При збільшенні питомих потужностей двигунів внутрішнього згоряння зростає кількість теплоти, яку необхідно відводити від нагрітих вузлів і деталей. ефективність сучасних систем охолодження і спосіб збільшення інтенсивності теплопередачі практично досягли своєї межі. Метою даної роботи є дослідження інноваційних охолоджуючих рідин для систем охолодження теплоенергетичних пристроїв на основі двофазних систем, що складаються з базової середовища (вода) і наночастинок. Розглянуто один з методів вимірювання теплопровідності рідини під назвою 3ω-hot-wire. Представлені результати вимірювання коефіцієнта теплопровідності нанорідин на основі оксиду графену при різній концентрації останнього. Встановлено, що при застосуванні 1,25% графена коефіцієнт теплопровідності нанорідин збільшився на 70%.
теплопровідність
коефіцієнт теплопровідності
оксид графену
нанорідин
система охолодження
випробувальний стенд
1. Осипова В.А. Експериментальне дослідження процесів теплообміну: навч. посібник для вузів. - 3-е изд., Перераб. і доп. - М .: Енергія, 1979. - 320 с.
2. Теплопередача В.П.. Ісаченко, В.А. Осипова, А.С. Сукомел - М .: Енергія, 1975. - 488 с.
3. Anomalously increased effective thermal conductivities of ethylene glycol-based nanofluids containing copper nanoparticles / J.A. Eastman, S.U.S. Choi, S. Li, W. Yu, L.J. Thompson Appl. Phys. Lett. 78,718; 2001.
4. Thermal Conductivity Measurements Using the 3-Omega Technique: Application to Power Harvesting Microsystems / David de Koninck; Thesis of Master of Engineering, McGill University, Montréal, Canada, 2008. - 106 с.
5. Thermal Conductivity Measurement / W.A. Wakeham, M.J. Assael тисячу дев'ятсот дев'яносто дев'ять by CRC Press LLC.
Відомо, що при сучасних тенденціях підвищення питомих потужностей двигунів внутрішнього згоряння, а також до більш високих швидкостей і меншим розмірам для мікроелектронних пристроїв постійно зростає кількість теплоти, яку необхідно відводити від нагрітих вузлів і деталей. Застосування різних теплопровідних рідин для відводу тепла є одним з найбільш поширених і ефективних способів. Ефективність сучасних конструкцій охолоджувальних пристроїв, як і звичайний спосіб збільшення інтенсивності теплопередачі, практично досягли своєї межі. Відомо, що звичайні охолоджуючі рідини (вода, масла, гліколі, фторуглероди), мають досить низьку теплопровідність (табл. 1), що є обмежуючим фактором в сучасних конструкціях систем охолодження. Для збільшення їх теплопровідності можна створити багатофазну (мінімум двухфазную) дисперсне середовище, де роль дисперсії виконують частки зі значно більшим коефіцієнтом теплопровідності, ніж базова рідина. Максвелл в 1881 році запропонував додати тверді частинки з високою теплопровідністю в базову теплопроводящую охолоджуючу рідину.
Ідея полягає в тому, щоб змішати металеві матеріали, Такі як срібло, мідь, залізо, і неметалеві матеріали, такі як глинозем, CuO, SiC і вуглецеві трубки, що володіють більш високою теплопровідністю в порівнянні з базовою теплопроводящей рідиною з меншим коефіцієнтом теплопровідності. Спочатку тверді частинки (такі як срібло, мідь, залізо, вуглецеві трубки, що володіють більш високою теплопровідністю в порівнянні з базовою рідиною) мікронних і навіть міліметрових розмірів були змішані з базовими рідинами з отриманням суспензій. Досить великий розмір застосовуваних частинок і труднощі у виробництві нанорозмірних частинок стали обмежуючими факторами в застосуванні таких суспензій. Зазначена проблема була вирішена роботами співробітників Аризонской національної лабораторії S. Choi і J. Eastman, які провели експерименти з металевими частинками нанометрових розмірів. Вони з'єднували різні металеві наночастинки і наночастинки металевих оксидів з різними рідинами і отримали дуже цікаві результати. Ці суспензії наноструктурованих матеріалів були названі «нанорідин».
Таблиця 1
Порівняння коефіцієнтів теплопровідності матеріалів для нанорідин
З метою розробки сучасних інноваційних охолоджуючих рідин для систем охолодження високофорсованих теплоенергетичних пристроїв нами були розглянуті двофазні системи, що складаються з базової середовища (вода, етиленгліколь, масла і ін.) І наночастинок, тобто частинок з характерними розмірами від 1 до 100 нм. Важливою особливістю нанорідин є те, що навіть при додаванні невеликої кількості наночастинок вони показують серйозне підвищення в теплопровідності (іноді більш, ніж в 10 разів). Причому підвищення теплопровідності нанорідин залежить від температури - з ростом температури збільшується підвищення коефіцієнта теплопровідності.
При створенні таких нанорідин, що представляють собою двофазну систему, необхідний надійний і досить точний метод вимірювання коефіцієнта теплопровідності.
Нами розглянуті різні методи вимірювання коефіцієнта теплопровідності для рідин. В результаті проведеного аналізу було обрано «3ω-провідний» метод для вимірювання теплопровідності нанорідин з досить високою точністю.
«3ω-провідний» метод використовується для одночасного вимірювання теплопровідності і температуропровідності матеріалів. Він заснований на вимірюванні підвищення температури, що залежить від часу в джерелі тепла, тобто гарячому дроті, який занурений в рідину для тестування. Металевий дріт одночасно служить електричним нагрівачем опору і термометром опору. Металеві дроту виготовляються вкрай малими в діаметрі (кілька десятків мкм). Підвищення температури дроту досягає зазвичай 10 ° C і впливом конвекції при цьому можна знехтувати.
Металевий дріт довжиною L і радіусом r, зважена в рідини, діє як нагрівач і термометр опору, як показано на рис. 1.
Мал. 1. Схема установки методу «3ω гарячої дроту»Для вимірювання теплопровідності рідини
Сутність доступного метода коефіцієнта теплопровідності полягає в наступному. Змінний струм тече через металевий дріт (нагрівач). Характеристика змінного струму визначається рівнянням
де I 0 - є амплітудою змінного синусоїдального струму; ω - частота струму; t - час.
Змінний струм протікає через дріт, діючи як нагрівач. Відповідно до закону Джоуля - Ленца визначається кількість теплоти, що виділяється при проходженні по провіднику електричного струму:
і являє собою суперпозицію джерела постійного струму і 2ω модульованого джерела тепла,
де R E є електричним опором металевого дроту в умовах експерименту, і воно є функцією температури.
