Måling av varmeledningsevnen til et materiale hjemme. Grunnundersøkelser

Målet med arbeidet: studie av metodikken for eksperimentell bestemmelse av koeffisienten

termisk ledningsevne for faste materialer ved platemetoden.

Trening:1. Bestem den termiske konduktivitetskoeffisienten til materialet som studeres.

2. Bestem avhengigheten av varmeledningskoeffisienten av temperaturen

materialet som studeres.

GRUNNLEGGENDE BESTEMMELSER.

Varmeveksling er en spontan irreversibel prosess med varmeoverføring i rommet i nærvær av en temperaturforskjell. Det er tre hovedmetoder for varmeoverføring, som er vesentlig forskjellige i deres fysiske natur:

termisk ledningsevne;

konveksjon;

termisk stråling.

I praksis overføres varme, som regel, samtidig på flere måter, men kunnskap om disse prosessene er umulig uten å studere de elementære prosessene for varmeoverføring.

Termisk ledningsevne er prosessen med varmeoverføring forårsaket av termisk bevegelse av mikropartikler. I gasser og væsker skjer varmeoverføring ved termisk ledningsevne gjennom diffusjon av atomer og molekyler. I faste stoffer Imidlertid er fri bevegelse av atomer og molekyler gjennom hele volumet av et stoff umulig og reduseres bare til deres vibrasjonsbevegelse i forhold til visse likevektsposisjoner. Derfor er prosessen med termisk ledningsevne i faste stoffer forårsaket av en økning i amplituden til disse svingningene, forplantet gjennom hele volumet av kroppen på grunn av forstyrrelsen av kraftfelt mellom de oscillerende partiklene. I metaller skjer varmeoverføring ved termisk ledningsevne ikke bare på grunn av vibrasjonene av ioner og atomer lokalisert ved nodene til krystallgitteret, men også på grunn av bevegelsen av frie elektroner, som danner den såkalte "elektrongassen". På grunn av tilstedeværelsen i metaller av ytterligere termiske energibærere i form av frie elektroner, er den termiske ledningsevnen til metaller betydelig høyere enn for faste dielektriske stoffer.

Når du studerer prosessen med termisk ledningsevne, brukes følgende grunnleggende konsepter:

Mengde varme (Q  ) – termisk energi som passerer under hele prosessengjennom en overflate med vilkårlig område F. I SI-systemet måles det i joule (J).

Varmestrøm (termisk kraft) (Q) – mengden varme som passerer per tidsenhet gjennom en overflate med vilkårlig område F.

I SI-systemet måles varmestrømmen i watt (W).

Varmeflukstetthet (q) – mengden varme som passerer per tidsenhet gjennom en enhetsoverflate.

I SI-systemet måles det i W/m2.

Temperaturfelt– et sett med temperaturverdier på et gitt tidspunkt på alle punkter i rommet som er okkupert av en kropp. Hvis temperaturen på alle punkter i temperaturfeltet ikke endres over tid, kalles et slikt felt stasjonær, hvis det endres, så – ikke-stasjonær.

Overflater dannet av punkter som har samme temperatur kalles isotermisk.

Temperaturgradient (gradT) – en vektor rettet langs normalen til den isotermiske overflaten i retning av økende temperatur og numerisk definert som grensen for forholdet mellom temperaturendringen mellom to isotermiske overflater og avstanden mellom dem langs normalen når denne avstanden har en tendens til null. Eller med andre ord, temperaturgradienten er den deriverte av temperaturen i denne retningen.

Temperaturgradienten karakteriserer hastigheten på temperaturendringer i retningen normalt til den isotermiske overflaten.

Prosessen med termisk ledningsevne er preget av den grunnleggende loven om termisk ledningsevne - Fouriers lov(1822). I henhold til denne loven er varmeflukstettheten som overføres gjennom termisk ledningsevne direkte proporsjonal med temperaturgradienten:

hvor  er varmeledningskoeffisienten til stoffet, W/(mdeg).

(-) tegnet indikerer at varmestrømmen og temperaturgradienten er motsatt i retning.

Koeffisient for varmeledningsevne viser hvor mye varme som overføres per tidsenhet gjennom en enhetsoverflate med temperaturgradient lik enhet.

Den termiske konduktivitetskoeffisienten er en viktig termofysisk karakteristikk av et materiale, og kunnskap om det er nødvendig når du utfører termiske beregninger knyttet til å bestemme varmetap gjennom de omsluttende strukturene til bygninger og strukturer, vegger til maskiner og apparater, beregning av termisk isolasjon, samt når løse mange andre tekniske problemer.

En annen viktig lov om termisk ledningsevne er Fourier-Kirchhoff-loven, som bestemmer naturen til temperaturendringer i rom og tid under termisk ledningsevne. Det andre navnet er differensialvarmeligning, fordi det ble oppnådd ved metoder fra teorien om matematisk analyse basert på Fouriers lov. For et 3-dimensjonalt ikke-stasjonært temperaturfelt har differensialligningen for termisk ledningsevne følgende form:

Hvor
- termisk diffusivitetskoeffisient, som karakteriserer de termiske treghetsegenskapene til materialet,

,C p , - henholdsvis koeffisienten for varmeledningsevne, isobarisk varmekapasitet og stoffets tetthet;

- Laplace-operatør.

For et endimensjonalt stasjonært temperaturfelt (
) differensialligningen for termisk ledningsevne antar en enkel form

Ved å integrere ligning (1) og (2) er det mulig å bestemme varmeflukstettheten gjennom kroppen og loven om temperaturendringer inne i kroppen under varmeoverføring ved ledning. For å få en løsning kreves det en oppgave betingelser for entydighet.

Unikitetsbetingelser– Dette er ytterligere private data som karakteriserer problemet under vurdering. Disse inkluderer:

Geometriske forhold som karakteriserer formen og størrelsen på kroppen;

Fysiske forhold som karakteriserer kroppens fysiske egenskaper;

midlertidige (initielle) forhold som karakteriserer temperaturfordelingen i det første øyeblikket;

grenseforhold som karakteriserer egenskapene til varmeveksling ved kroppens grenser. Det er grenseforhold av 1., 2. og 3. slag.

På grenseforhold av 1. slag fordelingen av temperaturer på overflaten av kroppen er spesifisert. I dette tilfellet er det nødvendig å bestemme varmeflukstettheten gjennom kroppen.

På grenseforhold av 2. slag varmeflukstettheten og temperaturen på en av overflatene på kroppen er spesifisert. Det er nødvendig å bestemme temperaturen på en annen overflate.

Under grenseforhold av 3. slag betingelsene for varmeoverføring mellom overflatene på kroppen og mediet som vasker dem utenfor, må være kjent. Fra disse dataene bestemmes varmefluksdensiteten. Dette tilfellet refererer til den kombinerte prosessen med varmeoverføring ved ledning og konveksjon, kalt varmeoverføring.

La oss vurdere det enkleste eksemplet for tilfelle av varmeledning gjennom en flat vegg. Flat kalt en vegg hvis tykkelse er betydelig mindre enn de to andre dimensjonene - lengde og bredde. I dette tilfellet kan unikhetsforholdene spesifiseres som følger:

geometriske: veggtykkelse er kjent. Temperaturfeltet er endimensjonalt, derfor endres temperaturen kun i retning av X-aksen og varmestrømmen er rettet vinkelrett på veggflatene;.

fysisk: veggmaterialet og dets varmeledningskoeffisient er kjent, og for hele kroppen=konst;

midlertidig: temperaturfeltet endres ikke over tid, dvs. er stasjonær;

grenseforhold: 1. type, veggtemperaturene er T 1 og T 2.

Det er nødvendig å bestemme loven for temperaturendringer langs veggtykkelsen T=f(X) og varmeflukstettheten gjennom veggenq.

For å løse oppgaven bruker vi ligningene (1) og (3). Ved å ta i betraktning de aksepterte grensebetingelsene (ved x=0T=T 1; ved x=T=T 2) etter dobbel integrasjon av ligning (3) får vi loven om temperaturendringer langs veggtykkelsen

Temperaturfordelingen i en flat vegg er vist i fig. 1.

Figur 1. Temperaturfordeling i flat vegg.

Varmeflukstettheten bestemmes deretter i henhold til uttrykket

Å bestemme den termiske konduktivitetskoeffisienten teoretisk kan ikke gi nøyaktigheten av resultatet som er nødvendig for moderne ingeniørpraksis, derfor er den eneste pålitelige måten dens eksperimentelle bestemmelse.

En av de velkjente eksperimentelle metodene for å bestemme fiis flatlagsmetoden. I henhold til denne metoden kan den termiske konduktivitetskoeffisienten til et flatt veggmateriale bestemmes basert på ligning (5)

;

I dette tilfellet refererer den oppnådde verdien av varmeledningskoeffisienten til gjennomsnittstemperaturen T m = 0,5 (T 1 + T 2).

Til tross for sin fysiske enkelhet, har den praktiske implementeringen av denne metoden sine egne vanskeligheter knyttet til vanskeligheten med å skape et endimensjonalt stasjonært temperaturfelt i prøvene som studeres og ta hensyn til varmetap.

BESKRIVELSE AV LABORATORIESTAND.

Bestemmelse av varmeledningskoeffisienten utføres på en laboratorieinstallasjon basert på metoden for simulering av virkelige fysiske prosesser. Installasjonen består av en PC koblet til en layout av arbeidsområdet, som vises på skjermen. Arbeidsområdet ble opprettet i analogi med det virkelige, og diagrammet er presentert i fig. 2.

Fig.2. Diagram over installasjonsarbeidsområdet

Arbeidsseksjonen består av 2 fluoroplastiske prøver 12, laget i form av skiver med en tykkelse på  = 5 mm og en diameter på d = 140 mm. Prøvene plasseres mellom en varmeovn 10 med en høyde h = 12 mm og en diameter dn = 146 mm og et kjøleskap 11 avkjølt med vann. Opprettelsen av varmestrøm utføres av et varmeelement med elektrisk motstand R= 41 Ohm og kjøleskap 11 med spiralspor for rettet sirkulasjon av kjølevann. Dermed blir varmestrømmen som passerer gjennom de fluoroplastiske prøvene som studeres, ført bort av vann som strømmer gjennom kjøleskapet. En del av varmen fra varmeren slipper ut gjennom endeflatene og ut i miljøet, og derfor, for å redusere disse radielle tapene, er det tilveiebrakt et termisk isolerende foringsrør 13 laget av asbestsement (k = 0,08 W/(mdeg)). Hylsen med en høyde h k = 22 mm er laget i form av en hul sylinder med en innvendig diameter d n = 146 mm og en ytre diameter d k = 190 mm. Temperaturen måles ved hjelp av syv Chromel-Copel termoelementer (type XK) pos. 1…7, installert på forskjellige steder i arbeidsområdet. Temperatursensorbryter 15 lar deg måle termo-EMF for alle syv temperatursensorer sekvensielt. Termoelement 7 er installert på den ytre overflaten av det varmeisolerende huset for å bestemme varmelekkasjer gjennom det.

