Устройство для определения тепло-физических характеристик материалов

Союз Советских

Социалистических

Реслублим

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТИЛЬСТВУ.

< о800845 (61) Дополнительное к евт. свид-ву (22) Заявлено 2911,78 (21) 2720327/18-25 (51)М. Кл З с присоединением заявки ¹

G 01 N 25/18

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 30.0181. Бюллетень М 4 (53) УДК 536.63 (088. 8 ) Дата опубликования описания 300181 (72) Авторы изобретения!

А. Г. Мазуренко, Л. В..Декуша, В. Н. Пахомов и В Г,Федоров

О .

) .Ф . 1 1

Киевский технологический институт пищ вой промышленности ь; (71) 3 а яв и тель (54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к теплофизическим измерениям.

Известно устройство для определения теплофизических характеристик 5 (ТФХ) материалов в плоском слое в чередующихся стационарных и переходных тепловых режимах, состоящее из двух проточных теплообменников, термостатируемых при различных температурах, Между теплообменниками размещен образец, а в днище теплообменников вмонтнрова- ны тепломеры и термопары. Это устройство позволяет измерять ТФХ, коэффициент теплопроводности и объемную теплоемкость комплексно, на одном образце. Проточные теплообменникй включены в кбнтуры термостатов, поддер- живающих различные температуры $1) .

Однако для осуществления тепловых режимов во время опыта необходимо выполнение сложных программ согласования работы термостатов, экспериментальная установка громоздка и сложна в эксплуатации, расходы энергии и хладагентов велики.

Известны устройства, в которых тепловые режимы создают с помощью электронагревателей, размещенных внутри образца и на erо поверхностях $2) .

Недостатки таких устройств состоят в том, что регулирование теплового режима эксперимента сложно и ненадежно," устройства не приспособлены для работы при низких (меньше 280 К) температурах и при охлаждении образца.

Устройства предназначены для определения только коэффициента теплопроводности твердых и сыпучих материалов и непригодны для исследования

ТФХ жидкостей.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, состоящее из двух проточных теплообменников, включенных последовательно в замкнутый кОнтур, по которому насосом перемещается теплоноситель. Перепад температур на образце создается за счет нагрева теплоносителя на пути из холодного теплообменника в горячий и последующего охлаждения на пути из горячего теплообменника в холодный (31 .

Однако для эксплуатации этого устройства требуется большой расход энергии на последовательный форсированный нагрев и охлаждение теплоносителя. При этом не удается добиться хорошей стабилизации температуры проточных теплообменняков и регули800845 рования теплового режима. Температурный диапазон устройства незначителен.

Цель изобретения - упрощение стабилизации температуры образца и плот ности пронизывающего его теплового потока, а также расширение температурного диапазона измерений.

Поставленная цель достигается тем, что к каждому проточному теплообменнику крепят послойно тонкий электронагреватель с равномерной плотностью тепловыделений и плоскую температуровыравнинающую пластину с размещенными в центре заподлицо с обращенной к образцу поверхностью тепломером и термопарой, а сами теплообменники имеют одинаковое гидравлическое сопротивление и включены параллельно в контур одного термостата или криостата. К верхнему теплообменнику прикреплены два электронагревателя, один из которых идентичен электронагревателю на нижнем теплообменнике и включен с ним последовательно в одну цепь питания.

Одийаковое гидравлическое сопротивление теплообменникон позволяет термостатировать их при одинаковой температуре. Мощность электронагревателей выбирается такой, чтобы обеспечить превышение температуры образца над температурой теплообменников на 0-50 К.

На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство.