Виділилася теплова потужність породжує зміна температури в нагрівачі, яке також є суперпозицією компоненти постійного струму і компоненти 2ω змінного струму:
де ΔT DC - амплітуда зміни температури під дією постійного струму; ΔT 2ω - амплітуда зміни температури під дією змінного струму; φ - зсув фази, індукований нагріванням маси зразка.
Електричний опір проводу залежить від температури і це і є 2ω компонент змінного струму в опорі дроту:
де C rt - температурний коефіцієнт опору для металевого дроту; R E0 - довідкове опір нагрівача при температурі T 0.
Зазвичай T 0 це температура об'ємного зразка.
Напруга на металевому дроті може бути отримано як,
(6)
У рівнянні (6) напруга на дроті містить: падіння напруги через опір постійного струму дроти при 1ω і два нових компонента, пропорційні підвищенню температури в проводі при 3ω і при 1ω. 3ω компонента напруги 
може бути залучена за допомогою підсилювача, а потім використовується для виведення амплітуди зміни температури при 2ω:
Частотна залежність зміни температури ΔT 2ω отримана зміною частоти змінного струму при постійній напрузі V 1ω. У той же самий час залежність зміни температури ΔT 2ω від частоти може бути апроксимована як
де α f - коефіцієнт температуропровідності; k f - коефіцієнт теплопровідності базової рідини; η - константа.
Зміна температури при частоті 2ω в металевій дроті може бути виведено за допомогою компоненти напруги частоти 3ω, як показано в рівнянні (8). Коефіцієнт теплопровідності рідини k f визначається за нахилом 2ω зміни температури металевого дроту по відношенню до частоти ω,
(9)
де Р - вживана потужність; ω - є частотою прикладеного електричного струму; L - довжина металевого дроту; ΔT 2ω - амплітуда зміни температури на частоті 2ω в металевій дроті.
3ω-провідний метод має кілька переваг перед традиційним методом гарячого дроту:
1) температурні коливання можуть бути досить маленькими (нижче 1K, в порівнянні з приблизно 5K для методу гарячої дроту) в досліджуваній рідині, щоб зберегти постійні властивості рідини;
2) фонові шуми, такі як зміна температури, мають набагато менший вплив на результати вимірювань.
Ці переваги роблять цей метод ідеально підходить для вимірювання температурної залежності коефіцієнта теплопровідності нанорідин.
Установка для вимірювання коефіцієнта теплопровідності включає наступні компоненти: міст Уїнстона; генератор сигналів; аналізатор спектру; осцилограф.
Міст Вінстона є схему, яка застосовується для порівняння невідомого опору R x з відомим опором R 0. Схема моста приведена на рис. 2. Чотири плеча моста Уїнстона АВ, ВС, АТ і ДС є опору Rх, R0, R1 і R2 відповідно. У діагональ ВД включається гальванометр, а в діагональ АС приєднується джерело живлення.
Якщо відповідним чином підібрати величини змінних опорів R1 і R2, то можна домогтися рівності потенціалів точок В і Д: φ В \u003d φ Д. В цьому випадку струм через гальванометр не піде, тобто I g \u003d 0. При цих умовах міст буде збалансований, і можна знайти невідоме опору Rх. Для цього скористаємося правилами Кірхгофа для розгалужених ланцюгів. Застосовуючи перше і друге правила Кірхгофа, отримаємо
R х \u003d R 0 · R 1 / R 2.
Точність у визначенні R х зазначеним методом у великій мірі залежить від вибору опорів R 1 і R 2. Найбільша точність досягається при R 1 ≈ R 2.
Генератор сигналів виступає в якості джерела електричних коливань в діапазоні 0,01 Гц - 2 МГц з високою точністю (з дискретністю через 0,01 Гц). Марка генератора сигналів Г3-110.
Мал. 2. Схема моста Уїнстона
Аналізатор спектра призначений для виділення 3ω складової спектра. Перед початком роботи аналізатор спектру тестувався на відповідність величини напруги третьої гармоніки. Для цього на вхід аналізатора спектра подається сигнал з генератора Г3-110 і паралельно - на широкосмуговий цифровий вольтметр. Ефективне значення амплітуди напруги порівнювався на аналізаторі спектра і вольтметрі. Розбіжність значень склало 2%. Калібрування аналізатора спектра також виконувалася на внутрішньому тесті приладу, на частоті 10 кГц. Величина сигналу на частоті склала 80 мВ.
Осцилограф C1-114 / 1 призначений для дослідження форми електричних сигналів.
Перед початком дослідження нагрівач (дріт) повинен бути поміщений в досліджуваний зразок рідини. Дріт не повинна торкатися стінок посудини. Далі виробляли сканування по частоті в діапазоні від 100 до 1600 Гц. На аналізаторі спектра при досліджуваної частоті фіксується величина сигналу 1, 2, 3 гармоніки в автоматичному режимі.
Для вимірювання амплітуди сили струму використовували послідовно включений в ланцюг резистор опором ~ 0,47 Ом. Величина повинна бути така, щоб вона не перевищувала номінал вимірювального плеча близько 1 Ом. За допомогою осцилографа знаходили напругу U. Знаючи R і U, знаходили амплітуду сили струму I 0. Для розрахунку доданої потужності вимірюється напруга в ланцюзі.
Спочатку досліджується широкий частотний діапазон. Визначається вужча область частот, де лінійність графіка найбільш висока. Потім в обраній області частот проводиться вимірювання з більш дрібним кроком частоти.
У табл. 2 представлені результати вимірювання коефіцієнта теплопровідності нанорідин, що представляє собою 0,35% суспензію оксиду графену в базовій рідині (воді), за допомогою мідної ізольованого дроту довжиною 19 см, діаметром 100 мкм, при температурі 26 ° С для частотного діапазону 780 ... 840 Гц.
На рис. 3 наведено загальний вигляд стенда для вимірювання коефіцієнта теплопровідності рідини.
У табл. 3 представлена \u200b\u200bзалежність коефіцієнта теплопровідності суспензії оксиду графену від його концентрації в рідини при температурі 26 ° С. Вимірювання коефіцієнтів теплопровідності нанорідин здійснювалися при різній концентрації оксиду графену від 0 до 1,25%.
Таблиця 2
Результати вимірювання коефіцієнта теплопровідності нанорідин
|
Частотний діапазон |
кругова частота |
Сила струму |
Амплітуда напруги третьої гармоніки |
зміна температури |
Логарифм кругової частоти |
потужність |
нахил графіка |
Коефіцієнт теплопровідності |
Мал. 3. Загальний вигляд стенда для вимірювання коефіцієнта теплопровідності рідини
У табл. 3 також наведені значення коефіцієнтів теплопровідності, визначені за формулою Максвелла.
(10)
де k - коефіцієнт теплопровідності нанорідин; k f - коефіцієнт теплопровідності базової рідини; k p - коефіцієнт теплопровідності дисперсної фази (наночастинок); φ - величина об'ємної фази кожної з фаз дисперсій.