ARBEIDSREGLER.

3.1. Temperaturmodusen for drift av installasjonen velges ved å stille inn temperaturen på den varme overflaten på platene T g i området fra 35 °C til 120 °C.

3.2. På installasjonskonsollen slås strømbryterne for indikatorenhetene som registrerer spenningen på den elektriske varmeren U, termo-EMF til temperatursensorene E og varmebryteren på i rekkefølge.

3.3. Ved jevn rotering av reostatknappen stilles ønsket spenning inn på varmeren. Reostaten er laget i en trinnversjon, så spenningen endres i trinn. Spenning U og temperatur Tg må være i samsvar med hverandre i henhold til avhengigheten presentert i Fig. 3.

Fig.3. Arbeidende varmesone.

3.4. Ved å sekvensielt spørre temperatursensorer ved hjelp av bryter 15, bestemmes termo-EMF-verdiene til syv termoelementer, som sammen med verdien U legges inn i eksperimentprotokollen (se tabell 1). Registrering av avlesninger utføres ved hjelp av indikatorenheter på kontrollpanelet, hvis avlesninger dupliseres på PC-skjermen.

3.5. På slutten av eksperimentet blir alle reguleringsorganer for installasjonen overført til sin opprinnelige posisjon.

3.6. Gjentatte eksperimenter utføres (deres totale antall må være minst 3) og ved andre verdier av Tg på den måten som er foreskrevet i avsnitt. 3.1…3.5.

BEHANDLING AV MÅLERESULTATER.

4.1. I henhold til kalibreringskarakteristikken til et Chromel-Copel termoelement, avlesningene til temperatursensorer konverteres til grader på Kelvin-skalaen. .

4.2. Gjennomsnittstemperaturene på de indre varme og eksterne kalde overflatene til prøvene bestemmes

hvor i er termoelementnummeret.

4.3. Den totale varmefluksen som skapes bestemmes elektrisk varmer

, W

hvor U er den elektriske strømspenningen, V;

R= 41 Ohm – motstanden til den elektriske varmeren.

4.4. Varmefluksen som går tapt som følge av varmeoverføring gjennom foringsrøret bestemmes

hvor k er en koeffisient som karakteriserer prosessen med varmeoverføring gjennom foringsrøret.

, W/(m 2 grader)

hvor  k = 0,08 W/(mgrader) – varmeledningskoeffisient for foringsrørmaterialet;

dn = 0,146 m – utvendig diameter varmeapparat;

dк = 0,190 m – ytre diameter av foringsrøret;

h n = 0,012 m – varmeovnshøyde;

h k = 0,022 m – foringsrørhøyde.

T t – temperaturen på den ytre overflaten av foringsrøret, bestemt av det syvende termoelementet

4.5. Varmestrømmen som passerer gjennom prøvene som studeres bestemmes av termisk ledningsevne

, W

4.6. Den termiske konduktivitetskoeffisienten til materialet som studeres bestemmes

, W/(mgrader)

hvor Q  er varmestrømmen som passerer gjennom testprøven gjennom termisk ledningsevne, W;

 = 0,005 m – prøvetykkelse;

- overflateareal av en prøve, m2;

d= 0,140 m – prøvediameter;

T g, T x – temperaturer på henholdsvis de varme og kalde overflatene til prøven, K.

4.7. Den termiske konduktivitetskoeffisienten avhenger av temperaturen, derfor refererer de oppnådde verdiene  til gjennomsnittstemperaturen til prøven

Resultatene av behandlingen av eksperimentelle data er lagt inn i tabell 1.

Tabell 1

Resultater av målinger og bearbeiding av eksperimentelle data

Termoelementavlesninger, mV/K

E 1

4.8. Ved å bruke den grafisk-analytiske metoden for å behandle de oppnådde resultatene, oppnår vi avhengigheten av den termiske konduktivitetskoeffisienten til materialet som studeres  av gjennomsnittstemperaturen til prøven T m i formen

hvor  0 og b- bestemmes grafisk basert på analyse av avhengighetsgrafen =f(T m).

KONTROLLSPØRSMÅL

Hva er de viktigste metodene for varmeoverføring?

Hva er termisk ledningsevne?

Hva er funksjonene til mekanismen for termisk ledningsevne i ledere og faste dielektriske stoffer?

Hvilke lover beskriver prosessen med varmeledning?

Hva er en flat vegg?

Hva er grensebetingelser?

Hva er karakteren av temperaturendringen i en flat vegg?

Hva er den fysiske betydningen av varmeledningskoeffisienten?

Hvorfor trenger du å vite varmeledningskoeffisienten? ulike materialer og hvordan bestemmes verdien?

Hva er de metodiske trekk ved flatlagsmetoden?

STUDIE AV VARMEOVERFØRING VED FRI KONVEKSJON

Målet med arbeidet: studer mønstrene for konvektiv varmeoverføring ved å bruke eksemplet med varmeoverføring under fri konveksjon for tilfeller av tverrgående og langsgående strømning rundt en oppvarmet overflate. Tilegne seg ferdigheter i å bearbeide eksperimentelle resultater og presentere dem i en generalisert form.

Trening:

1. Bestem de eksperimentelle verdiene for varmeoverføringskoeffisienten fra en horisontal sylinder og en vertikal sylinder til mediet under fri konveksjon.

2. Ved å behandle eksperimentelle data, få parametrene til kriteriumligningene som karakteriserer prosessen med fri konveksjon i forhold til den horisontale og vertikale overflaten.

GRUNNLEGGENDE TEORETISKE BESTEMMELSER.

Det er tre hovedmetoder for varmeoverføring, som skiller seg betydelig fra hverandre i deres fysiske natur:

termisk ledningsevne;

konveksjon;

termisk stråling.

Med termisk ledningsevne er bærerne av termisk energi mikropartikler av materie - atomer og molekyler, med termisk stråling - elektromagnetiske bølger.

Konveksjon er en måte å overføre varme på ved å flytte makroskopiske mengder materie fra ett punkt i rommet til et annet.

Dermed er konveksjon bare mulig i medier som har egenskapen til fluiditet - gasser og væsker. I varmeoverføringsteori er de generelt betegnet med begrepet "væske", uten å skille, med mindre det er spesifikt angitt, mellom dråpevæsker og gasser. Prosessen med varmeoverføring ved konveksjon er vanligvis ledsaget av termisk ledningsevne. Denne prosessen kalles konvektiv varmeveksling.

Konvektiv varmeoverføring er en kombinert prosess for varmeoverføring ved konveksjon og ledning.

I ingeniørpraksis omhandler de oftest prosessen med konvektiv varmeveksling mellom overflaten av et fast legeme (for eksempel overflaten av veggen til en ovn, varmeanordning, etc.) og en væske som omgir denne overflaten. Denne prosessen kalles varmeoverføring.

Varmespredning– et spesielt tilfelle av konvektiv varmeveksling mellom overflaten av et fast legeme (vegg) og væsken som omgir den.

Skille tvunget og fri (naturlig) konveksjon.

Tvunget konveksjon oppstår under påvirkning av trykkkrefter som skapes med makt, for eksempel av en pumpe, vifte osv.

Fri eller naturlig konveksjon oppstår under påvirkning av massekrefter av forskjellig natur: gravitasjon, sentrifugal, elektromagnetisk, etc.

På jorden oppstår fri konveksjon under påvirkning av tyngdekraften, og det er derfor det kalles termisk gravitasjonskonveksjon. Drivkraften til prosessen i dette tilfellet er løftekraften, som oppstår i mediet i nærvær av heterogenitet i tetthetsfordelingen inne i volumet som vurderes. Under varmeoverføring oppstår slik heterogenitet på grunn av det faktum at individuelle elementer i mediet kan være ved forskjellige temperaturer. I dette tilfellet vil de mer oppvarmede, og derfor mindre tette, elementene i mediet bevege seg oppover under påvirkning av løftekraften, overføre varme med dem, og jo kaldere, og derfor vil tettere elementer av mediet strømme til ledig plass, som vist i fig. 1.

Ris. 1. Arten av bevegelsen av strømmer i en væske under fri konveksjon

Hvis en konstant varmekilde er lokalisert på dette stedet, vil tettheten til de oppvarmede elementene i mediet reduseres når de oppvarmes, og de vil også begynne å flyte oppover. Så så lenge det er en forskjell i tetthetene til individuelle elementer i miljøet, vil sirkulasjonen deres fortsette, dvs. fri konveksjon vil fortsette. Fri konveksjon som forekommer i store volumer av mediet, hvor ingenting hindrer utviklingen av konveksjonsstrømmer, kalles fri konveksjon på ubegrenset plass. Fri konveksjon i et ubegrenset rom, for eksempel, oppstår under romoppvarming, oppvarming av vann i varmtvannskjeler og mange andre tilfeller. Hvis utviklingen av konveksjonsstrømmer forhindres av veggene til kanaler eller lag som er fylt med et flytende medium, kalles prosessen i dette tilfellet fri konveksjon på begrenset plass. Denne prosessen skjer for eksempel under varmeveksling inne i luftspaltene mellom vindusrammer.

Den grunnleggende loven som beskriver prosessen med konvektiv varmeoverføring er Newton-Richmanns lov. I analytisk form for et stasjonært temperaturregime for varmeoverføring, har det følgende form:

Hvor
- den elementære mengden varme som avgis i en elementær tidsperiode
fra et elementært overflateareal
;

- veggtemperatur;

- væsketemperatur;

- varmeoverføringskoeffisient.

