Способ определения теплопроводности материалов

Авторы патента:

Макаров Авинир Геннадьевич (RU)

Рымкевич Павел Павлович (RU)

Горшков Александр Сергеевич (RU)

Степашкина Анна Сергеевна (RU)

G01N25/18 - путем определения коэффициента теплопроводности (с помощью калориметрических измерений G01N 25/20; путем измерения сопротивления электрически нагреваемого тела G01N 27/18)

Владельцы патента RU 2608334:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна" (RU)

Изобретение относится к области теплофизических измерений и может быть использовано для определения теплопроводности материалов. Согласно заявленному способу исследуемый образец известной толщины через источник теплоты с заданной плотностью теплового потока приводят в тепловой контакт с эталонным образцом, термостатируют при заданной температуре исследуемый и эталонный образец и измеряют температуру. Воздействуют тепловым потоком с заданной плотностью на первый эталонный образец длиной L, значение которой составляет не более расстояния между нагревателями, и расположенные ему параллельно и соосно соединенные между собой другой эталонный образец длиной l, изготовленный из того же материала, что первый эталонный образец длиной L, и исследуемый образец, сумма длин которых составляет L. Причем между параллельно установленными образцами расположена термопара, соединяющаяся с контактом другой эталонный образец длиной l и исследуемый образец, и бегунок, расположенный на первом эталонном образце длиной L, который плавно передвигают до достижения равных температур на контакте и бегунке. Измеряют расстояния от концов первого эталонного образца длиной L до места нахождения бегунка l₁ и l_2. Затем вычисляют термосопротивление исследуемого образца , а по полученному значению термосопротивления находят значение теплопроводности исследуемого образца. По полученному значению коэффициента теплопроводности судят о теплопроводящих свойствах исследуемого материала. Технический результат - повышение точности определения теплопроводности как объемных, так и плоских материалов. 6 табл., 1 ил.

Изобретение относится к области теплофизических измерений и может быть использовано для определения теплопроводности материалов, преимущественно теплоизоляционных, например полимерных нитей, пленок и блоков.

Известен способ комплексного определения теплофизических свойств материалов (RU 2018117 С1, класс G01N 25/18. 15.08.1994), заключающийся в том, что исследуемый плоский образец известной толщины приводят в тепловой контакт по плоскости с плоским эталонным образцом, предварительно снабженным внутренним источником теплоты, расположенным на известном расстоянии параллельно плоскости контакта. Затем термостатируют при заданной температуре внешние плоскости исследуемого и эталонного образца с теплоизолированными боковыми поверхностями и измеряют удельную мощность источника теплоты и температуру эталонного образца в заданном сечении. Измеряют температуру эталонного образца в плоскости подвода теплоты с переменным шагом во времени так, что значение момента времени измерения температуры на новом шаге определяют как произведение положительного постоянного коэффициента строго больше единицы на значение момента времени измерения температуры на предыдущем шаге. На каждом шаге контролируют величину динамического параметра, представляющего собой отношение температуры эталонного образца на шаге измерения, номер которого на постоянное целое число меньше номера последнего шага измерения, к температуре эталонного образца на последнем шаге измерения. Сравнивают величину динамического параметра с заданным максимальным значением из диапазона 0,55-0,84, заканчивают испытания при превышении заданным максимальным значением динамического параметра и определяют теплофизические свойства.

Недостаток данного способа заключается в измерении изменяющейся температуры в заданные моменты времени и определении отношения измерений в различные моменты времени. Определение теплопроводности с использованием измерений температуры в динамическом режиме характеризуется существенно большей погрешностью, чем при проведении измерений в стационарных условиях.

Известен способ определения теплопроводности материала (ГОСТ 7076-99), согласно которому два исследуемых образца известной толщины с теплоизолированными боковыми поверхностями приводят в тепловой контакт по общей плоскости через источник теплоты заданной удельной мощности, термостатируют при заданной температуре их внешние плоскости, измеряют температуру в плоскости контакта и определяют теплопроводность исследуемых образцов.

К причинами, препятствующим достижению технического результата при использовании известного решения, относится то, что оно не дает возможности определить теплопроводность каждого из исследуемых образцов, а позволяет судить лишь о среднем значении теплопроводности обоих образцов.

Известен способ определения теплопроводности материалов (RU 2478940 С1, класс G01N 25/18. 26.08.2011), согласно которому плоский образец известной толщины через источник теплоты с заданной плотностью теплового потока приводят в тепловой контакт по плоскости с плоским эталонным образцом. Термостатируют при заданной температуре внешние плоскости исследуемого и эталонного образца с теплоизолированными боковыми поверхностями и измеряют температуру в плоскости контакта. При этом эталонный образец формируют из двух идентичных пакетов, содержащих уложенные одна на другую параллельно плоскости теплового контакта плоские пластины, толщины которых определяется допускаемым для исследуемого образца давлением. Причем один из пакетов предварительно устанавливают вместо исследуемого образца, определяют среднее тепловое сопротивление обоих пакетов и используют его двойное значение при определении теплопроводности исследуемого образца.