Таблиця 3
Коефіцієнт теплопровідності суспензії оксиду графену
Ставлення коефіцієнтів теплопровідності k експ / k теор і k експ / k табл. води наведені на рис. 4.
Такі відхилення експериментальних даних від передбачених класичним максвелловскую рівнянням, на нашу думку, можуть бути пов'язані з фізичними механізмами збільшення теплопровідності нанорідин, а саме:
За рахунок броунівського руху частинок; перемішування рідини створює мікро-конвективний ефект, тим самим підвищуючи енергію теплопереносу;
Перенесенням тепла за механізмом перколяції переважно вздовж кластерних каналів, що утворюються в результаті агломерації наночастинок, які пронизують всю структуру розчинника (звичайної рідини);
Молекули базової рідини утворюють високо орієнтовані шари навколо наночастинок, таким чином збільшуючи об'ємну частку наночастинок.
Мал. 4. Залежність відносини коефіцієнтів теплопровідності від концентрації оксиду графену
Робота виконана із залученням обладнання Центру колективного користування науковим обладнанням «Діагностика мікро- та наноструктур» за фінансової підтримки Міністерства освіти і науки РФ.
рецензенти:
Епархін О.М., д.т.н., професор, директор Ярославського філії ФГБОУ ВПО «Московський державний університет шляхів сполучення », м Ярославль;
Аміров І.І., д.ф.-м.н., науковий співробітник Ярославського філії ФГБУН «Фізико-технологічний інститут» Російської академії наук, м Ярославль.
Робота надійшла до редакції 28.07.2014.
бібліографічна посилання
Жаров А.В., Савинський Н.Г., Павлов А.А., Євдокимов А.Н. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИЙ МЕТОД ВИМІРЮВАННЯ ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ нанорідин // Фундаментальні дослідження. - 2014. - № 8-6. - С. 1345-1350;URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id\u003d34766 (дата звернення: 01.02.2020). Пропонуємо вашій увазі журнали, що видаються у видавництві «Академія природознавства»
МІНІСТЕРСТВО З ТЕХНІЧНОГО РЕГУЛЮВАННЯ ТА МЕТРОЛОГІЇ
НАЦІОНАЛЬНИЙ
СТАНДАРТ
І НАУКИ
ФЕДЕРАЦІЇ
КОМПОЗИТИ
видання офіційне
Стшдфттфцм
ГОСТ Р 57967-2017
Передмова
1 ПІДГОТОВЛЕНО Федеральним державним унітарним підприємством «Всеросійський науково-дослідний інститут авіаційних матеріалів» спільно з Автономної некомерційної організацією «Центр нормування, стандартизації та класифікації композитів» за участю Об'єднання юридичних осіб «Союз виробників композитів» на основі офіційного перекладу на російську мову англомовної версії зазначеного в пункті 4 стандарту, який виконаний ТК 497
2 ВНЕСЕНО Технічним комітетом зі стандартизації ТК 497 «Композити, конструкції і вироби з них»
3 ЗАТВЕРДЖЕНО ТА ВВЕДЕНО В ДІЮ Наказом Федерального агентства з технічного регулювання і метрології від 21 листопада 2017 р № 1785-ст
4. Цей Стандарт є модифікованим по відношенню до стандарту астми Е1225-13 «Стандартний метод випробування на визначення теплопровідності твердих речовин методом порівняльного поздовжньо-обгородженого теплового потоку» (ASTM E122S-13 «Standard Test Method for Thermal Conductivity of Solids Using the Guard ed-Comparative -Longitudinal Heat Flow Technique », MOD) шляхом зміни його структури для приведення у відповідність з правилами, встановленими в ГОСТ 1.5-2001 (підрозділи 4.2 і 4.3).
На даний стандарт не включені пункти 5. 12. підпункти 1.2, 1.3 застосованого стандарту астми. які недоцільно застосовувати в російській національній стандартизації в зв'язку з їх надмірністю.
Зазначені пункти і підпункти, не включені в основну частину цього стандарту, наведені в додатковому додатку ТАК.
Найменування цього стандарту змінено щодо найменування зазначеного стандарту астми для приведення у відповідність з ГОСТ Р 1.5-2012 (підрозділ 3.5).
Зіставлення структури цього стандарту зі структурою зазначеного стандарту астми приведено в додатковому додатку ДБ.
Відомості про відповідність посилального національного стандарту стандарту астми. використаному в якості довідкового в застосованому стандарті астми. наведені в додатковому додатку ДВ
5 ВВЕДЕНО ВПЕРШЕ
Правила застосування цього стандарту встановлено у статті 26 федерального закону від 29 червня 2015 р N9 162-ФЗ «Про стандартизацію в Російської Федерації». Інформація про зміни до цього стандарту публікується е щорічному (станом на 1 січня поточного року) інформаційному покажчику «Національні стандарти», а офіційний текст змін і підлогу тисняви \u200b\u200b- е щомісячному інформаційному покажчику «Національні стандарти». У разі перегляду (заміни) або скасування цього стандарту відповідне повідомлення буде опубліковано в найближчому випуску щомісячного інформаційного покажчика «Національні стандарти». Відповідна інформація. повідомлення і тексти розміщуються також в інформаційній системі загального користування - на офіційному сайті Федерального агентства з технічного регулювання і метрології в мережі Інтернет ()
© Стамдартінформ. 2017
Цей стандарт не може бути повністю або частково відтворений, тиражований і розповсюджений як офіційне видання без дозволу Федерального агентства з технічного регулювання і метрології
ГОСТ Р 57967-2017
1 Область застосування ............................................... .................. 1
3 Терміни, визначення та позначення ............................................ ....... 1
4 Сутність методу ............................................... ..................... 2
5 Устаткування і матеріали .............................................. ............. 4
6 Підготовка до проведення випробувань ............................................. ....... 11
7 Проведення випробувань ............................................... ............... 12
8 Обробка результатів випробувань .............................................. ....... 13
9 Протокол випробувань ............................................... .................. 13
Додаток ДА (довідковий) Оригінальний текст не включені до неї структурних елементів
застосованого стандарту астми ........................................... 15
Додаток ДБ (довідковий) Зіставлення структури цього стандарту зі структурою
застосованого в ньому стандарту астми ...................................... 18
Додаток ДВ (довідковий) Відомості про відповідність посилального національного стандарту стандарту астми. використаному в якості довідкового в застосованому стандарті астми .......................................... ............. 19
ГОСТ Р 57967-2017
НАЦІОНАЛЬНИЙ СТАНДАРТ УКРАЇНИ
КОМПОЗИТИ
Визначення теплопровідності твердих тіл методом стаціонарного одновимірного теплового потоку з охоронним нагрівачем
Composites. Determination of thermal conductivity of soHds by stationary one-dimensional heat flow
with a guard heater technique
Дата введення - 2018-06-01
1 Область застосування
1.1 Цей стандарт встановлює визначення теплопровідності однорідних непрозорих твердих полімерних, керамічних і металевих композитів методом стаціонарного одновимірного теплового потоку з охоронним нагрівачем.