Varmeoverføringskoeffisient viser hvor mye varme som avgis per tidsenhet fra en enhetsoverflate når temperaturforskjellen mellom veggen og væsken er én grad. Måleenheten for varmeoverføringskoeffisienten i SI-systemet er W/m 2 ∙grader. I en jevn stasjonær prosess kan varmeoverføringskoeffisienten bestemmes fra uttrykket:

, W/m 2 ∙grader

Hvor - varmestrøm, W;

- varmeveksleroverflateareal, m2;

- temperaturforskjell mellom overflaten og væsken, grader.

Varmeoverføringskoeffisienten karakteriserer intensiteten av varmevekslingen mellom veggen og væsken som vasker den. I sin fysiske natur er konvektiv varmeoverføring en svært kompleks prosess. Varmeoverføringskoeffisienten avhenger av et veldig stort antall forskjellige parametere - væskens fysiske egenskaper, væskestrømmens natur, væskestrømmens hastighet, størrelsen og formen på kanalen, samt mange andre faktorer. I denne forbindelse er det umulig å gi en generell avhengighet for å finne varmeoverføringskoeffisienten teoretisk

Varmeoverføringskoeffisienten kan mest nøyaktig og pålitelig bestemmes eksperimentelt basert på ligning (2). Men i ingeniørpraksis, når man beregner varmeoverføringsprosesser i forskjellige tekniske enheter, er det som regel ikke mulig å eksperimentelt bestemme verdien av varmeoverføringskoeffisienten under forholdene til et ekte fullskalaobjekt på grunn av kompleksiteten og høye kostnadene ved å sette opp et slikt eksperiment. I dette tilfellet, for å løse problemet med å bestemme , kommer det til unnsetning likhetsteori.

Den viktigste praktiske betydningen av likhetsteorien er at den lar en generalisere resultatene av et enkelt eksperiment utført på en modell under laboratorieforhold til hele klassen av virkelige prosesser og objekter som ligner på prosessen studert på modellen. Likhetsbegrepet, velkjent ift geometriske former, kan utvides til alle fysiske prosesser og fenomener.

Klasse av fysiske fenomener er et sett med fenomener som kan beskrives av ett felles system ligninger og har samme fysiske natur.

Enkeltforekomst– dette er en del av en klasse av fysiske fenomener som kjennetegnes av visse betingelser for unikhet (geometrisk, fysisk, initial, grense).

Lignende fenomener– en gruppe fenomener av samme klasse med de samme entydighetsbetingelsene, bortsett fra de numeriske verdiene av mengder i disse forholdene.

Teorien om likhet er basert på det faktum at dimensjonale fysiske størrelser som karakteriserer et fenomen kan kombineres til dimensjonsløse komplekser, og på en slik måte at antallet av disse kompleksene vil være mindre enn antallet dimensjonale størrelser. De resulterende dimensjonsløse kompleksene kalles likhetskriterier. Likhetskriterier har en viss fysisk betydning og reflekterer påvirkningen ikke av en fysisk mengde, men av hele settet inkludert i kriteriet, noe som betydelig forenkler analysen av prosessen som studeres. Selve prosessen i dette tilfellet kan representeres i form av et analytisk forhold
mellom likhetskriterier
, som karakteriserer dens individuelle aspekter. Slike avhengigheter kalles kriterieligninger. Likhetskriteriene ble oppkalt etter navnene på forskere som ga et betydelig bidrag til utviklingen av hydrodynamikk og varmeoverføringsteori - Nusselt, Prandtl, Grashof, Reynolds, Kirpichev og andre.

Likhetsteori er basert på 3 likhetsteoremer.

1ste teorem:

Fenomener som ligner på hverandre har samme likhetskriterier.

Denne teoremet viser at i eksperimenter er det nødvendig å måle bare de fysiske mengdene som er inneholdt i likhetskriteriene.

2. teorem:

De originale matematiske ligningene som karakteriserer et gitt fysisk fenomen kan alltid presenteres i form av et forhold mellom likhetskriterier som karakteriserer dette fenomenet.

Disse ligningene kalles kriterierl. Denne teoremet viser at resultatene av eksperimenter bør presenteres i form av kriterieligninger.

3. teorem.

Lignende er de fenomenene der likhetskriteriene, sammensatt av betingelser for unikhet, er like.

Denne teoremet definerer betingelsen som er nødvendig for å etablere fysisk likhet. Likhetskriterier bygd opp av entydighetsbetingelser kalles definere. De bestemmer likheten til alle andre eller fast bestemt likhetskriterier, som faktisk er gjenstand for 1. likhetsteoremet. Dermed utvikler og utdyper 3. likhetsteoremet 1. teoremet.

Når man studerer konvektiv varmeoverføring, brukes oftest følgende likhetskriterier.

Reynolds kriterium (Re) – karakteriserer forholdet mellom treghetskreftene og kreftene av viskøs friksjon som virker i væsken. Reynolds-kriterieverdien karakteriserer væskestrømningsregimet under tvungen konveksjon.

Hvor - hastighet på væskebevegelse;

- koeffisient for kinematisk viskositet til væsken;

- bestemme størrelse.

Grashof-kriterium (Gr) – karakteriserer forholdet mellom kreftene til viskøs friksjon og løftekraften som virker i en væske under fri konveksjon. Verdien av Grashof-kriteriet karakteriserer væskestrømningsregimet under fri konveksjon.

Hvor - akselerasjon av tyngdekraften;

- bestemme størrelse;

- temperaturkoeffisient for volumetrisk utvidelse av væske (for gasser
, Hvor - bestemme temperatur på Kelvin-skalaen);

- temperaturforskjell mellom veggen og væsken;

- vegg- og væsketemperaturer, henholdsvis;

- koeffisient for kinematisk viskositet til væsken.

Nusselt-kriterium (Nu) – karakteriserer forholdet mellom mengden varme som overføres gjennom termisk ledningsevne og mengden varme som overføres gjennom konveksjon under konvektiv varmeveksling mellom overflaten av et fast stoff (vegg) og en væske, dvs. under varmeoverføring.

Hvor - varmeoverføringskoeffisient;

- bestemme størrelse;

- koeffisient for termisk ledningsevne til væsken ved grensen til veggen og væsken.

Peclet-kriterium (Pe) – karakteriserer forholdet mellom mengden varme mottatt (gitt) av væskestrømmen og mengden varme som overføres (gitt) gjennom konvektiv varmeveksling.

Hvor - væskestrømhastighet;

- bestemme størrelse;

- termisk diffusivitetskoeffisient;

- henholdsvis varmeledningskoeffisient, isobarisk varmekapasitet, væsketetthet.

Prandtl-kriterium (Pr) – karakteriserer de fysiske egenskapene til en væske.

Hvor - koeffisient for kinematisk viskositet;

- koeffisient for termisk diffusivitet av væsken.

Fra de vurderte likhetskriteriene er det klart at den viktigste parameteren ved beregning av konvektiv varmeoverføringsprosesser, som karakteriserer prosessens intensitet, nemlig varmeoverføringskoeffisienten , er inkludert i uttrykket for Nusselt-kriteriet. Dette bestemte at for å løse problemer med konvektiv varmeoverføring ved bruk av tekniske metoder basert på bruk av likhetsteori, er dette kriteriet det viktigste av kriteriene som er bestemt. Verdien av varmeoverføringskoeffisienten i dette tilfellet bestemmes i henhold til følgende uttrykk

I denne forbindelse skrives kriterieligninger vanligvis i form av en løsning med hensyn til Nusselt-kriteriet og har form av en potensfunksjon

Hvor
- verdier av likhetskriterier som karakteriserer forskjellige aspekter av prosessen som vurderes;

- numeriske konstanter bestemt på grunnlag av eksperimentelle data oppnådd ved å studere en klasse av lignende fenomener ved bruk av modeller eksperimentelt.

Avhengig av typen konveksjon og de spesifikke betingelsene for prosessen, settet med likhetskriterier som er inkludert i kriterieligningen, kan verdiene av konstanter og korreksjonsfaktorer være forskjellige.

På praktisk anvendelse kriterieligninger, er det viktige spørsmålet riktig valg av bestemmende størrelse og bestemme temperatur. Den bestemmende temperaturen er nødvendig for riktig bestemmelse av verdiene til de fysiske egenskapene til væsken som brukes til å beregne verdiene til likhetskriteriene. Valget av å bestemme størrelse avhenger av relativ posisjon strømmen av væske og overflaten som vaskes, dvs. på grunn av strømmens natur. I dette tilfellet bør du bli veiledet av de eksisterende anbefalingene for følgende typiske tilfeller.

Tvunget konveksjon når væske beveger seg inne i et rundt rør.

- innvendig diameter på røret.

Tvunget konveksjon under væskebevegelse i kanaler med vilkårlig tverrsnitt.

- tilsvarende diameter,

Hvor - tverrsnittsareal av kanalen;

- seksjonsomkrets.

Tverrgående strømning rundt et rundt rør med fri konveksjon (horisontalt rør (se fig. 2) med termisk gravitasjonskonveksjon)

- ytre diameter på røret.

Fig.2. Arten av strømmen rundt et horisontalt rør under termisk gravitasjonskonveksjon

Langsgående strømning rundt en flat vegg (rør) (se fig. 3) under termisk gravitasjonskonveksjon.

- vegghøyde (rørlengde).

Ris. 3. Arten av strømmen rundt en vertikal vegg (rør) under termisk gravitasjonskonveksjon.

Definere temperatur nødvendig for riktig bestemmelse av de termofysiske egenskapene til mediet, hvis verdier varierer avhengig av temperatur.

Når varmeoverføring skjer, tas det aritmetiske gjennomsnittet mellom vegg- og væsketemperaturen som den bestemmende temperaturen

Ved konvektiv varmeveksling mellom individuelle elementer av mediet inne i volumet som vurderes, tas det aritmetiske gjennomsnittet mellom temperaturene til elementene i mediet som deltar i varmevekslingen som den bestemmende temperaturen.

I denne jobben Prosedyren for å gjennomføre et laboratorieeksperiment og metodikken for å oppnå kriteriumligninger for 2 karakteristiske tilfeller av strømning rundt en oppvarmet overflate (tverrgående og langsgående) med fri konveksjon av forskjellige gasser i forhold til horisontale og vertikale sylindre vurderes.

EKSPERIMENTELL DEL.

For å studere den termiske ledningsevnen til et stoff, brukes to grupper av metoder: stasjonære og ikke-stasjonære.