Проточные теплообменники 1 и 2 имеют форму коротких полых цилиндров и вставлены в цилиндрический теплоизолированный корпус 3. Исследуемый материал (образец) 4 размещен в пространстве между теплообменниками 1 и 2 и корпусом 3. К рабочей поверхности теплообменника 1 прикреплены тонкие электронагреватели 5 и б и плоская температуровыравнивающая.плас тина 7. К рабочей поверхности теплообменника 2 прикреплен электронагреватель 8 и температуровыравнивающая пластина 9. В пластины 7 и 9 заподлицо с поверхностью, контактирующей с образцом, вмонтированы тепломеры

10 и спаи термопар 11 ° Теплообменники включены параллельно в линию 12 подачи теплоносителя (хладоносителя) из термостата (криостата) 13. Электронагреватели 5 и 8 имеют одинаковое электрическое сопротивление, включены последовательно в цепь 14 питания, имеют одинаковую мощность и служат для регулирования температуры образца. Электронагреватель б включен в цепь 15 питания и служит для регулирования плотности теплового потока, пронизывающего образец. устройство работает следующим образом.

Образец 4 загружают в устройство, обеспечивая равномерный контакт с пластинами 7 и 9. В теплообменники

1 и 2 подают теплоноситель постоянной температуры. К цепи 14 подводят напряжение, достаточное для нагрева образца до заданной температуры опыта. К цепи 15 подводят напряжение, достаточное для получения стационарного теплового режима с заданной плотностью теплового потока. B установившемся стационарном режиме измеряют плотности теплового потока через верхнюю и нижнюю поверхности образца ц = цн= q и температуры в тех же точках t и сн . Зная толщину h образца,,рассчитывают его теплопроводность по формуле

15 д. h

Э Н где h — теплопроводность образца; толщина образца;

q — плотность теплового потока через образец;

t u t — температуры верхней и нижН ней поверхностей образца.

После этого осуществляют переходный тепловой режим, увеличивая на25 пряжение н цепи 14 при нагрене образ— ца или уменьшая его при охлаждении.

При этом, соответственно, изменяется температура образца. Количество тепла, поглощенного (выделенного) за переходный режим объемом образца, расположенным между единичными поверхностями контакта с теплообменниками, равно разнице интегралов плотности теплового потока через поверхности

З5 образца по времени и пропорционально площади, замкнутой кривыми q () и q„(tt ) на диаграмме записи пере— ходного режима. Переходный режим оканчивается новым стационарным режимом. Объемную теплоемкость образца определяют по формуле сЯ

5 ° К где с — массон ая теплоемкость образ— ца;

45 P — плотность образца;

S †.площадь на диаграмме записи, замкнутая кривыми q (1 ) и q>(X );

К вЂ” масштаб записи;

$0 t u t — средние температуры образца

2 в начальном и конечном стационарных тепловых режимах.

Коэффициент температуропроводности образца вычисляют, используя значеННН H CP

Предлагаемое устройство предназначено для комплексного исследования

ТФХ твердых, жидких и сыпучих материалов в диапазоне 200-370 К. Оно

60 несложно в изготовлении и обслуживании. Расход электроэнергии и хладоносителя по сравнению с известным устройством уменьшен, а стабильность режимов опыта и точность результате.

65 увеличены.

800845

Формула изобретения

Составитель В.Гусева

Техред М.Голинка

Корректор Г. Наз арова

Редактор И.Михеева

Заказ 10409/58 Тираж 918 Подписное

ВНИИПИ 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

1. Устройство для определения теплофизических характеристик материалов в плоском слое в чередующихся стационарных и переходных тепловых режимах, состоящее из двух проточных теплообменников, между которыми размещен образец, двух тепломеров и двух термопар, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения стабилизации температуры образца и плотности пронизывающего его теплового потока, а также расширения температурного диапазона измерений, к каждому проточному теплообменнику послойно прикреплены тонкий электронагреватель с 15 равномерной плотностью тепловыделений и плоская температуровыравнивающая пластина с размещенными в центре заподлицо с обращенной к образцу поверхностью тепломером и термопарой, причем теплообменники имеют одинаковое гидравлическое сопротивление и включены параллельно в контур одного термостата.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что к верхнему теплообменнику прикреплены два электронагревателя, один из которых идентичен электронагревателю нижнего теплообменника и включен с ним последовательно в одну цепь питания.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 347643, кл. G 01 N 25/18, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

9 218489, кл. G 01 N 25/18, 1968.

3. Авторское свидетельство СССР

N 561122, кл. G 0,1 N 25/18, 1977 (прототип).