1.2 Цей стандарт призначений для застосування при випробуванні матеріалів, що мають аффективную теплопровідність в діапазоні від 0,2 до 200 Вт / (м-К) в діапазоні температур від 90 К до 1300 К.
1.3 Цей стандарт може бути також застосований при випробуванні матеріалів, що мають ефективну теплопровідність поза вказаними діапазонів з більш низькою точністю.
2 Нормативні посилання
У цьому стандарті є нормативні посилання на такі нормативні документи:
ГОСТ 2769 Шорсткість поверхні. Параметри і характеристики
ГОСТ Р 8.585 Державна система забезпечення єдності вимірювань. Термопари. Номінальні статичні характеристики перетворення
Примітка - При користуванні справжнім стандартом доцільно перевірити дію посилальних стандартів в інформаційній системі загального користування - на офіційному сайті Федерального агентства з технічного регулювання і метрології в мережі Інтернет або по щорічному інформаційному покажчику «Національні стандарти», який опублікований станом на 1 січня поточного року, і за випусками щомісячного інформаційного покажчика «Національні стандарти» за поточний рік. Якщо замінений контрольний стандарт, на який дана недатована посилання, то рекомендується використовувати діючу версію цього стандарту з урахуванням всіх внесених в дану версію змін. Якщо замінений контрольний стандарт, на який дана датована посилання, то рекомендується використовувати версію цього стандарту з зазначеним вище роком затвердження (прийняття). Якщо після затвердження цього стандарту в контрольний стандарт, на який дана датована осипка, внесено зміну, що зачіпає положення, на яке дано посилання, то це положення рекомендується застосовувати без урахування даного зміни. Якщо контрольний стандарт скасований без заміни, то положення, в якому дано посилання на нього, рекомендується застосовувати в частині, що не зачіпає це посилання.
3 Терміни, визначення та позначення
3.1 У цьому документі використано такі терміни та визначення:
3.1.1 теплопровідність / .. Вт / (м К): Ставлення щільності теплового потоку при стаціонарних умовах через одиницю площі до одиниці градієнта температури е напрямку, перпендикулярному до поверхні.
видання офіційне
ГОСТ Р 57967-2017
3.1.2 здається теплопровідність: При наявності інших способів передачі тепла через мате * ріал, крім теплопровідності, результати вимірювань, виконаних по справжньому методу випробу * ня. являють собою уявну або ефективну теплопровідність.
3.2 8 цьому документі використано такі позначення:
3.2.1 X M (T), Вт / (м К) - теплопровідність еталонних зразків в залежності від температури.
3.2.2 Еці, Вт / (м К) - теплопровідність верхнього еталонного зразка.
3.2.3 Xjj '. 8т / (м К) - теплопровідність нижнього еталонного зразка.
3.2.4 ЕДТ), Вт / (м К) - теплопровідність випробуваного зразка з поправкою на теплообмін в не є обхідних випадках.
3.2.5 Х "$ (Т), Вт / (м К) - теплопровідність випробуваного зразка, розрахована без урахування поправки на теплообмін.
3.2.6\u003e у (7), Вт / (м К) - теплопровідність ізоляції в залежності від температури.
3.2.7 Г, К - абсолютна температура.
3.2.8 Z, м - відстань, виміряна від верхнього кінця пакету.
3.2.9 /, м - довжина випробуваного зразка.
3.2.10 Г (, К - температура при Z r
3.2.11 q ", Вт / м 2 - тепловий потік на одиницю площі.
3.2.12 зх Ьт, ін. - відхилення X. Г. ін.
3.2.13 р А, м - радіус випробуваного зразка.
3.2.14 р в, м - внутрішній радіус охоронної оболонки.
3.2.15 f 9 (Z), К - температура охоронної оболонки в залежності від відстані Z.
4 Сутність методу
4.1 Загальна схема методу стаціонарного одновимірного теплового потоку з використанням ох * ранного нагрівача показана на малюнку 1. Випробуваний зразок з невідомої теплопровідністю X s. має передбачувану питому теплопровідність X s // s. встановлюють під навантаженням між двома еталонними зразками з теплопровідністю Х м, що мають таку ж площу поперечного перерізу і питому теплопровідність Х ^ // ^. Конструкція являє собою пакет, що складається з дискового нагрівача з випробуваним зразком і еталонними зразками з кожного боку між нагрівачем і теплоотводом. У досліджуваному пакеті створюється градієнт температури, втрати тепла зводяться до мінімуму за рахунок використання поздовжнього охоронного нагрівача, що має приблизи * кові той же температурний градієнт. Через кожен зразок протікає приблизно половина енергії. 8 рівноважному стані коефіцієнт теплопровідності визначають виходячи з виміряних гради * ентов температури випробуваного зразка і відповідних еталонних зразків і теплопровідності еталонних матеріалів.
4.2 Притуляють силу до пакету для забезпечення гарного контакту між зразками. Пакет оточується ізолюючим матеріалом з теплопровідністю Ізоляція укладена в охоронну про * лочка з радіусом г 8, що знаходиться при температурі Т д (2). Встановлюють градієнт температури в пакеті шляхом підтримки верхньої частини при температурі Т т і нижній частині при температурі Т в. Температура T 9 (Z) зазвичай є лінійним температурним градієнтом, приблизно відповідним градієнту, встановленому в досліджуваному пакеті. Може бути також використаний ізотермічний охоронний нагрівач з температурою T? (Z). рівній середній температурі випробуваного зразка. Не рекомендується використовувати конструкцію вимірювальної комірки приладу без охоронних нагрівачів через можливі великих теплових втрат, особливо при підвищених температурах. У стаціонарному стані температурні градієнти вздовж ділянок обчислюють на основі виміряних температур уздовж двох еталонних зразків і випробуваного зразка. Значення X "s без урахування поправки на теплообмін розраховують за формулою (умовні позначення наведені на малюнку 2).
Т 4 -Г 3 2 U 2 -Z, Z e -Z 5
де Г, - температура при Z ,. До Т 2 - температура при Z 2, К Р 3 - температура при Z 3. До
ГОСТ Р 57967-2017
Г 4 - температура при Z 4. До;
Г 5 - температура при Z s. К:
Г в - температура при Z e. К:
Z, - координата 1-го датчика температури, м;
Zj - координата 2-го датчика температури, м;
Z 3 - координата 3-го датчика температури, м;
Z 4 - координата 4-го датчика температури, м;
Z 5 - координата 5-го датчика температури, м;
Z e - координата 6\u003e го датчика температури, м.
