Способ определения теплофизическиххарактеристик зерновых материалов
Союз Советскнк
Социалмстнческнк
Реслублик
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОИЖОМУ С ВТИЛЬСТВУ
< и813219
J (б1) Дололннтелъное к авт. санд-ву (22) Заявлено 13.12. 78 (21) 2696292/18-25 (51) м. к.з
G 01 N 25/18 с присоединением заявки М—
Государственный комитет
СССР ио делам изобретений и открытий (23) Прнорнтет—
Опубликовано 150381. Бюллетень т6 10 (53) УДт(541.-66 (088. 8) Дата опубликования описания 150331 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ
ХАРАКТЕРИСТИК ЗЕРНОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
Изобретение относится к теплофизическим измерениям, а именно к способам определения теплофизических характеристик зерновых материалов.
Известен способ для определения теплофизических характеристик зернистых материалов, предусматривающий размещение образца и эталона одинаковой толщины между нагревателями и холодильником с соответственно равными температурами. При этом плотности установившихся через образец и эталон тепловых потоков определяются их теплопроводностями (11.
Однако данный способ пригоден лишь 15 при равенстве термических сопротивлений контакта образца и эталона с греющими поверхностями. Кроме того, система регулировки температур сложна, что затрудняет проведение опыта. 20
Способ позволяет определять только коэффициент теплопроводности образцов.
Ближайшим по техническому решению является способ попеременного опреде- >> ления теплопроводности и обьемной теплоемкости материалов в плоском слое в стационарных и переходных тепловых режимах. Информации, непрерывно получаемой с помощью датчиков 30 темйературы и плотности теплового потока, размещенных в плоскостях контакта образца с нагревателем и холодильником, вполне достаточно для определения искомых характеристик (21.
Однако, в связи с непостоянством контактных термических сопротивлений при исследовании зернистых материалов, способ не находит применения.
К тому же здесь необходимо учитывать балластные термические сопротивления и емкости.
Цель изобретения - повышение точности измерения за счет исключения влияния контактных и балластных термических сопротивлений и емкостей.
Эта цель достигается тем, что тепловым потоком воздействуют одновременно на две пробы исследуемого ма териала разной толщины, размещенные между одним изотермическим нагревателем и двумя изотермическими холодильниками, поддерживая при этом неизменной температуру нагревателя, а также равными и неизменными температуры холодильников, т.е. одинаковый перепад температур на пробах, получают стационарный тепловой ре" жим. Измеряя эти температуры и плот813219 ности тепловых потоков, пронизывающих каждую пробу, рассчитывают коэффициент теплопроводности исследуемогс материала. Изменив температуры нагревателя и холодильника на один и тот же заданный временной интервал, т.е. произведя переходный тепловой режим и измерив накопление тепла каждой пробой, определяют объемную теплоемкость.
Йа Фиг.1 изображена схема размещения образцов, нагревателя и холодильников, на Фиг.2 — график изменения теплофиэических характеристик.
Между нагревателем 1 и двумя холодильниками 2 размещают пробы образца 3 и 4 разной толщины. На рабочих поверхностях нагревателя 1 и холоди- льников 2 в виде пластин 5, либо каким нибудь иным образом, смонтированы датчики 6 теплового потока и 7 температуры.
Измерения проводят следующим образом.
Размещают пробы образца 3 и 4 в ячейках устройства. Термостатируют нагреватель 1 и холодильники 2 при заданных температурах t и t>, при этом устанавливается стационарный тепловой режим, характерный тем,что плотность теплового потока для каждой пробы неизменна по толщине и во времени. Сигналы всех датчиков записывают в Функции времени. Вид графика показан на Фиг.2, где 1 - температура нагревателя, 2 — температура холодильников, 3 — средняя температура обеих прЬб, 4 — плотность теплового потока через большую пробу, 5 — плотность теплового потока через меньшую пробу. Количества тепла, накопленные большей и меньшей пробами, обозначены соответственно б и 7.
По данным начального стационарно. го режима (период 1, фиг.2) составляем систему уравнений 4.t k
--г = — +
q 6
41 *" н (1) .