Teorien om stasjonære metoder er enklere og mer fullstendig utviklet. Men ikke-stasjonære metoder, i prinsippet, i tillegg til den termiske konduktivitetskoeffisienten, gjør det mulig å få informasjon om den termiske diffusivitetskoeffisienten og varmekapasiteten. Derfor har det nylig blitt viet mye oppmerksomhet til utviklingen av ikke-stasjonære metoder for å bestemme de termofysiske egenskapene til stoffer.

Noen stasjonære metoder for å bestemme varmeledningsevnen til stoffer er omtalt her.

EN) Flatlagsmetode. For en endimensjonal varmestrøm gjennom et flatt lag bestemmes varmeledningskoeffisienten av formelen

Hvor d- tykkelse, T 1 og T 2 - temperaturer på den "varme" og "kalde" overflaten til prøven.

For å studere termisk ledningsevne ved hjelp av denne metoden, er det nødvendig å skape en varmestrøm nær endimensjonal.

Vanligvis måles temperaturer ikke på overflaten av prøven, men i en viss avstand fra dem (se fig. 2), derfor er det nødvendig å introdusere korreksjoner i den målte temperaturforskjellen for temperaturforskjellen i varmeapparatet og kjølerlaget, for å minimere den termiske motstanden til kontaktene.

Når du studerer væsker, for å eliminere fenomenet konveksjon, må temperaturgradienten rettes langs gravitasjonsfeltet (ned).

Ris. 2. Diagram over flatlagsmetoder for måling av termisk ledningsevne.

1 – prøve under studie; 2 - varmeapparat; 3 - kjøleskap; 4, 5 - isolerende ringer; 6 - sikkerhetsvarmere; 7 - termoelementer; 8, 9 – differensielle termoelementer.

b) Jaeger-metoden. Metoden er basert på å løse en endimensjonal varmeligning som beskriver forplantningen av varme langs en stav oppvarmet av en elektrisk strøm. Vanskeligheten med å bruke denne metoden er umuligheten av å skape strenge adiabatiske forhold på den ytre overflaten av prøven, noe som bryter med endimensjonaliteten til varmestrømmen.

Beregningsformelen ser slik ut:

(14)

Hvor s- elektrisk ledningsevne til prøven, U– spenningsfall mellom ytterpunktene ved endene av stangen, D.T.– temperaturforskjell mellom midten av stangen og punktet på enden av stangen.

Ris. 3. Opplegg av Jaeger-metoden.

1 - elektrisk ovn; 2 - prøve; 3 - taper for å feste prøven; T 1 ¸ T 6 – steder hvor termoelementer er forseglet.

Denne metoden brukes i studiet av elektrisk ledende materialer.

V) Sylindrisk lag metode. Væsken som studeres (bulkmateriale) fyller et sylindrisk lag dannet av to koaksialt plasserte sylindre. En av sylindrene, oftest den innvendige, er en varmeovn (fig. 4).

Fig. 4. Skjema for den sylindriske lagmetoden

1 - indre sylinder; 2 - hovedvarmer; 3 - lag av teststoffet; 4 - ytre sylinder; 5 - termoelementer; 6 - sikkerhetssylindre; 7 - ekstra varmeovner; 8 - kropp.

La oss vurdere mer detaljert den stasjonære prosessen med varmeledning i en sylindrisk vegg, temperaturen på den ytre og indre overflater som holdes konstant og lik T 1 og T 2 (i vårt tilfelle er dette laget av teststoffet 5). La oss bestemme varmestrømmen gjennom veggen forutsatt at den indre diameteren til den sylindriske veggen er d 1 = 2r 1, og den ytre diameteren er d 2 = 2r 2, l = const og varme forplanter seg kun i radiell retning.

For å løse problemet bruker vi ligning (12). I sylindriske koordinater, når ; ligning (12), ifølge (1O), har formen:

. (15)

La oss introdusere notasjonen dT/dr= 0, får vi

Etter å ha integrert og potensiert dette uttrykket, flyttet til de opprinnelige variablene, får vi:

. (16)

Som man kan se av denne ligningen, er avhengigheten T=f(r) logaritmisk.

Integrasjonskonstantene C 1 og C 2 kan bestemmes hvis grensebetingelsene erstattes med denne ligningen:

på r=r 1 T = T 1 Og T 1 = C 1 ln r 1 + C 2,

på r=r2T=T2 Og T2=C1 ln r2+C2.

Løsningen på disse ligningene er i forhold til MED 1 og C 2 gir:

;

Bytter ut disse uttrykkene i stedet C 1 Og C 2 inn i ligning (1b), får vi

(17)

varmestrøm gjennom området til en sylindrisk overflate med radius r og lengden bestemmes ved hjelp av Fouriers lov (5)

Etter bytte får vi

. (18)

Termisk konduktivitetskoeffisient l for kjente verdier Q, T 1 , T 2 , d 1 , d 2, beregnet ved formelen

. (19)

For å undertrykke konveksjon (i tilfelle av væske), må det sylindriske laget ha en liten tykkelse, vanligvis en brøkdel av en millimeter.

Redusering av endetap i den sylindriske lagmetoden oppnås ved å øke forholdet / d og sikkerhetsvarmere.

G) Hot wire metode. I denne metoden er forholdet / døker på grunn av nedgang d. Den indre sylinderen erstattes med en tynn ledning, som både er en varmeovn og et motstandstermometer (fig. 5). Som et resultat av den relative enkelheten i utformingen og den detaljerte utviklingen av teorien, har den oppvarmede trådmetoden blitt en av de mest avanserte og nøyaktige. I praksisen med eksperimentelle studier av den termiske ledningsevnen til væsker og gasser, inntar den en ledende plass.

Ris. 5. Diagram av en målecelle laget ved bruk av oppvarmet wire-metoden. 1 – måleledning, 2 – rør, 3 – teststoff, 4 – strømledninger, 5 – potensielle ledninger, 6 – eksternt termometer.

Under forutsetning av at hele varmestrømmen fra seksjon AB strekker seg radialt og temperaturforskjellen T 1 – T 2 ikke er stor, slik at vi innenfor disse grensene kan betrakte l = const, er varmeledningskoeffisienten til stoffet bestemt av formelen

, (20)

Hvor Q AB = T×U AB er kraften som frigjøres på ledningen.

e) Ball metode. Finner anvendelse i praksisen med å studere den termiske ledningsevnen til væsker og bulkmaterialer. Stoffet som studeres er gitt formen av et sfærisk lag, som i prinsippet gjør det mulig å eliminere ukontrollert varmetap. Teknisk sett er denne metoden ganske komplisert.

Mange metoder har blitt brukt tidligere for å måle varmeledningsevne. For tiden er noen av dem utdaterte, men teorien deres er fortsatt av interesse, siden de er basert på løsninger på varmeledningsligningene for enkle systemer, som ofte møter i praksis.

Først av alt bør det bemerkes at de termiske egenskapene til ethvert materiale vises i forskjellige kombinasjoner; men hvis de anses som materialegenskaper, kan de bestemmes fra forskjellige eksperimenter. La oss liste de viktigste termiske egenskapene til legemer og eksperimentene som de bestemmes fra: a) termisk konduktivitetskoeffisient målt i en stasjonær eksperimentell modus; b) varmekapasitet per volumenhet, som måles ved hjelp av kalorimetriske metoder; c) mengden målt i periodisk stasjonær modus for eksperimenter; d) termisk diffusivitet x, målt under ustabile eksperimentelle forhold. Faktisk tillater de fleste eksperimenter utført i en ikke-stasjonær modus i prinsippet både bestemmelse og bestemmelse

Vi vil kort beskrive de vanligste metodene her og angi avsnittene som dekker dem. I hovedsak er disse metodene delt inn i de der målinger utføres i en stasjonær modus (steady mode-metoder), med periodisk oppvarming og i en ikke-stasjonær modus (ikke-stasjonære modusmetoder); De er videre delt inn i metoder som brukes i studiet av dårlige ledere og i studiet av metaller.

1. Metoder for stasjonær modus; dårlige konduktører. I denne metoden må betingelsene for hovedeksperimentet i § 1 i dette kapitlet være strengt oppfylt, og materialet som studeres må ha form som en plate. I andre versjoner av metoden kan du studere materiale i form av en hul sylinder (se § 2, kapittel VII) eller en hul kule (se § 2, kapittel IX). Noen ganger har materialet som testes, som varme passerer gjennom, formen av en tykk stav, men inn i dette tilfellet teorien viser seg å være mer kompleks (se §§ 1, 2 i kapittel VI og § 3 i kapittel VIII).

2. Termiske metoder stasjonær modus; metaller. I dette tilfellet brukes vanligvis en metallprøve i form av en stang, hvis ender opprettholdes ved forskjellige temperaturer. En halvbundet stang regnes i kapittel § 3. IV, og en stang med begrenset lengde - i § 5 i kap. IV.

3. Stasjonære elektriske metoder, metaller. I dette tilfellet oppvarmes en metallprøve i form av en ledning ved å føre en elektrisk strøm gjennom den, og endene opprettholdes ved gitte temperaturer (se § 11, kapittel IV og eksempel IX, § 3, kapittel VIII). Du kan også bruke tilfellet med radiell varmestrøm i en ledning oppvarmet av elektrisk strøm (se eksempel V, § 2, kapittel VII).

4. Stasjonær modus metoder for flytting av væsker. I dette tilfellet måles temperaturen på væsken som beveger seg mellom to reservoarer, hvor forskjellige temperaturer opprettholdes (se § 9, kapittel IV).

5. Periodiske oppvarmingsmetoder. I disse tilfellene endres forholdene ved endene av stangen eller platen med en periode etter å ha nådd en stabil tilstand, temperaturer måles på visse punkter av prøven. Tilfellet av en halvbundet stang vurderes i kapittel § 4. IV, og en stang med begrenset lengde - i § 8 i samme kapittel. En lignende metode brukes for å bestemme den termiske diffusiviteten til jord under temperatursvingninger forårsaket av solvarme (se § 12, kapittel II).

Nylig har disse metodene begynt å spille en viktig rolle i målinger lave temperaturer; de har også fordelen at, i teorien, relativt komplekse systemer du kan bruke metoder utviklet for å studere elektriske bølgeledere (se § 6, kapittel I).