Така схема є ідеалізованої, так як вона не враховує теплообмін між пакетом і ізоляцією в кожній точці і рівномірну передачу тепла на кожному кордоні розділу еталонних зразків і випробуваного зразка. Похибки, викликані цими двома припущеннями, можуть сильно змінюватися. Через цих двох факторів повинні бути передбачені обмеження на даний метод випробувань. якщо потрібно досягти необхідної точності.
1 - градієнт температури в охоронній оболонці: 2 - градієнт температури в пакеті; 3 - термопара: 4 - затиск.
S - верхнім нагрівач. б - верхній еталонний зразок: 7 - нижній еталонний зразок, в - нижній нагрівачі: в - холодильник. 10 - верхній охоронний натреаатель: І - інжііі охоронний нагрівач
Малюнок 1 - Схема типового випробуваного пакета і охоронної оболонки, що показує відповідність градієнтів температури
ГОСТ Р 57967-2017
7
б
холодил ьнж
Оаь оімшпрмі
ізоляція; 2 - охоронний нагрівач. Е - металева або керамічна охоронна оболонка: 4 - нагрівач. S - еталонний зразок, б - випробуваний зразок, х - приблизне розташування термопар
Малюнок 2 - Схема методі одновимірного стаціонарного теплового потоку з використанням охоронного нагрівача із зазначенням можливих місць установки датчиків температури
5 Устаткування і матеріали
5.1 Еталонні зразки
5.1.1 Для еталонних зразків повинні бути використані еталонні матеріали або стандарт * ні матеріали з відомими значеннями теплопровідності. У таблиці 1 наведені деякі із загальновизнаних еталонних матеріалів. Малюнок 3 показує зразкову зміна\u003e. м з темпера * турою.
ГОСТ Р 57967-2017
Тйплофоаодоост', ЕГЛ ^ м-К)
Малюнок 3 - Довідкові значення теплопровідності еталонних матеріалів
Примітка - Вибранньи для еталонних зразків матеріал повинен мати теплопровідність, найбільш близьку до теплопровідності вимірюваного матеріалу.
5.1.2 Таблиця 1 не є вичерпною, і в якості еталонних можуть бути використані інші матеріали. Еталонний матеріал і джерело значень Х м повинні бути вказані в протоколі випробувань.
Таблиця 1 - Довідкові дані характеристик еталонних матеріалів
ГОСТ Р 57967-2017
Закінчення таблиці 1
Таблиця 2 - Теплопровідність електролітичного заліза
|
Температура. До |
Теплопровідність. Вт / (м К) |
ГОСТ Р 57967-2017
Таблиця 3 - Теплопровідність вольфраму
|
Температура, К |
Теплопровідність. 6т / (мк) |
ГОСТ Р 57967-2017
Таблиця 4 - Теплопровідність аустенітної сталі
|
Температура. До |
Теплопровідність, Вт / (м К) |
ГОСТ Р 57967-2017
Закінчення таблиці 4
5.1.3 Вимоги, що пред'являються до будь-яких еталонним матеріалами, включають стабільність властивостей у всьому діапазоні температур експлуатації, сумісність з іншими компонентами вимірювальної комірки приладу, легкість кріплення датчика температури і точно відому теплопровідність. Оскільки похибки через втрати тепла для конкретного збільшення до, пропорційні зміні до і Jk s, для еталонних зразків слід використовувати еталонний матеріал з). м. найбільш близькою до\u003e. s.
5.1.4 Якщо теплопровідність випробуваного зразка k s знаходиться між значеннями коефіцієнта теплопровідності двох еталонних матеріалів, слід використовувати еталонний матеріал з більш високою теплопровідністю до і. щоб зменшити загальне падіння температури вздовж пакета.
5.2 Ізоляційні матеріали
Як ізоляційних матеріалів використовують порошкові, дисперсні і волокнисті матеріали для зниження радіального теплового потоку в навколишній пакет кільцевий простір і втрат тепла вздовж пакета. Необхідно враховувати кілька факторів при виборі ізоляції:
Ізоляція повинна бути стабільною в очікуваному діапазоні температур, мати низьке значення теплопровідності до, і бути простий в обігу;
Ізоляція не повинна забруднювати компоненти вимірювальної комірки приладу, такі як датчики температури, вона повинна мати низьку токсичність і не должка проводити електричний струм.
Зазвичай використовують порошки і тверді частинки, так як їх легко утрамбувати. Можна використовувати волокнисті мати з низькою щільністю.
5.3 Датчики температури
5.3.1 На кожному еталонному зразку має бути встановлено не менше двох датчиків температури і двох на випробуваному зразку. По можливості еталонні зразки і випробуваний зразок повинні містити три датчика температури в кожному. Додаткові датчики необхідні для підтвердження лінійності розподілу температури уздовж пакета або виявлення помилки внаслідок некаліброванності температурного датчика.
5.3.2 Тип датчика температури залежить від розміру вимірювальної комірки приладу, діапазону температур і довкілля в вимірювальної комірки приладу, обумовленими ізоляцією, еталонними зразками, випробуваним зразком і газом. Для вимірювання температури може бути використаний будь-який датчик, що володіє достатньою точністю, і вимірювальна осередок приладу повинна бути досить великою, щоб обурення теплового потоку від датчиків температури було незначним. Зазвичай використовуються термопари. їх невеликі розміри і легкість кріплення складають явні переваги.
5.3.3 Термопари повинні бути виготовлені з дроту діаметром не більше 0.1 мм. Для всіх холодних спаїв повинна забезпечуватися постійна температура. Ця температура підтримується охолодженої суспензією, термостатом або електронною компенсацією опорної точки. Всі термопари повинні бути виготовлені або з каліброваного дроту, або з дроту, яка була сертифікована постачальником, щоб забезпечити межі похибки, зазначені в ГОСТ Р 8.585.