Данный способ пригоден для точных измерений теплопроводности объемных материалов и неприемлем из-за больших тепловых потерь для плоских образцов.

Техническим результатом изобретения является повышение точности определения теплопроводности как объемных, так и плоских материалов за счет определения длины эталонного образца с термосопротивлением, равным термосопротивлению исследуемого образца, путем установления равенства температур эталонного и исследуемого образцов.

Поставленная задача достигается тем, что исследуемый образец известной толщины через источник теплоты с заданной плотностью теплового потока приводят в тепловой контакт с эталонным образцом, термостатируют при заданной температуре исследуемый и эталонный образец и измеряют температуру, при воздействии тепловым потоком с заданной плотностью на первый эталонный образец длиной L, значение которой не более расстояния между нагревателями, и расположенные ему параллельно и соосно соединенные между собой другой эталонный образец длиной 1, изготовленный из того же материала, что первый эталонный образец длиной L, и исследуемый образец, сумма длин которых составляет L, причем между параллельно установленными образцами расположена термопара, соединяющаяся с контактом между другим эталонным образцом длиной 1 и исследуемым образцом, и бегунком, расположенным на первом эталонном образце длиной L, который плавно передвигают до достижения равных температур на контакте и бегунке, измеряют расстояния от концов первого эталонного образца длиной L до места нахождения бегунка l₁ и l₂, затем вычисляют термосопротивление исследуемого образца по формуле: где l₁ и l₂ - расстояния от концов первого эталонного образца длиной L до места нахождения бегунка, м; R_Э2 - термосопротивление другого эталонного образца длиной 1, R_X - термосопротивление исследуемого образца, а по полученному значению термосопротивления находят значение теплопроводности исследуемого образца по формуле: где l_X - длина исследуемого, м; S - площадь поперечного сечения исследуемого образца, м²; R_X - термосопротивление исследуемого образца, по полученному значению коэффициента теплопроводности с учетом усреднения по формуле: где λ_i - значение коэффициента теплопроводности в каждом из n случаев; судят о теплопроводящих свойствах исследуемого материала.

Существенными признаками заявленного решения являются подготовка образцов для исследования, которая обеспечивает получение исходных данных для достижения технического результата. Заявленные совокупности признаков в известном уровне технике заявителем не обнаружены, что позволяет сделать вывод о существенности данного решения.

В качестве объектов исследования использованы нити, пленки и блоки произвольного размера, используемые в качестве теплоизоляционных материалов или их частей. Нить - это гибкий, тонкий и продолговатый объект, чья длина в разы превосходит толщину. Пленка - это гибкий, тонкий объект, ширина и длина которого в разы превосходят толщину. Блок - это объемный объект в форме прямоугольного параллелепипеда.

Эксперимент проводят на установке, представленной на Фигуре. На теплоизолированном основании установлены параллельно друг другу плоские нагреватели 1 и 2, подключенные в сеть (на Фигуре не показано), расстояние между которыми D. Между нагревателями 1 и 2 съемно прикрепленные эталонные и исследуемый образцы, как показано на Фигуре. Между эталонным и комбинированным образцом, состоящим из эталонного и исследуемого образца, расположена термопара, закрепленная на теплоизолированном основании.

Сначала необходимо провести подготовку образцов. Для этого подбирают эталонные образцы Э1 и Э2, причем отличаются они друг от друга только длиной таким образом, чтобы, во-первых, их теплопроводящие свойства были близки к теплопроводящим свойствам исследуемого образца, во-вторых, такие геометрические параметры, как площадь поперечного сечения (диаметр для нитей, толщина и ширина для пленок и блоков) исследуемого и эталонного образца, совпадают.

Для лучшего понимания сущности изобретения представлены примеры реализации способа определения теплопроводности материалов.

Пример 1

Рассматривают полипропиленовые нити с содержанием углеродных нановолокон 10%, которые применяют для изготовления теплоизоляционных тканей.

Исследуют теплопроводящие свойства образца X, причем значение коэффициента теплопроводности исследуемого образца X близко к значению коэффициента теплопроводности эталонных образцов Э1 и Э2. В качестве эталонных образцов берут полипропиленовую нить с коэффициентом теплопроводности

Сначала калибруют установку, тем самым подбирают значения длин эталонного образца Э2 и исследуемого образца X. Для этого полагают значения коэффициента теплопроводности λ в эталонных образцах и исследуемом образце одинаковыми: В таком случае образец X называют образцом Э3. Измеряют L длину эталонного образца Э1: L=0,4 м. Далее подбирают длины образца Э2 и Э3 таким образом, что их сумма равняется длине эталонного образца Э1: l_Э2=0,3 м и l_X=0,1 м.