6. Ikke-stasjonære modusmetoder. Tidligere har forbigående metoder blitt brukt noe mindre enn steady-state metoder. Ulempen deres er vanskeligheten med å fastslå hvordan de faktiske grensebetingelsene i eksperimentet stemmer overens med betingelsene som er postulert av teorien. Det er svært vanskelig å ta hensyn til et slikt avvik (for eksempel når det gjelder kontaktmotstand ved grensen), og dette er viktigere for disse metodene enn for stasjonære modusmetoder (se § 10, kapittel II). Samtidig har ikke-stasjonære modusmetoder i seg selv velkjente fordeler. Dermed er noen av disse metodene egnet for å gjøre svært raske målinger og for å ta hensyn til små endringer i temperaturen; I tillegg kan en rekke metoder brukes "in situ", uten å transportere prøven til laboratoriet, noe som er svært ønskelig, spesielt når man studerer materialer som jord og stein. De fleste eldre metoder bruker bare den siste delen av temperatur versus tid grafen; i dette tilfellet uttrykkes løsningen til den tilsvarende ligningen med ett eksponentielt ledd. I § 7 kap. IV, § 5 kap. VI, § 5 kap. VIII og § 5 kap. IX tilfellet med enkel kroppskjøling vurderes geometrisk form med lineær varmeoverføring fra overflaten. I § 14 kap. IV, er tilfellet med ikke-stasjonær temperatur i en ledning oppvarmet av elektrisk strøm vurdert. I noen tilfeller brukes hele grafen over temperaturendringer i et punkt (se § 10 kapittel II og § 3 kapittel III).

Fysiske analysemetoder er basert på bruken av en hvilken som helst spesifikk fysisk effekt eller en viss fysisk egenskap ved et stoff. Til gassanalyse brukstetthet, viskositet, termisk ledningsevne, brytningsindeks, magnetisk følsomhet, diffusjon, absorpsjon, emisjon, absorpsjon elektromagnetisk stråling, samt selektiv absorpsjon, lydhastighet, termisk reaksjonseffekt, elektrisk ledningsevne, etc. Noen av disse fysiske egenskapene og fenomenene gjør kontinuerlig gassanalyse mulig og gjør det mulig å oppnå høy følsomhet og nøyaktighet av målinger. Valget av fysisk mengde eller fenomen er svært viktig for å utelukke påvirkning av umålte komponenter i blandingen som analyseres. Bruken av spesifikke egenskaper eller effekter gjør det mulig å bestemme konsentrasjonen av den ønskede komponenten i en flerkomponentgassblanding. Uspesifikke fysiske egenskaper kan strengt tatt kun brukes for analyse av binære gassblandinger. Viskositet, brytningsindeks og diffusjon i gassanalyse praktisk betydning Har ikke.

Overføring av varme mellom to punkter med forskjellige temperaturer skjer på tre måter: konveksjon, stråling og varmeledning. På konveksjon varmeoverføring er assosiert med materieoverføring (masseoverføring); varmeoverføring stråling skjer uten medvirkning av materie. Varmeoverføring termisk ledningsevne skjer med deltagelse av materie, men uten masseoverføring. Energioverføring skjer på grunn av kollisjon av molekyler. Koeffisient for varmeledningsevne ( X) avhenger bare av typen stoff som overfører varme. Det er en spesifikk egenskap ved et stoff.

Dimensjonen på termisk ledningsevne i CGS-systemet cal/(s cm K), i tekniske enheter - kcalDmch-K), i det internasjonale SI-systemet - WtDm-K). Forholdet mellom disse enhetene er som følger: 1 cal/(cm s K) = 360 kcalDm h K) = 418,68 WDm-K).

Absolutt varmeledningsevne under overgangen fra fast til flytende og gassformige stoffer varierer fra X = 418,68 WDm-K)] (varmeledningsevne for den beste varmelederen - sølv) opp til X ca. 10_6 (varmeledningsevne for de minst ledende gassene).

Den termiske ledningsevnen til gasser øker kraftig med økende temperatur. For noen gasser (GH 4: NH 3) øker den relative varmeledningsevnen kraftig med økende temperatur, og for noen (Ne) avtar den. I følge kinetisk teori skal ikke gassers varmeledningsevne være avhengig av trykk. Imidlertid fører forskjellige årsaker til at med økende trykk øker varmeledningsevnen litt. I trykkområdet fra atmosfærisk til flere millibar er termisk ledningsevne ikke avhengig av trykk, siden den gjennomsnittlige frie banen til molekyler øker med en reduksjon i antall molekyler per volumenhet. Ved et trykk på -20 mbar tilsvarer den gjennomsnittlige frie banen til molekylene størrelsen på målekammeret.

Termisk konduktivitetsmåling er den eldste fysiske metoden for gassanalyse. Det ble beskrevet i 1840, spesielt i verkene til A. Schleiermacher (1888-1889) og har blitt brukt i industrien siden 1928. I 1913 utviklet Siemens en hydrogenkonsentrasjonsmåler for luftskip. Deretter, i mange tiår, ble instrumenter basert på termisk konduktivitetsmålinger utviklet og mye brukt i den raskt voksende kjemiske industrien med stor suksess. Naturligvis ble først bare binære gassblandinger analysert. toppscore oppnås når det er stor forskjell i varmeledningsevnen til gasser. Blant gasser har hydrogen den største varmeledningsevnen. I praksis har det også vært berettiget å måle konsentrasjonen av CO i røykgasser, siden varmeledningsevnen til oksygen, nitrogen og karbonmonoksid ligger svært nær hverandre, noe som gjør at blandingen av disse fire komponentene kan betraktes som kvasi. -binær.

Temperaturkoeffisientene for termisk ledningsevne til forskjellige gasser er ikke de samme, så du kan finne temperaturen der varmeledningsevnen til forskjellige gasser er de samme (for eksempel 490 ° C - for karbondioksid og oksygen, 70 ° C - for ammoniakk og luft, 75 ° C - for karbondioksid og argon). Når man løser et visst analytisk problem, kan disse tilfeldighetene brukes ved å ta den ternære gassblandingen som en kvasi-binær.

I gassanalyse kan det antas at termisk ledningsevne er en additiv egenskap. Ved å måle den termiske ledningsevnen til blandingen og kjenne til den termiske ledningsevnen til de rene komponentene i den binære blandingen, kan konsentrasjonene deres beregnes. Dette enkle forholdet kan imidlertid ikke brukes på noen binær blanding. For eksempel har blandinger av luft - vanndamp, luft - ammoniakk, karbonmonoksid - ammoniakk og luft - acetylen i et visst forhold mellom komponenter maksimal varmeledningsevne. Derfor er anvendeligheten av termisk konduktivitetsmetode begrenset til et visst konsentrasjonsområde. For mange blandinger er det et ikke-lineært forhold mellom varmeledningsevne og sammensetning. Derfor er det nødvendig å fjerne kalibreringskurven, i henhold til hvilken skalaen til opptaksenheten skal lages.

Termiske konduktivitetssensorer(termokonduktometriske sensorer) består av fire små gassfylte kamre med lite volum med tynne platinaledere av samme størrelse og med samme elektriske motstand plassert i dem, isolert fra kroppen. Den samme konstante strømmen med en stabil verdi strømmer gjennom lederne og varmer dem opp. Lederne - varmeelementer - er omgitt av gass. To kamre inneholder gassen som skal måles, de to andre inneholder referansegassen. Alle varmeelementer er inkludert i en Wytheton-bro, som det ikke er vanskelig å måle en temperaturforskjell på ca. 0,01°C med. En slik høy følsomhet krever nøyaktig lik temperatur i målekamrene, så hele målesystemet plasseres i en termostat eller i broens målediagonal, og en motstand er inkludert for temperaturkompensasjon. Så lenge varmefjerning fra varmeelementer i måle- og sammenligningskamrene er den samme, broen er i likevekt. Når gass med en annen varmeledningsevne tilføres målekamrene, blir denne likevekten forstyrret og temperaturen endres sensitive elementer og med det deres motstand. Den resulterende strømmen i målediagonalen er proporsjonal med konsentrasjonen av den målte gassen. For å øke følsomheten Driftstemperatur følsomme elementer bør økes, men man må passe på å opprettholde en tilstrekkelig stor forskjell i gassens varmeledningsevne. For ulike gassblandinger er det således en optimal temperatur for termisk ledningsevne og følsomhet. Ofte velges forskjellen mellom temperaturen på de følsomme elementene og temperaturen på kammerveggene fra 100 til 150°C.

Måleceller til industrielle termiske konduktometriske analysatorer består som regel av et massivt metallhus der det bores målekammer. Dette sikrer jevn temperaturfordeling og god kalibreringsstabilitet. Siden avlesningene til den termiske konduktivitetsmåleren påvirkes av gassstrømningshastigheten, føres gass inn i målekamrene gjennom en bypass-kanal. Løsninger ulike designere for å sikre nødvendig utveksling av gasser er gitt nedenfor. I prinsippet forutsettes det at hovedgasstrømmen er forbundet ved å koble kanaler til målekammere som gassen strømmer gjennom med en liten forskjell. I dette tilfellet har diffusjon og termisk konveksjon en avgjørende innflytelse på fornyelsen av gass i målekamrene. Volumet på målekamrene kan være svært lite (flere kubikkmillimeter), noe som sikrer en liten påvirkning av konvektiv varmeoverføring på måleresultatet. For å redusere den katalytiske effekten av platinaledere, de forskjellige måter smeltet til tynnveggede glasskapillærer. For å sikre motstanden til målekammeret mot korrosjon, er alle gassrørledningsdeler dekket med glass. Dette lar deg måle den termiske ledningsevnen til blandinger som inneholder klor, hydrogenklorid og andre aggressive gasser. Termiske konduktometriske analysatorer med lukkede sammenligningskamre er vanlig hovedsakelig i kjemisk industri. Å velge riktig referansegass forenkler instrumentkalibreringen. I tillegg er det mulig å få en skala med en undertrykt null. For å redusere nullpunktsdrift må sammenligningskamrene være godt forseglet. I spesielle tilfeller, for eksempel, når det er sterke svingninger i sammensetningen av gassblandingen, kan du jobbe med gjennomstrømmingskamre. I dette tilfellet, ved hjelp av et spesielt reagens, fjernes en av komponentene fra den målte gassblandingen (for eksempel CO og en løsning av kaustisk kalium), og deretter sendes gassblandingen til sammenligningskamre. Måle- og sammenligningsgrenene skiller seg i dette tilfellet bare ved fravær av en av komponentene. Denne metoden gjør det ofte mulig å analysere komplekse gassblandinger.