5.3.4 Методи кріплення термопар наведені на малюнку 4. внутрішні контакти можуть бути отримані в металах і сплавах шляхом приварювання окремих термоелементів до поверхонь (малюнок 4а). Спаї термопар, приварені встик або з корольком можуть бути жорстко прикріплені за допомогою кування, цементування або зварювання в вузьких канавках або невеликих отворах (малюнки 4Ь. 4с і 4 5.3.5 На малюнку 46 термопара знаходиться в радіальному пазу, а на малюнку 4с термопара простягається через радіальний отвір в матеріалі. 8 випадку використання термопари в захисній оболонці або термопари, обидва термоелемента якої знаходяться в електричному ізоляторі з двома ГОСТ Р 57967-2017 отворами, може бути використано кріплення термопари, показане на малюнку 4d. В останніх трьох випадках термопара повинна бути термічно з'єднана з твердою поверхнею відповідним клеєм або високотемпературним іементом. 8се чотири процедури, показані на малюнку 4. повинні включати в себе загартування проводів на поверхнях, витки дроту в ізотермічних зонах, теплові заземлення проводів на охоронному кожусі або поєднання всіх трьох. 5.3.6 Оскільки неточність розташування датчика температури призводить до великих погрішностей. особлива увага повинна бути приділена визначенню правильного відстані між датчиками і розрахунку можливої \u200b\u200bпомилки в результаті якої-небудь неточності. в - внутрішній сирної шое з розділеними термоелементами, приварюється до випробуваному зразку або еталонним зразкам таким чином, щоб сигнал проходив через матеріал. 6 - радіальний паз на плоскій поверхні кріплення оголеного дроту або датчика термопари з керамічної ізоляцією; з - невелике радіальний отвір, просвердлений через випробуваний зразок або еталонні зразки, і неізольована (допускається, якщо матеріал являє собою електричний ізолятор) або ізольована термопара, простягнута через отвір: d - невелике радіальний отвір, просвердлений ■ випробуваному зразку або еталонних зразках, і термопара , вміщена про отвір Малюнок 4 - Кріплення термопар Примітка - У всіх випадках, термоелементи повинні бути термічно загартовані або термічно заземлені на охоронну оболонку для мінімізації похибки вимірювання через теплового потоку до або з гарячого спаю. 5.4 Система навантаження 5.4.1 Метод випробування вимагає рівномірного перенесення тепла через кордон розділу еталонних зразків і випробуваного зразка, коли датчики температури знаходяться на відстані, що лежить в межах г до від кордону розділу. Для цього необхідно забезпечити рівномірний контактна сопро- ГОСТ Р 57967-2017 тіаленіе прилеглих зон еталонних зразків і випробуваного зразка, яке може бути створене шляхом додатка осьового навантаження в поєднанні з провідним середовищем на кордонах розділу. Чи не реко-мендується проводити вимірювання в вакуумі, щоб його не застосовувати дпя захисних цілей. 5.4.2 При випробуваннях матеріалів з низькою теплопровідністю використовуються тонкі випробовувані зразки, тому датчики температури повинні бути встановлені близько до поверхні. У таких випадках на кордонах розділу повинен бути введений дуже тонкий шар високо теплопроводящей рідини, пасти, м'якою металевої фольги або екрану. 5.4.3 У конструкції вимірювального приладу повинні бути передбачені кошти для накладення відтворюється і постійного навантаження здолавши пакета з метою мінімізації міжфазних опорів на кордонах розділу еталонних зразків і випробуваного зразка. Навантаження може бути додана пневматично, гідравлічно, дією пружини або розташуванням вантажу. Вищевказані механізми прикладання навантаження є постійними при зміні температури пакета. У деяких випадках, міцність на стиск випробуваного зразка може бути настільки низькою, що прикладена сила повинна бути обмежена вагою верхнього еталонного зразка. В цьому випадку особлива увага повинна бути приділена погрішностей, які можуть бути викликані поганим контактом, для чого датчики температури необхідно розташовувати далеко від будь-якого обурення теплового потоку на межах розділу. 5.5 Охоронна оболонка 5.5.1 Пакет, що складається з випробуваного зразка і еталонних зразків, повинен бути укладений в захисну оболонку з правильною круговою симетрією. Охоронна оболонка може бути металевою або керамічної, і її внутрішній радіус повинен бути таким, щоб ставлення г ^ г А знаходилося в діапазоні від 2.0 до 3.5. Охоронна оболонка повинна містити, щонайменше, один охоронний нагрівач для регулювання температурного профілю здолавши оболонки. 5.5.2 Охоронна оболонка повинна бути сконструйована і функціонувати таким чином, щоб температура її поверхні була або ізотермічної і приблизно рівною середній температурі випробуваного зразка, або мати приблизний лінійний профіль, узгоджений на верхньому і нижньому кінцях охоронної оболонки з відповідними позиціями здолавши пакета. У кожному разі не менше трьох датчиків температури повинно бути встановлено на охоронної оболонці в попередньо закоордініроеанних точках (див. Рисунок 2) для вимірювання профілю температури. 5.6 Вимірювальне обладнання 5.6.1 Поєднання температурного датчика і вимірювального приладу, що використовується для вимірювання вихідного сигналу датчика, повинно бути адекватним для забезпечення точності вимірювання температури ± 0.04 До і абсолютної похибки менше ± 0.5%. 5.6.2 Вимірювальне обладнання дпя даного методу має підтримувати необхідну температуру і вимірювання всіх відповідних вихідних напруг з точністю, сумірною з точністю вимірювання температури температурними датчиками. 6.1 Вимоги до випробуваним зразкам 6.1.1 Випробовувані зразки, досліджувані за цим методом, не обмежуються цукеркової геометрією. Найбільш переважно використання циліндричних або призматичних зразків. Області провідності випробуваного зразка і еталонних зразків повинні бути однаковими з точністю до 1% і будь-яка відмінність в площі має бути прийнято до уваги при розрахунках результату. Для циліндричної конфігурації радіуси випробуваного зразка і еталонних зразків повинні узгоджуватися з точністю до ± 1%. а радіус випробуваного зразка г А повинен бути таким, щоб r B fr A становив від 2.0 до 3.5. Кожна плоска поверхня випробуваного і еталонного зразків повинна бути плоскою з шорсткістю поверхні не більше ніж R a 32 відповідно до ГОСТ 2789. і нормалі до кожної поверхні повинні бути паралельні осі зразка з точністю до ± 10 хв. Прим еча н і е - У деяких випадках ця вимога не є необхідним. Наприклад, деякі прилади можуть складатися з еталонних зразків і випробуваних зразків з високими значеннями\u003e. м і\u003e. s. де помилки через втрати тепла незначні для довгих секцій. Такі секції можуть мати достатню довжину, позволя ГОСТ Р 57967-2017 ющую кріпити датчики температури на достатній відстані від місць контакту, тим самим забезпечуючи рівномірність теплового потоку. Довжина випробуваного зразка повинна бути обрана на основі відомостей про радіус і теплопровідності. Коли). і вище, ніж теплопровідність нержавіючої сталі, можуть використовуватися довгі випробовувані зразки з довжиною 0г А »1. Такі довгі випробовувані зразки дозволяють використовувати великі відстані між датчиками температури, і це знижує помилку, одержувану через неточності в розташуванні датчика. Коли). м нижче, ніж теплопровідність нержавіючої сталі, довжина випробуваного зразка повинна бути зменшена, так як похибка вимірювання через втрати тепла стає занадто великий. 