Эксперимент проводят на установке, представленной на Фигуре. На теплоизолированном основании установлены параллельно друг другу нагреватели 1 и 2, расстояние между которыми D=0,44 м. Между нагревателями 1 и 2 с помощью зажимов 3, 4, 5, 6 закрепляют эталонные образцы Э1 и Э2 параллельно друг другу, как показано на Фигуре, причем длина эталонного образца Э1 L<D. На одной оси с эталонным образцом Э2 закрепляют образец Э3 с помощью зажимов 6 и 7. Зазор между образцами Э1 и Э3 отсутствует. Фиксируют контакты 8 и 9, идущие к термопаре 10, закрепленной на основании, причем контакт 8 на эталонном образце Э1 фиксируют с помощью бегунка 11.

Задают температуру Т₁ на нагревателе 1 больше, чем Т₂ на нагревателе 2: T₁=303 К, Т₂=283 К. Включают нагреватели 1 и 2. После установления заданного значения температуры плавно передвигают бегунок 11 по эталонному образцу Э1 до тех пор, пока на термопаре 10 значение ΔT не станет равно 0. В таком положении бегунка 11 между точками А и В на участке АВ не будет процесса теплопередачи согласно закону Фурье (Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика. Часть 1. - «Теоретическая физика», том V, с.). Измеряют значения длин l₁ и l₂ - расстояния от концов эталонного образца Э1 до места нахождения бегунка 11 в точке А: l₁=0,3 м и l₂=0,1 м. Значения l₁ и l₂ совпадают со значениями l_Э2 и l_Э3 соответственно. В таком случае говорят, что установка откалибрована, т.е. значения термосопротивлений R_Э3 и совпадают.

После калибровки вычисляют значение термосопротивления эталонных образцов Э1 и Э2 по формуле:

где l - длина образца, м; S - площадь поперечного сечения образца, м²; λ - коэффициент теплопроводности образца, Результаты вычислений представлены в таблице 1:

После того приступают к измерению коэффициента теплопроводности исследуемого образца X. Подбирают исследуемый образец таким образом, чтобы его длина l_X совпадала со значением длины образца l_Э3: l_X=l_Э3=0,1 м.

Затем между двумя нагревателями 1 и 2 с помощью зажимов 3, 4, 5, 6 закрепляют эталонные образцы Э1 и Э2 параллельно друг другу, как показано на Фигуре. На одной оси с эталонным образцом Э2 закрепляют исследуемый образец X с помощью зажимов 6 и 7. Фиксируют контакты 8 и 9, идущие к термопаре 10, закрепленной на основании, причем контакт 8 на эталонном образце Э1 фиксируют с помощью бегунка 11.

Задают температуру нагревателей T₁=303 К, Т₂=283 К. Включают нагреватели 1 и 2. После установления заданного значения температуры передвигают бегунок по эталонному образцу Э1 до тех пор, пока на термопаре 10 значение ΔT не станет равно 0. Измеряют значения длин l₁ и l₂ - расстояния от концов эталонного образца Э1 до места нахождения бегунка 11: l₁=0,36 м, l₂=0,04 м.

С помощью соотношения (1) находят значение термосопротивления образца X:

где l₁ и l₂ - расстояния от концов эталонного образца Э1 до места нахождения бегунка 11, м; R_Э2 - термосопротивление эталонного образца Э2, R_X - термосопротивление исследуемого образца X,

По формуле 2 находят значение теплопроводности материала:

где l_X - длина исследуемого, м; S - площадь поперечного сечения образца, м²; R_X - термосопротивление исследуемого образца X,

Затем последовательно проводят испытания таких же полипропиленовых нитей с содержанием углеродных нановолокон 10% не менее 4 раз. Результаты измерений приведены в таблице 2.

Определяют среднее значение максимально допустимого растягивающего напряжения по формуле:

где λ_i - значение коэффициента теплопроводности в каждом случае.

Определяют величину среднеквадратичного отклонения по формуле:

где λ_i - значение коэффициента теплопроводности в каждом случае, λ_ср - среднее значение коэффициента теплопроводности.

Значение коэффициента теплопроводности полипропиленовых нитей с содержанием углеродных нановолокон 10% Полипропиленовые нити с содержанием углеродных нановолокон 10% могут быть использованы для изготовления теплоизоляционных тканей.

Пример 2

Рассматривают полипропиленовую пленку с содержанием технического углерода 30%, которые применяют для изготовления теплоизоляционных покрытий.