Nylig, i stedet for metallledere, brukes halvledertermistorer noen ganger som følsomme elementer. Fordelen med termistorer er at temperaturkoeffisienten for motstand er 10 ganger høyere sammenlignet med termiske metallmotstander. Dette oppnår en kraftig økning i følsomheten. Men samtidig stilles det mye høyere krav til stabilisering av brostrømmen og temperaturen på kammerveggene.

Tidligere enn andre og mest utbredt begynte termiske konduktometriske instrumenter å bli brukt til analyse av eksosgasser fra forbrenningsovner. På grunn av deres høye følsomhet, høye hastighet, enkle vedlikehold og pålitelige design, samt deres lave kostnader, ble analysatorer av denne typen raskt introdusert i industrien.

Termiske konduktivitetsanalysatorer er best egnet for å måle konsentrasjonen av hydrogen i blandinger. Ved valg av referansegasser må også blandinger av ulike gasser vurderes. Følgende data (tabell 6.1) kan brukes som eksempel på minimumsmåleområder for ulike gasser.

Tabell 6.1

Minimum måleområder for ulike gasser,

% til volum

Det maksimale måleområdet er oftest 0-100 %, med 90 eller til og med 99 % undertrykt. I spesielle tilfeller gjør en termisk konduktivitetsanalysator det mulig å ha flere forskjellige måleområder på en enhet. Denne brukes for eksempel til å kontrollere fyllings- og tømmeprosessene til hydrogenkjølte turbogeneratorer i termiske kraftverk. På grunn av eksplosjonsfaren er ikke generatorhuset fylt med luft, men karbondioksid tilføres først som rensegass, og deretter hydrogen. Gass frigjøres fra generatoren på samme måte. Følgende måleområder kan oppnås med ganske høy reproduserbarhet på en enkelt analysator: 0-100 % (vol/vol) CO (i luft for CO-rensing), 100-0 % H 2 i CO (for fylling med hydrogen) og 100 -80 % H 2 (i luften for å kontrollere renheten til hydrogen under generatordrift). Dette billig måte målinger.

For å bestemme hydrogeninnholdet i kloret som frigjøres under elektrolysen av kaliumklorid ved hjelp av en termisk konduktometrisk analysator, kan du arbeide med både en forseglet referansegass (S0 2, Ar) og en flytende referansegass. I sistnevnte tilfelle sendes først en blanding av hydrogen og klor til målekammeret og deretter til en etterbrenningsovn med en temperatur på > 200°C. Hydrogen brenner med overflødig klor for å danne hydrogenklorid. Den resulterende blandingen av HC og C12 mates inn i sammenligningskammeret. I dette tilfellet bestemmes hydrogenkonsentrasjonen fra forskjellen i varmeledningsevne. Denne metoden reduserer påvirkningen av små mengder luft betydelig.

For å redusere feilen som oppstår ved analyse av våtgass, må gassen tørkes, noe som gjøres enten ved hjelp av en fuktabsorber eller senking av gasstemperaturen under duggpunktet. Det er en annen mulighet for å kompensere for påvirkning av fuktighet, som kun er aktuelt ved måling ved hjelp av et flytende referansegassskjema.

For å jobbe med eksplosive gasser produserer en rekke selskaper eksplosjonssikre enheter. I dette tilfellet er termisk konduktivitetsmålingskamre designet for å høytrykk, brannslukkere er installert ved inngangen og utgangen av kamrene, og utgangssignalet er begrenset til et egensikkert nivå. Slike enheter kan imidlertid ikke brukes til å analysere blandinger av eksplosive gasser med oksygen eller hydrogen med klor.

Centimeter-gram-sekund er et system av enheter som ble mye brukt før adopsjonen av International System of Units (SI).

FORBUNDSBYRÅ FOR TEKNISK REGULERING OG METROLOGI

NASJONAL

STANDARD

RUSSISK

FØDERASJON

KOMPOSITTER

Offisiell publikasjon

Stshdfttftsm

GOST R 57967-2017

Forord

1 UTARBEIDT AV Federal State enhetlig virksomhet"All-Russian Research Institute of Aviation Materials" sammen med den autonome non-profit organisasjonen "Center for Standardization, Standardization and Classification of Composites" med deltakelse av foreningen juridiske enheter"Union of Composite Manufacturers" basert på den offisielle oversettelsen til russisk av den engelske versjonen av standarden spesifisert i paragraf 4, som ble utført av TC 497

2 INTRODUSERT av den tekniske komiteen for standardisering TC 497 "Kompositter, strukturer og produkter laget av dem"

3 GODKJENT OG TRÅTT I IKRAFT etter ordre fra Federal Agency for Technical Regulation and Metrology datert 21. november 2017 nr. 1785-st

4 Denne standarden er modifisert fra ASTM E1225-13 Standard testmetode for å bestemme termisk ledningsevne faste stoffer metode for komparativ langsgående omsluttet varmestrøm" (ASTM E122S-13 "Standard Test Method for Thermal Conductivity of Solids Using the Guard ed-Comparative-Longitudinal Heat Flow Technique", MOD) ved å endre strukturen for å overholde reglene fastsatt i GOST 1.5-2001 (pkt. 4.2 og 4.3).

Denne standarden inkluderer ikke punkt 5. 12. underklausuler 1.2, 1.3 i den anvendte ASTM-standarden. som er upassende å bruke i russisk nasjonal standardisering på grunn av deres redundans.

De spesifiserte paragrafene og underavsnittene som ikke er inkludert i hoveddelen av denne standarden er gitt i tilleggsvedlegg JA.

Navnet på denne standarden er endret i forhold til navnet på den spesifiserte ASTM-standarden for å bringe den i samsvar med GOST R 1.5-2012 (avsnitt 3.5).

En sammenligning av strukturen til denne standarden med strukturen til den spesifiserte ASTM-standarden er gitt i tilleggsvedlegg DB.

Informasjon om samsvar med den nasjonale referansestandarden med ASTM-standarden. brukes som referanse i den anvendte ASTM-standarden. er gitt i tilleggsvedlegg DV

5 INTRODUSERT FOR FØRSTE GANG

Reglene for å bruke denne standarden er fastsatt i artikkel 26 i den føderale loven av 29. juni 2015 N9 162-FZ "Om standardisering i Den russiske føderasjonen" Informasjon om endringer i denne standarden er publisert i den årlige (fra 1. januar inneværende år) informasjonsindeks "National Standards", og den offisielle teksten til endringene og instruksjonene er publisert i den månedlige informasjonsindeksen "National Standards". I tilfelle revisjon (erstatning) eller kansellering av denne standarden, vil den tilsvarende kunngjøringen bli publisert i neste utgave av den månedlige informasjonsindeksen "National Standards". Relevant informasjon. varsling og tekster legges også ut informasjon System for generell bruk - på den offisielle nettsiden til Federal Agency for Technical Regulation and Metrology på Internett ()

Denne standarden kan ikke helt eller delvis reproduseres, replikeres eller distribueres som en offisiell publikasjon uten tillatelse fra Federal Agency for Technical Regulation and Metrology

GOST R 57967-2017

1 bruksområde................................................ ... ..................1

3 Begreper, definisjoner og betegnelser......................................... ....... .......1

4 Essensen av metoden ................................................... ......................2

5 Utstyr og materialer ........................................................... ............................4

6 Forberedelse til testing........................................... ...... ......elleve

7 Gjennomføring av tester........................................... ...............12

8 Behandling av testresultater.......................................... .................... .......1. 3

9 Testrapport................................................... .................... ..................1. 3

Vedlegg JA (referanse) Originaltekst ikke-inkluderte strukturelle elementer

anvendt ASTM-standard ................................................... ....15

Vedlegg DB (informativ) Sammenligning av strukturen til denne standarden med strukturen

ASTM-standard brukt i den......................................... .......18

Vedlegg DV (referanse) Informasjon om samsvar med referansenasjonal standard med ASTM-standarden. brukt som referanse i den anvendte ASTM-standarden.......................................... ........... ............19

GOST R 57967-2017

NASJONAL STANDARD FOR DEN RUSSISKE FØDERASJON

KOMPOSITTER

Bestemmelse av termisk ledningsevne av faste stoffer ved hjelp av metoden for stasjonær endimensjonal varmestrøm med en beskyttende varmeapparat

Kompositter. Bestemmelse av termisk ledningsevne til soHds ved stasjonær endimensjonal varmestrøm

med en vaktvarmerteknikk

Dato for introduksjon - 2018-06-01

1 bruksområde

1.1 Denne standarden spesifiserer bestemmelsen av termisk ledningsevne for homogene ugjennomsiktige solide polymer-, keramikk- og metallkompositter ved bruk av en steady-state endimensjonal varmestrømmetode med en beskyttelsesvarmer.

1.2 Denne standarden er beregnet for bruk ved testing av materialer som har en effektiv varmeledningsevne i området fra 0,2 til 200 W/(m-K) i temperaturområdet fra 90 K til 1300 K.

1.3 Denne standarden kan også brukes ved testing av materialer som har effektiv varmeledningsevne utenfor spesifiserte områder med lavere nøyaktighet.

2 Normative referanser

Denne standarden bruker normative referanser til følgende standarder:

GOST 2769 Overflateruhet. Parametre og egenskaper

GOST R 8.585 Statens system sikre ensartethet i målingene. Termoelementer. Nominelle statiske konverteringsegenskaper

Merk - Når du bruker denne standarden, er det tilrådelig å sjekke gyldigheten av referansestandardene i det offentlige informasjonssystemet - på den offisielle nettsiden til Federal Agency for Technical Regulation and Metrology på Internett eller ved å bruke den årlige informasjonsindeksen "National Standards" , som ble publisert fra 1. januar inneværende år, og om utgaver av den månedlige informasjonsindeksen "National Standards" for inneværende år. Hvis en udatert referansestandard erstattes, anbefales det at gjeldende versjon av den standarden brukes, med tanke på eventuelle endringer som er gjort i den versjonen. Hvis en datert referansestandard erstattes, anbefales det å bruke versjonen av den standarden med godkjenningsåret (adopsjon) angitt ovenfor. Hvis det etter godkjenning av denne standarden gjøres en endring i referansestandarden som den daterte skjermbildet er gitt til, som påvirker bestemmelsen det er gitt referanse til, anbefales det at denne bestemmelsen anvendes uten å ta hensyn til denne endringen . Hvis referansestandarden kanselleres uten utskifting, anbefales bestemmelsen der det er gitt en henvisning til den, brukt i den delen som ikke påvirker denne referansen.