-p "ч+ "°
1 И где q u q - плотности тепловых потоков через большую и меньшую пробы;
h и h" — толщины проб;
n t — перепад температур между нагревателем и холодильниками.
Суммарные контактные и балластные термические сопротивления для обеих ячеек одинаковы (8> = R> ) . Решение системы дает следующую формулу для определения коэффициента теплопроводности образца л- Ы .ф. (л)
nt(q - )
Таким образом, величины Контактных и балластных термических сопротивлений исключены иэ расчета.
Далее (период Il, Фиг.2) производят изменение температур нагревателя, и холодильника на одинаковый интервал. При этом пробы начинают поглощать тепло, что выражается увеличением плотности теплового потока на входе тепла в слой и уменьшением на выходе. При достижении нагревателем и холодильником заданных температур происходит стабилизация теплового режима (период и, Фиг.2). Плотности теплового потока на слое выравниваются, и наступает конечный стационарный тепловой режим (период 20 По данным переходного режима составляем систему уравнений e)ь -- - -т бъ (3) <р Рв бъ i er где Q u Q — количество тепла, накопленного пробами за переходной режим при увеличении их температуры íà d t. Как и в предыдущем случае балластные I Ф теплоемкости ячеек равны (Р6 = Рв ) . Решение системы дает Формулу для определения объемной теплоемкости образца. 3S Р at(h „ > (4) Таким образом, балластные теплоемкости также исключены иэ расчета. Коэффициент температуропроводности 4g рассчитйвают по известной Формуле,используя полученные значения коэффициента теплопроводности и объемной теплоемкости. Предлагаемый способ предназначен для комплексного определения таких теплофизических свойств материалов, как теплопроводность, теплоемкость и температуропроводность при нагревании или при охлаждении образца. Он 5р позволяет повысить точность и досто. верность результатов исследований ТФХ зернистых материалов эа счет исключения влияния контактных и балластных термических сопротивлений и емкостей и является практически первым способом, специально предназначенным для этих целей. Способ позволяет при исследованиях моделировать различные тепловые нагрузки, приближая их к производственным, высокая скорость 40 измерений дает возможность избежать влияния влагопереноса при исследовании влажных материалов. Изобретение наиболее целесообразно использовать для исследования температурных и влажностиых зависимостей 813219 ТФХ зерна, сыпучих и гранулированных материалов пищевой, химической и других отраслей промыщленности.Пригоден он и для исследования грунтов, особенно при замораживании или оттаивании. Формула изобретения Способ определения теплофизических g характеристик зерновых материалов в плоском слое, размещенных между изотермическим нагревателем и холодильником, заключающийся в одномерном переносе тепла путем поперемеиных стационарных и переходных тепловых режимов, о т .л и ч а ю шийся . тем, что, с, целью повьыения точности измерения за счет исключения влияния контактных и балластных термических сопротивлений и емкостей, воздейст- 20 вуют тепловым потоком одновременно на две пробы исследуемого материала разной толщины, поддерживая при этом неизменной температуру нагревателя, а также равными и неизменными температуры холодильников, измеряют ука.эанные температуры и плотности тепловых потоков, пронизывающих каждую пробу, рассчитывают коэффициент теплопроводности Л Ь - 1ИЧ," ) а затем изменяют температуры нагревателя и холодильника на один и тот же заданный временной интервал и- из" меряют количество тепла, накопленного каждой пробой эа переходный режим и определяют объемную теплоемкость 1 5 д-ц Bt(H -И ) где q u q — плотности теплового потока соответственно через йервуюи вторую пробы, h u h — толщины проб; 0 и 0" — количество тепла, накопленного первой и второй пробами; с.и с — температуры нагревателя 4 1 и холодильника; - приращение температуры за переходный режим. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1 ° Авторсксе свидетельство СССР В 542945, кл.G Oi М 25/18,1977. 2. Авторское свидетельство СССР М 347643 кл.G 01 и 25/18, 1972 (прототип). 813219 Составитель A.Âîëêîâ Редактор A.Наурсков Техред М.Федорнак Корректор В„Бутяга Заказ 757/51 Тираж 907 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР ло делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5 Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðîä, ул.Проектная,4