Исследуют теплопроводящие свойства образца X, причем значение коэффициента теплопроводности исследуемого образца X близко к значению коэффициента теплопроводности эталонных образцов Э1 и Э2. В качестве эталонных образцов берут полипропиленовую пленку с коэффициентом теплопроводности

Эксперимент проводят на установке, представленной на Фигуре. На теплоизолированном основании установлены параллельно друг другу нагреватели 1 и 2, расстояние между которыми D=0,44 м. Между нагревателями 1 и 2 с помощью зажимов 3, 4, 5, 6 закрепляют эталонные образцы Э1 и Э2 параллельно друг другу, как показано на Фигуре. На одной оси с эталонным образцом Э2 закрепляют образец Э3 с помощью зажимов 6 и 7. Зазор между образцами Э1 и X отсутствует. Фиксируют контакты 8 и 9, идущие к термопаре 10, закрепленной на основании, причем контакт 8 на эталонном образце Э1 фиксируют с помощью бегунка 11.

Задают температуру Т₁ на нагревателе 1 больше, чем Т₂ на нагревателе 2: Т₁=303 К, Т₂=283 К. Включают нагреватели 1 и 2. После установления заданного значения температуры плавно передвигают бегунок 11 по эталонному образцу Э1 до тех пор, пока на термопаре 10 значение ΔT не станет равно 0. Измеряют значения длин l₁ и l₂ - расстояния от концов эталонного образца Э1 до места нахождения бегунка 11: l₁=0,3 м и l₂=0,1 м. Значения l₁ и l₂ совпадают со значениями l_Э2 и l_Э3 соответственно. В таком случае говорят, что установка откалибрована.

После калибровки вычисляют значение термосопротивления эталонных образцов Э1 и Э2 по формуле:

где l - длина образца, м; S - площадь поперечного сечения образца, м²; λ - коэффициент теплопроводности образца, Результаты вычислений представлены в таблице 3:

После того приступают к измерению коэффициента теплопроводности исследуемого образца X. Подбирают исследуемый образец таким образом, чтобы его длина l_Х совпадала со значением длины образца l_Э3: l_X=l_Э3=0,1 м.

Задают температуру нагревателей Т₁=303 К, Т₂=283 К. Включают нагреватели 1 и 2. После установления заданного значения температуры передвигают бегунок по эталонному образцу Э1 до тех пор, пока на термопаре 10 значение ΔT не станет равно 0. Измеряют значения длин l₁ и l₂ - расстояния от концов эталонного образца Э1 до места нахождения бегунка 11: l₁=0,14 м, l₂=0,24 м.

С помощью соотношения (1) находят значение термосопротивления образца X:

По формуле (2) находят значение теплопроводности материала:

Затем последовательно проводят испытания таких же полипропиленовых пленок с содержанием технического углерода 30% не менее 4 раз. Результаты измерений приведены в таблице 4.

Определяют среднее значение максимально допустимого растягивающего напряжения по формуле (3).

Определяют величину среднеквадратичного отклонения по формуле (4):

Значение коэффициента теплопроводности полипропиленовых пленок с содержанием технического углерода 30%, Полипропиленовые пленки с содержанием технического углерода 30% могут быть использованы для изготовления теплоизоляционных покрытий.

Пример 3

Рассматривают полипропиленовый блок с содержанием технического углерода 20%, которые применяют в качестве теплоизоляционных материалов.

Исследуют теплопроводящие свойства образца X, причем значение коэффициента теплопроводности исследуемого образца X близко к значению коэффициента теплопроводности эталонных образцов Э1 и Э2. В качестве эталонных образцов берут полипропиленовый блок с коэффициентом теплопроводности

Эксперимент проводят на установке, представленной на Фигуре. На теплоизолированном основании установлены параллельно друг другу нагреватели 1 и 2, расстояние между которыми D=0,44 м. Между нагревателями 1 и 2 с помощью зажимов 3, 4, 5, 6 закрепляют эталонные образцы Э1 и Э2 параллельно друг другу, как показано на Фигуре. На одной оси с эталонным образцом Э2 закрепляют образец Э3 с помощью зажимов 6 и 7. Зазор между образцами Э1 и X отсутствует. Фиксируют контакты 8 и 9, идущие к термопаре 10, закрепленной на основании, причем контакт 8 на эталонном образце Э1 фиксируют с помощью бегунка 11.

После калибровки вычисляют значение термосопротивления эталонных образцов Э1 и Э2 по формуле:

где l - длина образца, м; S - площадь поперечного сечения образца, м²; λ - коэффициент теплопроводности образца, Результаты вычислений представлены в таблице 5:

Задают температуру нагревателей Т₁=303 К, Т₂=283 К. Включают нагреватели 1 и 2. После установления заданного значения температуры передвигают бегунок 11 по эталонному образцу Э1 до тех пор, пока на термопаре 10 значение ΔT не станет равно 0. Измеряют значения длин l₁ и l₂ - расстояния от концов эталонного образца Э1 до места нахождения бегунка 11: l₁=0,15 м, l₂=0,25 м.