6.1.2 Якщо інше не встановлено в нормативному документі або технічної документації на матеріал. для проведення випробувань використовують один випробуваний зразок. 6.2 Налаштування обладнання 6.2.1 Калібрування і перевірка обладнання виконується в наступних випадках: Після складання устаткування: Якщо відношення Х м до X s менше, ніж 0,3. або більше, ніж 3. і підібрати значення теплопровідності не представляється можливим; Якщо форма випробуваного зразка є складною або випробуваний зразок малий: Якщо були внесені зміни в геометричні параметри вимірювальної комірки приладу; Якщо було прийнято рішення використовувати матеріали еталонних зразків або ізоляції, відмінні від наведених у розділах 6.3 і 6.4: Якщо обладнання раніше функціонувало до досить високої температури, при якій можуть змінитися властивості компонентів, такі як. наприклад, чутливість термопари. 6.2.2 Зазначені перевірки повинні проводитися шляхом порівняння не менше двох еталонних матеріалів наступним чином: Вибрати еталонний матеріал, теплопровідність якого найбільш близька до передбачуваної теплопровідності випробуваного зразка: Теплопровідність X випробуваного зразка, виготовленого з еталонного матеріалу, вимірюється за допомогою еталонних зразків, що виготовляються з іншого еталонного матеріалу, який має значення X. найближче до значення випробуваного зразка. Наприклад, перевірку можна провести на зразку ситалла. використовуючи еталонні зразки, виготовлені з нержавіючої сталі. Якщо виміряна теплопровідність зразка не узгоджується з значенням з таблиці 1 після застосування поправки на теплообмін, необхідно визначити джерела похибок. 7.1 Вибирають еталонні зразки, щоб їх термічна провідність була того ж порядку величин, який очікується для випробуваного зразка. Після оснащення необхідних еталонних зразків температурними датчиками і їх установки в вимірювальну комірку, випробуваний зразок оснащують аналогічними засобами. Випробуваний зразок вставляють в пакет таким чином, щоб він містився між еталонними зразками і контактував з сусідніми еталонними зразками як мінімум 99% площі кожної поверхні. Для зниження поверхневого опору може використовуватися м'яка фольга або інша контактна середу. Якщо вимірювальний осередок повинна бути захищена від окислення під час випробування, або якщо вимір вимагає певного газу або тиску газу для контролю X / t то вимірювальний осередок наповнюється і продувається робочим газом з встановленим тиском. Для навантаження пакета слід застосовувати силу, необхідну для зменшення ефектів нерівномірного термічного опору на кордоні розділу фаз. 7.2 Включають верхній і нижній нагрівачі на обох кінцях пакета і регулюють доти. поки різниці температур між точками 2, і Zj. Z3 і Z 4. а також Z s і 2 ^ більше не будуть 200-кратної похибки датчика температури, але не більше 30 К. і випробуваний зразок не буде знаходитися при середній температурі, необхідної для вимірювання. Незважаючи на те. що точний профіль температури вздовж охоронної оболонки не потрібно для 3. потужність охоронних нагрівачів регулюють до тих лор, поки профіль температури вздовж оболонки T g / з довжини труби, і бічні, службовці для усунення витоку тепла через торці приладу (труби). Трубу встановлюють на підвісках або на підставках на відстані 1,5-2 м від підлоги, стін і стелі приміщення. Температуру труби і поверхні випробуваного матеріалу вимірюють термопарами. При проведенні випробування необхідно регулювати потужність електроенергії, яка споживається охоронними секціями, для виключення перепаду температури між робочою і охоронними секція Витрата електроенергії робочим нагрівачем можна вимірювати як ваттметром, так і окремо вольтметром і амперметром. Теплопровідність матеріалу, Вт / (м ■ ° С), X -_____ D де D
- зовнішній діаметр випробуваного вироби, м; d
-
Внутрішній діаметр випробуваного матеріалу, м; - температура на поверхні труби, ° С; t
2
- температура на зовнішній поверхні випробуваного вироби, ° С; I - довжина робочої секції нагрівача, м. Крім теплопровідності на даному приладі можна заміряти величину теплового потоку в теплоізоляційної конструкції, виготовленої з того чи іншого теплоізоляційного матеріалу. Тепловий потік (Вт / м2) Визначення теплопровідності, засноване на методах нестаціонарного потоку тепла (методи динамічних вимірювань). Методи, засновані на
вимірі нестаціонарних потоків тепла (методи динамічних вимірювань), останнім часом все ширше застосовуються ДЛЯ визначення теплофізичних величин. Перевагою цих методів є не тільки порівняльна швидкість проведення дослідів, але і більший обсяг інформації, одержуваної за один досвід. Тут до інших параметрів контрольованого процесу додається ще один - час. Завдяки цьому тільки динамічні методи дозволяють отримувати за результатами одного досвіду теплофізіче - ські характеристики матеріалів такі, як теплопровідність, теплоємність, температуропровідність, темп охолодження (нагрівання) В даний час існує велика кількість методів і приладів для вимірювання динамічних температур і теплових потоків. Однак всі вони вимагають зна Тому методи, засновані на вимірі стаціонарних потоків тепла, відрізняються від розглянутих методів значно більшою ідентичністю між результатами вимірювань і істинними значеннями вимірюваних теплових величин. Досконалості про в а н і е динамічних методів вимірювань йде за трьома напрямками. По-перше, це розвиток методів аналізу похибок і введення поправок в результати вимірювань. По-друге, розробка автоматичних пристроїв, що коректують для компенсації динамічних похибок. Розглянемо два найбільш поширених в СРСР методу, заснованих на вимірі нестаціонарного потоку тепла. 1. Метод регулярного теплового режиму з Бика - ріметром. При застосуванні цього методу можуть бути використані різні типи конструкції бікалоріметров. розглянемо один з них - малогабаритний плоский бікалорі - метр типу МПБ-64-1 (рис. 25), який призначений Прилад МПБ-64-1 являє собою циліндричної форми роз'ємну оболонку (корпус) з внутрішнім діаметром 105 мм, в центрі якої вмонтований сердечник з вмонтованим в нього нагрівачем і батареєю диференціальних термопар. Прилад виготовлений з дюралюмінію марки Д16Т. Термобатарея диференціальних термопар Бика - ріметра оснащена мідно-копелеві термопарами, діаметр електродів яких дорівнює 0,2 мм. Кінці витків термобатарей виведені на латунні пелюстки кільця з склотканини, просоченої клеєм БФ-2, і далі через дроти до вилки. Нагрівальний елемент, виконаний зНіхромового дроту діаметром 0,1 мм, нашіт на просочену клеєм БФ-2 круглу пластинку з Скло тканини. Кінці дроту нагрівального елементу, так само як і кінці дроту термобатареи, виведені на латунні пелюстки кільця і \u200b\u200bдалі, через вилку, до джерела живлення. Нагрівальний елемент може харчуватися від мережі змінного струму напругою 127 В. Прилад герметичний завдяки ущільненню з вакуумної гуми, закладеної між корпусом і кришками, а також різні електронні набиванні (Пенькове-Сурикової) між ручкою, бобишкою і корпусом. Термопари, нагрівач і їх висновки повинні бути добре ізольовані від корпусу. Розміри випробовуваних зразків не повинні перевищувати в діаметрі 104
