ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Методы определения тепло- и температуропроводности из "Теплофизика твердого топлива" Благодаря своей простоте стационарные методы все еще имеют значительное распространение, несмотря на целый ряд свойственных им недостатков. [c.66] Формулы (1У.7) — (IV.9) выведены для одномерного теплового потока. Поэтому достоверность результатов зависит от того, в какой степени это допущение справедливо в каждом конкретном случае. Для приближения к одномерному тепловому потоку поперечные размеры образца стремятся выбирать значительно меньшими, чем продольные (отношение не менее 1 10). Часто для предотвращения утечек тепла, искажающих температурное поле, а также для того, чтобы иметь возможность определять мощность теплового потока по электрической мощности иагревателя, образцы и нагреватели окружают так называемыми охранными ириспособлениями с отдельными нагревателями. Их температура поддерживается равной температуре основного нагревателя. [c.67] На рис. 14 изображена схе ма установки, примененной М. Вике и В. Петерсом [29], для определения теплопроводности монолитных образцов углей и коксов в интервале температур 50—200° С. [c.67] Отличительной особенностью рассматриваемого метода является применение масляной смазки для улучшения теплового контакта между пластинами и поверхностью образца. Так как, проникая на некоторую глубину в испытуемый материал, масло изменяет теплопроводность его на этом участке, такой прием требует специальных опытов по определению оптимальной толщины образца, при которой этот эффект практически неощутим. [c.68] Описанный метод является абсолютным, так как не требует применения какого-либо эталона. На практике часто применяются также сравнительные стационарные методы, позволяющие исключить определение теплового потока. [c.68] Аппаратурное оформление сравнительных стационарных методов, как правило, проще. Недостатком их является необходимость обеспечения надежного теплового контакта по большему числу поверхностей. [c.69] Известно, что тело, Ихмевшее до начала опыта произвольное распределение температуры, будучи погруженным в среду с постоянной температурой, через некоторое время начнет нагреваться или охлаждаться таким образом, что относительное изменение температуры в любой его точке не будет зависеть от времени и координат, а будет определяться только коэффициентом температуропроводности и условиями теплообмена со средой. Такой режим называется регулярным и во времени является переходным между предшествующим чисто нестационарным и последующим стационарным режимами. [c.69] В общем случае величина .м, входящая в расчетную формулу (IV.12), зависит от формы тела и критерия Био (Bi = = ак/К). Чтобы обойти связанные с этим затруднения, образцам придают простые геометрические формы и принимают меры для возможного увеличения коэффициента теплоотдачи так, чтобы Bi- oo. Практически это достигается, например, погружением образца в циркулирующую жидкость. [c.70] В настоящее время известно несколько вариантов дметода, позволяющих определить коэффициенты температуро- и теплопроводности, а также оба эти коэффициента одновременно. [c.70] Опыт состоит в снятии кривой охлаждения (нагревания) образца Г=/(т), последующем вычерчивании графика 1пГ = /(т) и вычислении для прямолинейного участка, отвечающего регулярному режиму, темпа охлаждения (нагревания) и коэффициента температуропроводности [формулы (1У.14) —(1У.16]. [c.71] Из сказанного выше ясно, что методическая ошибка определения температуропроводности в а-калориметре зависит главным образом от того, как выполняется условие В1 оо (рис. 15). Немалое влияние на результаты определений оказывают также термические сопротивления между оболочкой и образцом [47]. [c.71] Определение коэффициента теплопроводности по методу регулярного режима более громоздко, так как оно проводится в условиях конечного и небольшого значения критерия Био, поэтому необходимо определение коэффициента теплоотдачи. Теория и методика таких измерений подробно изложены в литературе [39, 47] и здесь не рассмотрены, так как из-за сложности метод имеет ограниченное распространение. [c.71] Главным достоинством рассматриваемых методов является возможность определения температурной зависимости коэффициента темлературопроводности в широком температурном интервале. [c.71] Если тело, имеющее произвольное начальное распределение температуры, поместить в среду, температура которой линейно возрастает во времени, то через некоторое время после начала опыта температура тела во всех его точках (сначала на периферии, а затем и в центре) станет изменяться по тому же закону. При этом в теле формируется стационарное или близкое к таковому поле градиента температуры, зависящее от формы тела, скорости нагрева и теплофизических свойств материала. Квазистационарный режим может быть создан как при линейном изменении температуры среды или поверхности тела (последнее предпочтительнее), так и при постоянном тепловом потоке через поверхность. [c.71] Температурное поле в образцах конечных размеров тем сильнее отличается от одномерного температурного поля, чем меньше отношение к = для цилиндра и чем оно выше для пластины. В связи с этим возникает вопрос об оптимальном соотношении геометрических размеров образца, позволяющем с достаточной точностью оперировать одномерными зависимостями, из которых получены расчетные формулы (1У.17) — (1У.19). [c.72] Зависимость коэффициента Е от параметра к приведена в табл. 1У.2. [c.72] При к = 2 для цилиндра н = /4 для диска погрешность, вызванная неодномерностью температурного поля, становится пренебрежимо малой (см. табл. 1 /. 2). [c.72] Известно, что теплофизические свойства всех твердых тел изменяются с ростом температуры. Поэтому даже при безукоризненном соблюдении линейного закона разогрева на поверхности образца скорость подъема температуры в его центральной области непрерывно изменяется. Это особенно заметно при широкотемпературных измерениях. Строго говоря, квазистационарный режим при этом нарушается, так как градиент температуры изменяется во времени и по объему образца. Тем не менее, формулы (IV.20) и (IV.21) можно применить без существенной погрешности, если рабочую диаграмму опыта разделить на отдельные участки, в пределах которых коэффициент температуропроводности остается практически постоянным. [c.73] По этой же причине скорость нагрева должна выбираться такой, чтобы при фиксированных координатах Г и температурный перепад АТ не превышал некоторой предельной наперед заданной величины. Так, например, для углей и других твердых горючих ископаемых предельным можно считать перепад, равный 8—10° С. Общее правило состоит в том, что перепад АТ следует поддерживать настолько малым, насколько это позволяет регистрирующая аппаратура. [c.73] Вернуться к основной статье