С помощью соотношения (1) находят значение термосопротивления образца X: По формуле (2) находят значение теплопроводности материала:

Затем последовательно проводят испытания таких же полипропиленовых блоков с содержанием технического углерода 20% не менее 4 раз. Результаты измерений приведены в таблице 6.

Определяют среднее значение максимально допустимого растягивающего напряжения по формуле (3).

Определяют величину среднеквадратичного отклонения по формуле (4): .

Значение коэффициента теплопроводности полипропиленовых блоков с содержанием технического углерода 20%, . Полипропиленовые блоки с содержанием технического углерода 20% могут быть использованы в качестве теплоизоляционных материалов.

Способ определения теплопроводности материалов, заключающийся в том, что исследуемый образец известной толщины через источник теплоты с заданной плотностью теплового потока приводят в тепловой контакт с эталонным образцом, термостатируют при заданной температуре исследуемый и эталонный образец и измеряют температуру, отличающийся тем, что воздействуют тепловым потоком с заданной плотностью на первый эталонный образец длиной L, значение которой составляет не более расстояния между нагревателями, и расположенные ему параллельно и соосно соединенные между собой другой эталонный образец длиной l, изготовленный из того же материала, что первый эталонный образец длиной L, и исследуемый образец, сумма длин которых составляет L, причем между параллельно установленными образцами расположена термопара, соединяющаяся с контактом другой эталонный образец длиной l и исследуемый образец, и бегунок, расположенный на первом эталонном образце длиной L, который плавно передвигают до достижения равных температур на контакте и бегунке, измеряют расстояния от концов первого эталонного образца длиной L до места нахождения бегунка и , затем вычисляют термосопротивление исследуемого образца по формуле: , где и - расстояния от концов первого эталонного образца длиной L до места нахождения бегунка, м; R_Э2 - термосопротивление другого эталонного образца длиной l, ; R_X - термосопротивление исследуемого образца, ; а по полученному значению термосопротивления находят значение теплопроводности исследуемого образца по формуле: , где - длина исследуемого образца, м; S - площадь поперечного сечения исследуемого образца, м²; R_X - термосопротивление исследуемого образца, ; по полученному значению коэффициента теплопроводности с учетом усреднения по формуле: , где λ_i - значение коэффициента теплопроводности в каждом из n случаев; судят о теплопроводящих свойствах исследуемого материала.

Способ измерения теплофизических свойств теплоизоляционных материалов методом плоского импульсного источника теплоты // 2601234

Изобретение относится к области исследования теплофизических характеристик теплоизоляционных материалов. Предложенный способ измерения теплофизических свойств теплоизоляционных материалов методом плоского импульсного источника теплоты заключается в том, что образец исследуемого материала изготавливают в виде трех пластин, причем тонкую пластину размещают между двумя массивными.

Способ и устройство для измерения теплового потока через объекты // 2598404

Изобретение относится к области строительной теплотехники и может быть использовано для измерения теплового потока, проходящего через конструкцию. Конструкция имеет толщину (D), по которой в поперечном направлении формируется разность (ΔT) температур.

Моделирование температуры, ограниченное геофизическими данными и кинематическим восстановлением // 2596627

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для исследования подземных структур. Раскрыт способ оценивания распределений температур по геологической среде на основании трехмерной модели теплопроводности для геологического пласта.

Способ определения коэффициента теплопроводности жидких теплоизоляционных покрытий // 2594388

Изобретение относится к области исследования и анализа теплофизических свойств материалов и может быть использовано при определении коэффициента теплопроводности жидких теплоизоляционных покрытий.

Способ измерения теплопроводности покрытий // 2593650

Изобретение относится к тепловым испытаниям и может быть использовано при измерениях теплофизических свойств веществ. Предметом изобретения является способ определения теплопроводности материалов методом параллельного нагрева двух цилиндрических образцов одинаковых размеров при идентичных условиях теплообмена на поверхности, в котором один из образцов выполнен полностью из материала с известными свойствами, а другой - составной, одна часть его выполнена из материала первого образца, а другая - из исследуемого материала.

Способ определения коэффициента температуропроводности тонких слоев материалов // 2589760

Изобретение относится к области теплофизических измерений и может быть использовано для измерения коэффициента температуропроводности тонких слоев материалов.

Контрольно-измерительный прибор для определения теплотехнических параметров текстильных материалов // 2589749

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения суммарного теплового сопротивления текстильных материалов. Предложен контрольно-измерительный прибор для определения теплотехнических параметров текстильных материалов, включающий тепловой аккумулятор, состоящий из геля в герметической упаковке, термопары с электроиндикатором и сам образец исследуемых материалов.