3 Begreper, definisjoner og betegnelser

3.1 Følgende termer med tilsvarende definisjoner brukes i denne standarden:

3.1.1 termisk ledningsevne /.. W/(m K): Forholdet mellom varmeflukstettheten under stasjonære forhold gjennom en enhetsareal til en enhetstemperaturgradient i en retning vinkelrett på overflaten.

Offisiell publikasjon

GOST R 57967-2017

3.1.2 tilsynelatende termisk ledningsevne: Når det finnes metoder for varmeoverføring gjennom et annet materiale enn termisk ledningsevne, resultatene av målinger utført ved bruk av denne testmetoden. representerer den tilsynelatende eller effektive varmeledningsevnen.

3.2 8 i denne standarden brukes følgende symboler:

3.2.1 X M (T), W/(m K) - termisk ledningsevne til referanseprøver avhengig av temperatur.

3.2.2 Oetzi, W/(m K) - termisk ledningsevne til den øvre referanseprøven.

3.2.3 Xjj’. 8t/(m K) - termisk ledningsevne til den nedre referanseprøven.

3.2.4 edT), W/(m K) - termisk ledningsevne til testprøven, justert for varmeoverføring om nødvendig.

3.2.5 X"$(T), W/(m K) - termisk ledningsevne til testprøven, beregnet uten å ta hensyn til korreksjonen for varmeoverføring.

3.2.6 >у(7), W/(m K) - termisk ledningsevne av isolasjon avhengig av temperatur.

3.2.7 G, K - absolutt temperatur.

3.2.8 Z, m - avstand målt fra øvre ende av pakken.

3.2.9 /, m - lengde på testprøven.

3.2.10 G (, K - temperatur ved Z r

3.2.11 q", W/m 2 - varmestrøm per arealenhet.

3.2.12 ZH LT, etc. - avvik X. G. etc.

3.2.13 g A, m - radius av testprøven.

3.2.14 g in, m - indre radius av sikkerhetsskallet.

3.2.15 f 9 (Z), K - temperatur på det beskyttende skallet avhengig av avstanden Z.

4 Essensen av metoden

4.1 Generell ordning metode for stasjonær endimensjonal varmestrøm ved bruk av en sikkerhetsvarmer er vist i figur 1. Testprøve med ukjent varmeledningsevne X s. som har en estimert varmeledningsevne X s // s. installert under belastning mellom to referanseprøver med termisk ledningsevne X m, med samme tverrsnittsareal og spesifikk varmeledningsevne X^//^. Designet er en pakke bestående av en skivevarmer med en testprøve og referanseprøver på hver side mellom varmeren og kjøleribben. En temperaturgradient opprettes i pakken som studeres, varmetapene minimeres ved bruk av en langsgående sikkerhetsvarmer, som har omtrent samme temperaturgradient. Omtrent halvparten av energien strømmer gjennom hver prøve. I likevektstilstanden bestemmes den termiske konduktivitetskoeffisienten basert på de målte temperaturgradientene til testprøven og de tilsvarende referanseprøvene og den termiske konduktiviteten til referansematerialene.

4.2 Sett kraft på posen for å sikre god kontakt mellom prøvene. Pakken er omgitt av et isolerende materiale med varmeledningsevne. Isolasjonen er innelukket i et beskyttende skall med en radius r 8, plassert ved en temperatur T d (2). En temperaturgradient etableres i posen ved å holde den øvre delen på temperatur Tm og den nedre delen på temperaturen Tb. Temperatur T 9 (Z) er vanligvis en lineær temperaturgradient som tilnærmet svarer til gradienten etablert i pakken som testes. En isotermisk sikkerhetsvarmer med en temperatur T ? (Z). lik gjennomsnittstemperaturen til prøven. Det anbefales ikke å bruke utformingen av målecellen til enheten uten sikkerhetsvarmere på grunn av mulige store varmetap, spesielt ved høye temperaturer. I stabil tilstand beregnes temperaturgradienter langs seksjoner basert på de målte temperaturene langs to referanseprøver og testprøven. Verdien av X" s uten å ta hensyn til korreksjonen for varmeoverføring beregnes ved hjelp av formelen (symboler er vist i figur 2).

T 4 -G 3 2 U 2 -Z, Z e -Z 5

hvor Г, er temperaturen ved Z,. K T 2 - temperatur ved Z 2, K G 3 - temperatur ved Z 3. TIL

GOST R 57967-2017

G 4 - temperatur ved Z 4. TIL;

Г 5 - temperatur ved Z s. TIL:

Гв - temperatur ved Z e. TIL:

Z, - koordinat til 1. temperatursensor, m;

Zj - koordinat for den andre temperatursensoren, m;

Z 3 - koordinat til den tredje temperatursensoren, m;

Z 4 - koordinat til den fjerde temperatursensoren, m;

Z 5 - koordinat til den femte temperatursensoren, m;

Z e - koordinat for den 6. temperaturføleren, m.

Denne ordningen er idealisert, siden den ikke tar hensyn til varmevekslingen mellom pakken og isolasjonen på hvert punkt og den jevne varmeoverføringen ved hvert grensesnitt mellom referanseprøvene og testprøven. Feilene forårsaket av disse to forutsetningene kan variere sterkt. På grunn av disse to faktorene må det være restriksjoner på denne metoden tester. hvis du trenger å oppnå den nødvendige nøyaktigheten.

1 - temperaturgradient i det beskyttende skallet: 2 - temperaturgradient i pakken; 3 - termoelement: 4 - klemme.

S - toppvarmer. b - øvre referanseprøve: 7 - nedre referanseprøve, c - nedre varmeapparat: c - kjøleskap. 10 - øvre sikkerhetsvarmer: I - sikkerhetsvarmer

Figur 1 - Diagram av en typisk testpakke og inneslutningsskall som viser samsvar mellom temperaturgradienter

GOST R 57967-2017

7 b

Nedkjølt

Oai oimshprmi

Isolasjon; 2 - sikkerhetsvarmer. E - metall eller keramisk beskyttende skall: 4 - varmeapparat. S - referanseprøve, b - prøveprøve, x - omtrentlig plassering av termoelementer

Figur 2 - Skjema for den endimensjonale stasjonære varmestrømmetoden ved bruk av en sikkerhetsvarmer med indikasjon mulige steder installasjon av temperaturfølere

5 Utstyr og materialer

5.1 Referanseprøver

5.1.1 For referanseprøver, referansematerialer eller standardmaterialer med kjente verdier termisk ledningsevne. Tabell 1 viser noen av de allment aksepterte referansematerialene. Figur 3 viser omtrentlig endring >. m med temperatur.

GOST R 57967-2017

Typlofoaodoost, EGL^m-K)

Figur 3 - Referanseverdier for termisk ledningsevne til referansematerialer

Merk - Materialet som velges for referanseprøver bør ha en termisk ledningsevne som er nærmest den termiske ledningsevnen til materialet som måles.

5.1.2 Tabell 1 er ikke uttømmende og andre materialer kan brukes som referansemateriale. Referansematerialet og kilden til X m-verdier må spesifiseres i testrapporten.

Tabell 1 - Referansedata for egenskapene til referansematerialer

GOST R 57967-2017

Slutten av tabell 1

Tabell 2 - Termisk ledningsevne for elektrolytisk jern

Temperatur. TIL	Termisk ledningsevne. W/(m K)

GOST R 57967-2017

Tabell 3 - Termisk ledningsevne for wolfram

Temperatur, K	Termisk ledningsevne. 6t/(mK)

GOST R 57967-2017

Tabell 4 - Varmeledningsevne av austenittisk stål

Temperatur. TIL	Termisk ledningsevne, W/(m K)

GOST R 57967-2017

Slutten av tabell 4

5.1.3 Krav til referansematerialer inkluderer stabilitet av egenskaper over hele driftstemperaturområdet, kompatibilitet med andre komponenter i instrumentets målecelle, enkel montering av temperatursensoren og nøyaktig kjent varmeledningsevne. Siden feil på grunn av varmetap for en bestemt økning i k er proporsjonale med endringen i k og Jk s, bør referansemateriale c) brukes for referanseprøver. m nærmest >. s.

5.1.4 Hvis den termiske ledningsevnen til testprøven k s er mellom de termiske ledningsevneverdiene til to referansematerialer, bør referansematerialet med en høyere termisk ledningsevne k u brukes. for å redusere det totale temperaturfallet langs pakken.

5.2 Isolasjonsmaterialer

Pulver, dispergerte og fibrøse materialer brukes som isolasjonsmaterialer for å redusere den radielle varmestrømmen inn i det ringformede rommet som omgir pakken og varmetapet langs pakken. Det er flere faktorer å vurdere når du velger isolasjon:

Isolasjonen må være stabil over forventet temperaturområde, ha lav varmeledningsevne og være lett å håndtere;

Isolasjonen må ikke forurense instrumentcellekomponenter som temperatursensorer, den må ha lav toksisitet, og den må ikke lede elektrisk strøm.

Pulver og faste stoffer brukes ofte da de er enkle å komprimere. Fibermatter med lav tetthet kan brukes.

5.3 Temperaturfølere

5.3.1 Minst to temperatursensorer må installeres på hver referanseprøve og to på prøven. Om mulig bør referanseprøvene og prøven hver inneholde tre temperatursensorer. Ytterligere sensorer er nødvendige for å bekrefte lineariteten til temperaturfordelingen langs pakken eller for å oppdage en feil på grunn av en ukalibrert temperatursensor.

5.3.2 Type temperatursensor avhenger av størrelsen på målecellen til enheten, temperaturområdet og miljø i målecellen til enheten, bestemt av isolasjon, referanseprøver, testprøve og gass. Enhver sensor med tilstrekkelig nøyaktighet kan brukes til å måle temperatur, og målecellen til enheten må være stor nok til at forstyrrelsen av varmestrømmen fra temperatursensorene er ubetydelig. Vanligvis brukes termoelementer. Deres lille størrelse og enkle feste er klare fordeler.

5.3.3 Termoelementer skal være laget av tråd med en diameter på ikke mer enn 0,1 mm. Alle kalde koblinger må holdes på en konstant temperatur. Denne temperaturen opprettholdes av en avkjølt suspensjon, en termostat eller elektronisk referansepunktkompensasjon. Alle termoelementer må være produsert av enten kalibrert ledning eller ledning som er sertifisert av leverandøren for å sikre feilgrensene spesifisert i GOST R 8.585.