мм і по товщині-16 мм. На приладі одночасно виробляють випробування двох зразків-близнюків. Робота приладу заснована на такому принципі. Процес охолодження твердого тіла, нагрітого до температури
T°
і вміщеного в середу з температурою ©<Ґ при весьма большой теплопередаче (а) от тела доСередовищі ( «-\u003e - 00) і при постійній температурі цього середовища (0 \u003d const), ділиться на три стадії. 1. Розподіл температури в тілі носить спочатку випадковий характер, т. е. має місце невпорядкований тепловий режим. 2. З плином часу охолодження стає впорядкованим, т. Е. Настає регулярний режим, при кото Q -
AUe .- "1 Де © - підвищена температура в якій-небудь крапці тіла; U - деяка функція координат точки; е-основа натуральних логарифмів; т - час від початку охолодження тіла; т - темп охолодження; А - постійна приладу, що залежить від початкових умов. 3. Після регулярного режиму охолодження характеризується настанням теплового рівноваги тіла з навколишнім середовищем. Темп охолодження т після диференціювання виразу за т в координатах InВ-Т виражається в такий спосіб: де А
і В -
константи приладу; З
- повна теплоємність випробуваного матеріалу, що дорівнює добутку питомої теплоємності матеріалу на його масу, Дж / (кг-° С); т - темп охолодження, 1 / ч. Випробування проводять у такий спосіб. Після приміщення зразків в прилад кришки приладу щільно притискають до корпусу за допомогою гайки з накаткою. Прилад опускають в термостат з мішалкою, наприклад в термостат ТС-16, заповнений водою кімнатної температури, потім під'єднують термобатарей диференціальних термопар до гальванометра. Прилад витримують в термостаті до вирівнювання температур зовнішньої і внутрішньої поверхонь зразків випробуваного матеріалу, що фіксується показанням гальванометра. Після цього включають нагрівач сердечника. Сердечник нагрівають до температури, що перевищує на 30-40 ° температуру води в термостаті, а потім вимикають нагрівач. Коли стрілка гальванометра повернеться в межі шкали, виробляють запис відбувають в часі показань гальванометра. Всього записують 8-10 точок. В системі координат 1п0-т будують графік, який повинен мати вигляд прямої лінії, що перетинає в деяких точках осі абсцис і ординат. Потім розраховують тангенс кута нахилу отриманої прямої, який виражає величину темпу охолодження матеріалу: __
In 6t
-
In
O2
__
6
02
ТІЬ - - j T2 - Tj 12 - "El Де Bi і 02 - відповідні ординати для часу Ті і Т2. Досвід повторюють знову і ще раз визначають темп охолодження. Якщо розбіжність в значеннях темпу охолодження, обчисленого при першому і другому дослідах, менше 5%, то обмежуються цими двома дослідами. Середнє значення темпу охолодження визначають за результатами двох дослідів і обчислюють величину теплопровідності матеріалу, Вт / (м * ° С) Х \u003d (А + Ясур) / і. Приклад. Випробуваний матеріал - мінераловатний мат на фенольному сполучному з середньою щільністю в сухому стані 80 кг / м3. 1. Обчислюємо величину навішування матеріалу, що поміщається в прилад, Де РП навішування матеріалу, що міститься в одну циліндричну ємність приладу, кг;
Vn
- обсяг однієї циліндричної ємності приладу, що дорівнює 140 см3; рср - середня щільність матеріалу, г / см3. 2. визначаємо твір, добуток
BCYP
,
де В
- константа приладу, що дорівнює 0,324; С - питома теплоємність матеріалу, рівна 0,8237 кДж / (кг-К). тоді ВСУР \u003d
=0,324 0,8237 0,0224 = 0,00598. 3. Результати спостережень за охолодженням зразків в приладі в часі заносимо в табл. 2. Розбіжності в значеннях темпу охолодження т і т2 менше 5%, тому повторні досліди можна не проводити. 4. Обчислюємо середній темп охолодження Т \u003d (2,41 + 2,104) / 2 \u003d 2,072. Знаючи всі необхідні величини, підраховуємо теплопровідність (0,0169 + 0,00598) 2,072 \u003d 0,047 Вт / (м-К) Або Вт / (м- ° С). При цьому середня температура зразків становила 303 К або 30 ° С. У формулі 0,0169 -Л (константа приладу). 2. Зондовий метод. Існує кілька різновидів зондового методу визначення теплопровідності Цей метод полягає в наступному. Металевий стрижень діаметром 5-6 мм (рис. 26) і довжиною близько 100 мм вводять в товщу гарячого теплоізоляційного матеріалу і за допомогою вмонтованої усередині стрижня Термопари визначають температуру. Визначення температури виробляють в два прийоми: на початку досліду (в момент нагрівання зонда) і в кінці, коли настає рівноважний стан і підвищення температури зонда припиняється. Час між цими двома відліками заміряють за допомогою секундоміра. ч Теплопровідність матеріалу, Вт / (М ° С), , R2CV де R - радіус стрижня, м; З - питома теплоємність матеріалу, з якого виготовлений стрижень, кДж / (КГХ ХК); V-об'єм стержня, м3; т - проміжок часу між відліками температури, ч; tx і U - значення температур в момент першого і другого відліків, К або ° С. Цей спосіб дуже простий і дозволяє швидко визначити теплопровідність матеріалу як в лабораторних, так і в виробничих умовах. Однак він придатний лише для грубої оцінки цього показника.
6 Підготовка до проведення випробувань
7 Проведення випробувань
ми. Випробування проводять при сталому тепловому режимі, при якому температура на поверхнях труби і ізоляційного матеріалу постійна протягом 30 хв.
Ня конкретних умов і введення поправок до отриманих результатів, так як процеси вимірювання теплових величин відрізняються від вимірювання величин має іншу природу (механічних, оптичних, електричних, акустичних і ін.) Своєї значною інерційністю.
для визначення теплопровідності напівтвердих, волокнистих і сипучих теплоізоляційних матеріалів при кімнатній температурі.
ром зміна температури в кожній точці тіла підпорядковується експоненціальним законом:
ності теплоізоляційних матеріалів, що відрізняються один від одного застосовуються приладами і принципами нагріву зонда. Розглянемо один з цих методів - метод циліндричного зонда без електронагрівача.