Установка для определения коэффициента теплопроводности и ресурсных характеристик теплозащитных покрытий // 2587524

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при теплофизических исследованиях теплозащитных покрытий. Заявлена установка для определения коэффициента теплопроводности и ресурсных характеристик теплозащитных покрытий, содержащая вакуумную камеру и источник нагрева образца с теплозащитным покрытием.

Способ определения коэффициентов тепло- и массопроводности пористых материалов на основе макроквантового механизма переноса субстанций (теплоты и влаги) // 2585303

Изобретение относится к технологиям сушки и термовлажностной обработки пористых проницаемых материалов, в частности к способам определения коэффициентов тепло- и массопроводности пористых материалов.

Способ определения коэффициента теплопроводности жидкой тепловой изоляции на поверхности плоского источника теплоты // 2610348

Изобретение относится к стационарным способам определения коэффициента теплопроводности жидких теплоизоляционных материалов. Разработанный способ может применяться в строительстве и теплоэнергетике для исследования теплопроводных качеств сверхтонких жидких теплоизоляционных покрытий на поверхностях плоских источников теплоты. Сущность способа заключается в локальном нанесении на поверхность плоского источника теплоты слоя жидкой тепловой изоляции известной толщины. По известным значениям температуры поверхности плоского источника теплоты, температуры поверхности теплоизолированного участка и температуры окружающей среды, а также по толщине слоя тепловой изоляции вычисляют по специальной расчетной формуле в зависимости от расположения в пространстве поверхности плоского источника теплоты коэффициент теплопроводности жидкой тепловой изоляции. Технический результат - повышение точности определения коэффициента теплопроводности жидкой тепловой изоляции на поверхности плоского источника теплоты. 5 ил.

Установка по определению критического значения лучистого теплового потока для различных материалов и веществ // 2611080

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения пожароопасных свойств материалов и веществ. Предлагается установка по определению критического значения лучистого теплового потока. Установка включает плоскую радиационную панель, выполненную в виде рядов из металлических спиралей, намотанных на керамические трубки; рамку для образца и измерительную аппаратуру. При этом установка дополнительно содержит блок управления для регулирования теплового потока от радиационной панели, который регулирует тепловой поток в предложенной установке, с помощью термопары, установленной в керамических трубках. Кроме того, измерительная аппаратура представляет собой термопары, закрепленные на испытуемом образце. Технический результат - повышение точности измерений и уменьшение теплопотерь при проведении испытаний. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ измерения теплофизических свойств анизотропных материалов методом линейного импульсного источника теплоты // 2613194

Изобретение относится к области исследования теплофизических характеристик анизотропных материалов. Заявлен способ измерения теплофизических свойств анизотропных материалов методом линейного импульсного источника теплоты, заключающийся в том, что образец исследуемого материала изготавливают в виде двух массивных пластин, между которыми размещают линейный электронагреватель и измеритель температуры. На подготовительной стадии эксперимента полученную систему выдерживают при заданной начальной температуре T0, с постоянным шагом во времени Δτ, измеряют разности температур и, начиная с n-го шага, контролируют величину показателя , n = const выбирают из диапазона 2≤n≤10. При выполнении критерия Ei≤0,01 на линейный электронагреватель подают тепловой импульс, длительность которого находится в диапазоне 18≤τu≤24 с. В течение активной стадии эксперимента с постоянным шагом во времени осуществляют измерение и регистрацию изменения во времени разности температур [T(r,τi)-T0]. По полученным данным находят максимальное значение этой разности. Затем определяют ориентировочные значения коэффициента температуропроводности aop и объемной теплоемкости cρop исследуемого материала, находят величины и , расстояния между линейным электронагревателем и измерителем температуры и , а также оптимальную длительность теплового импульса . Расстояние между измерителем температуры и линейным нагревателем рассчитывают как среднее значение , а затем, путем проведения серии экспериментов при заданной ориентации линейного электронагревателя и измерителя температуры относительно главных осей симметрии образца, осуществляют измерения и последующую обработку полученных данных при найденных значениях , , , . В результате получают зависимости значений искомых коэффициента температуропроводности а и объемной теплоемкости cρ исследуемого материала от ориентации линейного нагревателя и измерителя температуры относительно главных осей симметрии образца. Технический результат - повышение точности измерения теплофизических свойств анизотропных материалов. 3 ил.