5.3.4 Metoder for å feste termoelementer er vist i figur 4. Innvendige kontakter kan oppnås i metaller og legeringer ved å sveise individuelle termoelementer til overflater (Figur 4a). Termoelementforbindelser, enten stumpsveisede eller socketsveisede, kan festes stivt ved å smi, sementere eller sveise inn i smale spor eller små hull (figur 4b, 4c og 4

5.3.5 I figur 46 er termoelementet plassert i en radiell spalte, og i figur 4c er termoelementet trukket gjennom et radialt hull i materialet. 8 ved bruk av et termoelement i et beskyttende skall eller et termoelement, hvor begge termoelementene er plassert i en elektrisk isolator med to

GOST R 57967-2017

hull, kan termoelementfestet vist i figur 4d brukes. I de tre siste tilfellene må termoelementet være termisk bundet til den faste overflaten med et egnet klebemiddel eller høytemperatursement. Alle de fire prosedyrene vist i figur 4 bør inkludere herding av ledninger på overflater, innpakning av ledninger i isotermiske soner, termisk jording av ledninger på vernet, eller en kombinasjon av alle tre.

5.3.6 Fordi unøyaktighet i plasseringen av temperatursensoren fører til store feil. Spesiell forsiktighet må utvises for å bestemme riktig avstand mellom sensorer og beregne mulig feil som følge av eventuell unøyaktighet.

c - intern ostesko med adskilte termoelementer sveiset til testprøven eller referanseprøver slik at signalet går gjennom materialet. 6 - radialt spor på den flate overflaten av festingen av en bar ledning eller termoelementsensor med keramisk isolasjon; c - et lite radialt hull boret gjennom prøvestykket eller referanseprøver, og et bart (tillatt hvis materialet er en elektrisk isolator) eller isolert termoelement trukket gjennom hullet: d - et lite radialt hull boret gjennom prøvestykket eller referanseprøvene , og et termoelement , plassert på hullet

Figur 4 - Montering av termoelementer

MERK I alle tilfeller bør termoelementer være termisk herdet eller termisk jordet til inneslutningen for å minimere målefeil på grunn av varmestrøm til eller fra det varme krysset.

5.4 Lastesystem

5.4.1 Testmetoden krever jevn varmeoverføring over grensesnittet mellom referanseprøvene og testprøven når temperatursensorene er plassert innenfor r k fra grensesnittet. For å gjøre dette er det nødvendig å sikre jevn kontaktmotstand

GOST R 57967-2017

smelting av de tilstøtende områdene til referanseprøvene og testprøven, som kan skapes ved å påføre en aksial belastning i kombinasjon med et ledende medium ved grenseflatene. Det anbefales ikke å utføre målinger i vakuum med mindre det er nødvendig for beskyttelsesformål.

5.4.2 Ved testing av materialer med lav varmeledningsevne brukes tynne testprøver, så temperatursensorer må installeres nær overflaten. I slike tilfeller må et meget tynt lag av svært termisk ledende væske, pasta, myk metallfolie eller skjerm innføres ved grensesnittene.

5.4.3 Utformingen av måleinstrumentet skal gi midler for å påføre en repeterbar og konstant belastning langs stabelen for å minimere grensesnittmotstander ved grenseflatene mellom referanseprøvene og prøven. Belastningen kan påføres pneumatisk, hydraulisk, ved fjærpåvirkning eller ved plassering av en last. De ovennevnte lastpåføringsmekanismene er konstante ettersom temperaturen på pakken endres. I noen tilfeller kan trykkstyrken til testprøven være så lav at den påførte kraften må begrenses av vekten av den øvre referanseprøven. I dette tilfellet må man være spesielt oppmerksom på feil som kan være forårsaket av dårlig kontakt, for hvilke temperaturfølerne må plasseres unna enhver forstyrrelse av varmestrømmen ved grensesnittene.

5.5 Sikkerhetsdeksel

5.5.1 Pakken som består av testprøven og referanseprøvene skal være innelukket i et beskyttende skall med korrekt sirkulær symmetri. Inneslutningsskallet kan være metall eller keramisk, og dets indre radius bør være slik at r^r A-forholdet er i området 2,0 til 3,5. Inneslutningsskallet må inneholde minst én sikkerhetsvarmer for å regulere temperaturprofilen langs skallet.

5.5.2 Inneslutningen skal utformes og drives slik at overflatetemperaturen enten er isotermisk og tilnærmet lik gjennomsnittstemperaturen til prøven, eller har en tilnærmet lineær profil som er konsistent i øvre og nedre ende av inneslutningen med de tilsvarende posisjonene langs siden av pakken. I hvert tilfelle må det installeres minst tre temperatursensorer på inneslutningsskallet på forhåndskoordinerte punkter (se figur 2) for å måle temperaturprofilen.

5.6 Måleutstyr

5.6.1 Kombinasjonen av temperatursensor og måleinstrument som brukes til å måle sensoreffekten skal være tilstrekkelig til å gi en temperaturmålenøyaktighet på ±0,04 K og en absolutt feil på mindre enn ±0,5 %.

5.6.2 Måleutstyret for denne metoden skal holde den nødvendige temperaturen og måle alle tilhørende utgangsspenninger med en nøyaktighet som står i forhold til nøyaktigheten til temperaturmålingen. temperatursensorer.

6 Forberedelse til testing

6.1 Krav til prøveprøver

6.1.1 Testprøver undersøkt ved bruk av denne metoden er ikke begrenset til godteri-geometri. Det er mest å foretrekke å bruke sylindriske eller prismatiske prøver. Konduktivitetsområdene til testprøven og referanseprøvene skal være identiske med innenfor 1 % og eventuell arealforskjell må tas i betraktning ved beregning av resultatet. For en sylindrisk konfigurasjon skal radiene til testprøven og referanseprøvene være konsistente med innenfor ± 1 %. og radiusen til testprøven r A bør være slik at r B fr A varierer fra 2,0 til 3,5. Hver flat overflate av test- og referanseprøvene må være flat med en overflateruhet på ikke mer enn R a 32 i samsvar med GOST 2789. og normalene til hver overflate må være parallelle med prøvens akse med en nøyaktighet på ± 10 min.

MERK I noen tilfeller er dette kravet ikke nødvendig. For eksempel kan noen instrumenter bestå av referanseprøver og testprøver med høye > verdier. m og >. s. hvor feil på grunn av varmetap er ubetydelige for lange strekninger. Slike seksjoner kan være av tilstrekkelig lengde til å tillate

GOST R 57967-2017

som monterer temperaturfølere i tilstrekkelig avstand fra kontaktpunktene, for derved å sikre jevn varmestrøm. Lengden på prøvestykket bør velges basert på informasjon om radius og varmeledningsevne. Når). og høyere enn termisk ledningsevne av rustfritt stål, lange prøvestykker med en lengde på 0g A » 1 kan brukes Slike lange prøvestykker tillater bruk av store avstander mellom temperaturfølere, og dette reduserer feilen som følge av unøyaktighet i sensorens plassering. Når). m lavere enn varmeledningsevnen til rustfritt stål, må lengden på prøvestykket reduseres siden målefeilen på grunn av varmetap blir for stor.

6.1.2 Med mindre annet er angitt i forskriftsdokument eller teknisk dokumentasjon på materialet. En testprøve brukes til testing.

6.2 Utstyrsoppsett

6.2.1 Kalibrering og verifisering av utstyr utføres i følgende tilfeller:

Etter montering av utstyret:

Hvis forholdet mellom X m og X s er mindre enn 0,3. eller mer enn 3. og det er ikke mulig å velge termiske konduktivitetsverdier;

Hvis formen på testprøven er kompleks eller testprøven er liten:

Hvis det er gjort endringer i de geometriske parametrene til målecellen til enheten;

Dersom det er besluttet å bruke andre referansematerialer eller isolasjonsmaterialer enn de som er angitt i avsnitt 6.3 og 6.4:

Dersom utstyret tidligere har fungert tilstrekkelig høy temperatur, som kan endre egenskapene til komponenter, som f.eks. for eksempel følsomheten til et termoelement.

6.2.2 Disse kontrollene må utføres ved å sammenligne minst to referansematerialer som følger:

Velg et referansemateriale hvis varmeledningsevne er nærmest den forventede varmeledningsevnen til testprøven:

Den termiske ledningsevnen X til et prøvestykke laget av et referansemateriale måles ved å bruke referansestykker laget av et annet referansemateriale som har en X-verdi nærmest den til prøvestykket. For eksempel kan testen utføres på en glassglassprøve. ved bruk av referanseprøver laget av rustfritt stål. Hvis den målte varmeledningsevnen til en prøve ikke stemmer overens med verdien i tabell 1 etter påføring av en varmeoverføringskorreksjon, må feilkildene identifiseres.

7 Testing

7.1 Velg referanseprøver slik at deres varmeledningsevne er av samme størrelsesorden som forventet for testprøven. Etter å ha utstyrt de nødvendige referanseprøvene med temperatursensorer og installert dem i målecellen, er testprøven utstyrt med lignende midler. Testprøven settes inn i posen slik at den passer mellom referanseprøvene og er i kontakt med tilstøtende referanseprøver i minst 99 % av hvert overflateareal. For å redusere overflatemotstanden kan myk folie eller andre kontaktmedier brukes. Hvis målecellen må beskyttes mot oksidasjon under testing, eller hvis målingen krever et spesifikt gass- eller gasstrykk for å kontrollere X/t, fylles og spyles målecellen med arbeidsgass med stille inn trykk. For å belaste stabelen, bør kraften som er nødvendig for å redusere effekten av ujevn termisk motstand ved grensesnittet brukes.

7.2 Slå på øvre og nedre varmere i begge ender av pakken og juster til. mens temperaturforskjellen mellom punkt 2 og Zj. Z3 og Z4. og Z s og 2^ vil ikke være mer enn 200 ganger temperatursensorfeilen, men ikke mer enn 30 K. og testprøven vil ikke ha den gjennomsnittlige temperaturen som kreves for målingen. På tross av. at nøyaktig temperaturprofil langs det beskyttende skallet ikke er nødvendig for 3. Effekten til sikkerhetsvarmerne justeres til temperaturprofilen langs skallet T g)