вторичной аппаратуре, работает следующим образом.

При движении подвижного толкателя

3 вдоль оси штанг 1 круговой выступ 4 раздвигает симметрично расположенные фО упругие пластины 2, которые в свою очередь через пружину 5 осуществляют прижим обойм 6 с эталонами 9 и капиллярно-пористыми стержнями 13 и 14 к поверхности исследуемого тела. При этом гофры 7 обойм б растягиваются, предотвращая поступление воздуха внутрь штанг 1.

Между эталонными телами 9 и исследуемым материалом, капиллярно-порис-. тыми стержнями 13, 14 и исследуемым материалом возникает тепло- и массообмен. По показаниям термопар 12 и датчиков теплового потока 15, 16 фиксируется равновесное состояние эталонных тел 9, капиллярно-пористых стержней 13, 14 и исследуемого материала, при этом в соответствии с теорией потенциала через определенное время 7р потенциалы массопереноса 92 и температура tz исследуемого материала и 8<, t, тел 9, 13, 14 будут

pBBHb1, т.е. В(= Z, t(= tZ. Начиная

r с момента ср до определенного момента и при термодинамическом равновесном состоянии системы отношения показаний датчиков теплового потока 15, 16, включенных по мостовой схеме, будут постоянными

Показания датчиков теплового потока 15, 16, включенных по мостовой схеме, и наличие изотерм на торцах капиллярно-пористых стержней 13, 14, т.е. поверхностей одинаковой температуры, создаваемых за счет общих для стержней 13, 14 высокотеплопроводных покрытий 17 и 18, позволяет определить эквивалентный коэффициент теплопроводности для стержня 14 по формуле: где 7 Ro — суммарное постоянное термическое сопротивление стержней 13, 14; х — высота стержней 13, 14;

, /g — отношение показаний дат— чиков теплового потока 15 и 16;

Я „ — постоянный коэффициент теплопроводности стержня

13, поверхность которого влагоизолирована, имеет покрытие в виде пленки лака 19.

В результате тепло- и массообмена между стержнями 14 и исследуемым материалом эквивалентные коэффициенты теплопроводности этих стержней будут функции температуры и влажности, т.е. экю (< <) где с<(х„,с) — текущая температура стержня 14. измеряемая датчиками температуры; ® — влажность сте1 жня 14.

Зная эквивалентный коэффициент теплопроводности A 3gg = f (t M() для стержня 14 в каждый момент измерения, возможно по заранее установленным зависимостям и характеристикам кинетики процесса тепло- и массообмена для

771521!

0 9 17 б 7 Я

10 11 Я g te

Фиг.f материала стержней 14 определить влажность Чi, температуру t<(x, ) срежня 14, потенциал массопереноса что в свою очередь позволяет определить иэ системы дифференциальных уравнений а „(.,")» а, .„:) . (>O, х О) а,(Х,".) à t,, x„t> . — д — =а — у- — ("х>0 хха1 при заданных условиях однозначности коэФФициент теппоэон актинности (хрс среднюю массоемкость С, термоградиентный коэффициент 52, коэффициент диффузии 0< исследуемого материала.

После этого включают нагреватель

11, фиксируя тепловые потоки по датчикам 10. В результате осуществления всего комплекса приведенных операций определяют коэффициенты теплопроводности Д2, температуропроводности. а>, массовую теплоемкость Ср>.

Формула изобретения

Устройство для измерения теплофизических характеристик капиллярно-пористых и дисперсных материалов в естественных условиях, содержащее тепловлагоиэоляционную обойму с установленным в ней эталонным телом, на одной торцовой поверхности которого закреплен нагреватель, контактирующий с исследуемым материалом, а на другой торцовой поверхности эталонного тела датчик температуры, о т л и ч а ю щ е е с R тем, что, с целью повыш»ния быстродействия определения теплофиэических характеристик, оно выполнено многоячеечным, в виде отдельных полых штанг, в каждую из которых установлены упругие пластины, между которыми по продольной оси штанги расположен подвижный толкатель с круговым выступом, причем пластины соединены через пружины с обоймами, размещенными в тепловлагоизолирующих гофрах, а гофр одним своим основанием закреплен на корпусе штанги по кромке отверстия пад обойму, а другим— с поверхностью обоймы, контактирующей с исследуемым материалом, кроме того, эталонное тело, установленное в обойму, снабжено накладными датчиками теплового потока, и в обойму вместе с эталонным телом введены капиллярно-пористые вкладыши с накладными датчиками теплового потока и датчиками температуры, причем поверхность одного из вкладышей влагоизолирована, а их торцовые поверхности снабжены общим высокотеплопроводным покрытием, одно из которых, контактирующее с исследуемым материалом, выполнено перфорированным.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Вопросы проветривания шахт Донецкого бассейна. Сб. научных трудовФ

М 44, 1969, с. 240-247.

2. "Тепло- и массоперенос", т. 1, 1962, с. 61-64 (прототип).

771521

Составитель А.Платова

Редактор Е.Абрамова Техред C. Мигунова Корректор М.Вигула

Заказ 6684/54 Тираж 1019 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауыская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4