Способ определения удельной теплоемкости сыпучих материалов // 2613591

Изобретение относится к области технической физики, в частности к тепловым методам исследования материалов. Способ определения удельной теплоемкости сыпучих материалов заключается в том, что герметизируют объем с образцом известной массы, образец приводят в тепловой контакт по плоскости с источниками тепла, подводят тепло к образцу, измеряют температуру источников тепла и их удельную мощность, вычисляют тепловые потоки через образец. На протяжении всего процесса измерения обеспечивают постоянство давления в герметичном объеме, занимаемом газовой фазой образца, за счет непрерывного изменения этого объема. Регистрируют изменение объема и изменение среднеобъемной температуры образца, после чего вычисляют удельную теплоемкость исследуемого материала. Технический результат - повышение точности измерения удельной теплоемкости образца сыпучего материала за счет учета в результатах измерения температурного расширения газовой фазы образца. 1 ил.

Способ определения параметров теплофизических характеристик слоя сыпучих технологических материалов // 2616343

Изобретение относится к области исследования и анализа технологических сыпучих материалов, в т.ч. пищевых, характеризующихся насыпной плотностью. Способ предусматривает определение параметров теплофизических характеристик слоя сыпучего материала и основан на принципах импульсного теплового неразрушающего контроля материала. Для регистрации температурного поля поверхности слоя сыпучего материала после воздействия теплового импульса используют тепловизор. Для формирования образца слоя сыпучего технологического материала используют контейнер с несъемными боковыми стенками и съемными передней и задней стенками. В передней и задней стенках выполнены соосные отверстия для формирования фокального пятна. Отверстия затянуты полипропиленом. Для расчета коэффициента объемной теплоемкости используют избыточную температуру задней необлучаемой поверхности образца по отношению к ее начальной температуре. Технический результат - повышение точности и достоверности определения параметров теплофизических характеристик слоя сыпучего технологического материала. 5 з.п. ф-лы, 6 ил., 2 табл.

Способ сортировки породы (варианты) // 2617797

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых, а именно к способам обогащения различных пород полезных ископаемых по их теплофизическим свойствам, и может быть использовано при сепарации минеральных частиц, в том числе алмазосодержащей породы, на различных этапах. По способу перед анализом фракцию частиц подвергают некоторому виду охлаждения и осуществляют регистрацию распределений температуры в виде инфракрасных изображений, осуществляют регистрацию распределений температуры в виде инфракрасных изображений посредством тепловизора. Отделение ценного материала проводят по теплофизическим характеристикам минералов, зафиксированным на инфракрасных изображениях. Технический результат - повышение эффективности сепарации за счет получения более четких термических изображений, способствующих разделению ценных и неценных компонентов руды, посредством охлаждения рудной массы. 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ определения внутри наружного стенового ограждения, выполненного из кирпича, зон, характеризующихся квазистационарными условиями теплопередачи при натурных экспериментальных исследованиях в зимний период // 2618501

Изобретение относится к области определения теплофизических характеристик ограждающих конструкций и может быть использовано в строительстве для оценки теплофизических свойств по результатам испытаний в натурных условиях. Способ определения внутри наружного стенового ограждения, выполненного из кирпича, зон, характеризующихся квазистационарными условиями теплопередачи при натурных экспериментальных исследованиях в зимний период, включает измерение температур внутренней и наружной поверхностей, а также по всей толщине конструкций путем размещения датчиков в толщине ограждения. При этом в течение суток при наличии градиента (t) наружного воздуха по показаниям датчиков моделируют процесс появления в толще ограждения зон с квазистационарными условиями теплопередачи с использованием направления вектора температурного градиента. Затем учитывают по изменениям температур на поверхности и в толщине ограждения характер колебаний тепловых потоков от наружного слоя ограждения во внутренние слои, определяя возникновение в толщине ограждения зон, обеспечивающих требуемые условия квазистационарной теплопередачи. Техническим результатом является расширение диапазона определения теплофизических характеристик ограждающих конструкций. 8 ил.

Установка для определения темпов изменения температуры пород недр // 2623824

Изобретение относится к области энергетики и предназначено для определения темпов изменения температуры пород недр при извлечении или аккумулировании тепловой энергии. Предложена установка для определения темпов изменения температуры пород недр, которая содержит первый образец 1, включающий первую модель пород недр 2, выполненную в форме цилиндра радиусом R1 и покрытую теплоизоляцией 3. На внешней поверхности первой модели пород недр 2 расположен первый электрический нагреватель 4, а внутри соосно установлена первая трубка 5 радиусом r1. В среднем сечении первой модели пород недр 2 радиально установлены первая термопара 6, расположенная на ее внешней поверхности, вторая термопара 7, расположенная на поверхности первой трубки 5, а также третья 8, четвертая 9 и пятая 10 термопары, расположенные между первой 6 и второй 7 термопарами. На поверхности первой трубки 5 симметрично второй термопаре 7 расположена шестая термопара 11. Вход первой трубки 5 соединен подающим трубопроводом 12 с емкостью 13 для теплоносителя 14, покрытой тепловой изоляцией 15 и соединенной заполняющим трубопроводом 16, на котором установлен первый кран 17, с системой холодного водоснабжения. В емкости 13 расположены электрический нагреватель 18, нижний датчик уровня 19, верхний датчик уровня 20 и датчик температуры емкости 21. На подающем трубопроводе 12 последовательно по направлению движения теплоносителя 14 установлены насос 22, первый тройник 23, второй кран 24 и входной датчик температуры 25. Свободный отвод первого тройника 23 соединен байпасным трубопроводом 26, на котором установлен третий кран 27, с емкостью 13. Установка для определения темпов изменения температуры пород недр содержит по меньшей мере один дополнительный образец 28, выполненный идентично первому образцу 1 и содержащий вторую модель пород недр 29, выполненную в форме цилиндра радиусом R2 и покрытую теплоизоляцией 30. На внешней поверхности второй модели пород недр 29 расположен второй электрический нагреватель 31, а внутри соосно установлена вторая трубка 32 радиусом r2, причем вход второй трубки 32 соединен промежуточным трубопроводом 33, на котором установлен промежуточный датчик температуры 34, с выходом первой трубки 5. В среднем сечении второй модели пород недр 29 радиально установлены седьмая термопара 35, расположенная на ее внешней поверхности, восьмая термопара 36, расположенная на поверхности второй трубки 32, а также девятая 37, десятая 38 и одиннадцатая 39 термопары, расположенные между седьмой 35 и восьмой 36 термопарами. На поверхности второй трубки 32 симметрично восьмой термопаре 36 расположена двенадцатая термопара 40. Выход второй трубки 32 соединен с емкостью 13 обратным трубопроводом 41 с установленными на нем последовательно по направлению движения теплоносителя 14 выходным датчиком температуры 42, вторым тройником 43 и четвертым краном 44, причем к свободному отводу второго тройника 43 подсоединен трубопровод дренажа 45, на котором установлен пятый кран 46. При этом на обратном трубопроводе 41 между выходом второй трубки 32 и выходным датчиком температуры 42 последовательно по направлению движения теплоносителя 14 установлены третий тройник 47, шестой кран 48 и четвертый тройник 49. К свободному отводу третьего тройника 47 подсоединен соединительно-подающий трубопровод 50, на котором установлен седьмой кран 51, к свободному отводу четвертого тройника 49 подсоединен соединительно-обратный трубопровод 52, на котором установлен восьмой кран 53. Технический результат - расширение области применения известной установки за счет увеличения диапазона измерений температуры пород недр и повышение точности определения темпов изменения температуры в породах недр. 1 ил.

Способ определения теплопроводности твердых тел // 2625599

Изобретение относится к теплофизическим измерениям в области материаловедения и может быть использовано для определения теплопроводности твердых тел. В заявленном способе исследуемый образец приводят в тепловой контакт по плоскости с нагревателем с одной стороны, а с другой стороны приводят в тепловой контакт по плоскости с теплоприемником. При постоянной мощности нагрева, с учетом скорости изменения температуры, перепада температуры на образце определяют теплопроводность твердого тела. Потери тепла учитывают за счет поправочного коэффициента, определяемого по измерениям на эталонных образцах, размеры исследуемого и эталонных образцов одинаковые. Технический результат - повышение точности определения теплопроводности твердых тел. 6 ил.

Способ определения коэффициента теплопроводности снега в условиях естественного залегания снежного покрова // 2627971

Настоящее изобретение относится к теплофизике и предназначено для определения теплопроводности снега в условиях естественного залегания снежного покрова и может быть использовано при изучении термических свойств снега разной структуры и плотности. Сущность способа заключается в измерении плотности и твердости снега и определении коэффициента теплопроводности снега по эмпирическим зависимостям. Способ определения теплопроводности, включающий измерение плотности и вычисления теплопроводности по эмпирической зависимости, отличающийся тем, что дополнительно измеряется твердость снега и производится определение коэффициента теплопроводности снега по эмпирическим зависимостям:при 0,15≤ρ≤0,45 ипри 390<Р≤715, λ=0,4219ρ+0,1922;при 175<Р≤390, λ=0,3824ρ+0,1362;при 50<Р≤175, λ=0,4021ρ+0,0674;при 0<Р≤50 ипри 0,2≤ρ≤0,4, λ=0,7398ρ-0,0907;при 0,15≤ρ<0,2, λ=0,146ρ+0,0281,где Р - твердость снега, Н;λ - коэффициента теплопроводности снега, Вт/(м⋅К);ρ - плотность снега, г/см3.Технический результат - повышение точности определения коэффициента теплопроводности снега в условиях естественного залегания снежного покрова.