<<
>>

23.2. Метод определения коэффициента теплопроводности

Метод основан на равенстве количества тепла, проходящего через исследуемый образец и эталон при идентичности геометрических размеров в направлении прохождения тепла в стационарном режиме.

Методика регламентирована ГОСТ 25499-82 «Породы горные. Метод определения коэффициента теплопроводности». Измерения проводят в интервале температур 30-50°С при нормальных внешних условиях: относительная влажность воздуха 65%, температура окружающей среды 20°С, атмосферное давление 1013 гПа.

Практически метод сводится к определению мощности, вводимой в образец, и разности температур на границах образца. Для уменьшения погрешности измерения, вызываемой трудностью учёта потерь мощности от нагревателя, в процессе эксперимента при одинаковых условиях нагрева анализируется изменение температуры как образца, так и эталона.

Образцы для испытаний и эталон должны быть изготовлены в виде плоскопараллельных дисков диаметром от 40 до 50 мм и толщиной от 4 до 5 мм или квадратов со стороной от 40 до 50 мм и толщиной от 4 до 5 мм. Нормализацию и кондиционирование используемых образцов проводят для достижения ими воздушно-сухого состояния. Для этого образцы высушивают в термостате до постоянной массы при температуре 105-110°С, охлаждают в эксикаторе и выдерживают в воздушной среде с влажностью 40-60% в течение 24 ч.

Схема установки для определения коэффициента теплопроводности показана на рис. 23.3.

Рисунок 23.3. Схема установки для определения коэффициента теплопроводности:

1 - нагреватель; 2 - исследуемый образец; 3 - мерная прокладка; 4 - эталон; 5 - теплоизоляционные прокладки; 6 - калориметр; 7 - дифференциальные термопары; 8 - переключатель; 9 - микровольт-метр; 10 - теплоизоляционный экран

Для сохранения ненарушенности эталона и образца при размещении спая дифференциальной термопары между ними помещают тонкую медную прокладку толщиной 2,0 мм.

В нагревателе, калориметре и медной прокладке для установки спаев дифференциальных термопар высверливают отверстия диаметром 1,5 мм и глубиной в половину их поперечных размеров на минимальном расстоянии от рабочих поверхностей, контактирующих с образцом и эталоном. Для создания теплового потока через исследуемый образец и эталон используют теплосодержание нагревателя, представляющего собой массивный алюминиевый цилиндр, который предварительно помещают в термостат и нагревают в нем в течение 1 ч до 60-80°С.

Испытания проводят в следующем порядке. Сначала измеряют толщину эталона и исследуемого образца с погрешностью не более 0,1 мм. Нагреватель извлекают из термостата и помещают его в теплоизоляционный экран. На нагреватель в центре помещают эталонный образец, затем медную прокладку, исследуемый образец и сверху устанавливают калориметр, находящийся при температуре окружающей среды. Жестко устанавливают в высверленных отверстиях нагревателя, медной прокладки и калориметра две дифференциальные термопары, измеряющие разность температур между нагревателем, медной прокладкой и калориметром. Соединяют дифференциальные термопары через переключатель с микровольтметром.

Вследствие разности температур между нагревателем и калориметром образуется тепловой поток, проходящий через систему нагреватель-эталон-прокладка-образец-калориметр. Ввиду большой массы, а следовательно, значительной полной теплоёмкости нагревателя и калориметра их температуру в течение опыта следует считать постоянной. Включают в сеть микровольтметр. В дальнейшем с помощью микровольтметра отмечают момент, когда показания обеих термопар становятся постоянными, что соответствует установлению стационарного теплового режима. Фиксируют показания обеих термопар.

Коэффициент теплопроводности образца (λо) в Вт/(м ? К) вычисляют по формуле:

λо = λэ ? (ho/hэ) ? (ΔТэ/ΔТо), (23.5)

где hо и hэ – толщина исследуемого образца и эталона, мм;

ΔТо и ΔТэ – перепады температур внутри эталона и образца, К.

Перепады температур внутри эталона и образца вычисляют по формулам:

ΔТэ = ΔТн-м - ΔТкон1; ΔТо = ΔТм-к - ΔТкон2, (23.6)

где ΔТн-м – показания дифференциальных термопар, указывающих перепады температуры между нагревателем и медной прокладкой, К;

ΔТм-к – показания дифференциальных термопар, указывающих перепады температуры между медной прокладкой и калориметром, К;

ΔТкон1 – перепады температур на контактах нагреватель-эталон и эталон-медь, К;

ΔТкон2 – перепады температур на контактах медь-образец и образец-калориметр, К.

Считают, что перепады температур на контактах не зависят от материала соприкасающихся поверхностей, следовательно,

ΔТкон1 = ΔТкон2 = ΔТкон.

Значение ΔТкон определяют при проведении вспомогательного эксперимента по аналогичной схеме, но вместо эталона и исследуемого образца берут два одинаковых образца исследуемого материала с различной толщиной. Значение ΔТкон вычисляют по формуле:

ΔТкон = (h2 · ΔТн-м - h1 · ΔТм-к)/(h2 - h1), (23.7)

где h1 и h2 – толщина образцов исследуемого материала, м.

Погрешность определения коэффициента теплопроводности не должна превышать 10-12%.

<< | >>
Источник: Самойлик В.Г.. Классификация твёрдых горючих ископаемых и методы их исследований: [монография] / В.Г. Самойлик. – Харьков: Водный спектр Джи-Ем-Пи,2016. – 308 с.. 2016

Еще по теме 23.2. Метод определения коэффициента теплопроводности:

  1. 2.5.1 Погрешности определения коэффициента избытка воздуха а, массовой доли добавляемого водорода в топливе
  2. ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Погрешности определения коэффициента избытка воздуха и массовой доли водорода в ТВС
  3. 3.2. Метод изоморфных коэффициентов
  4. 5. МОДЕЛИ И МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДОГОВОРА
  5. Методы определения абсолютных порогов чувствительности
  6. Методы определения разностного порога
  7. 13. Распределительный метод определения ВВП
  8. ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКОНОМИЧЕСКИХ показателей при проектировании
  9. Маргинальный метод определения затрат
  10. 22.3.1. Определение коэффициента размолоспособности по ВТИ
  11. 22.3.2. Определение коэффициента размолоспособности по Хардгрову
  12. К теплофизическим свойствам твёрдых горючих ископаемых обычно относят удельную теплоёмкость, коэффициенты теплопроводности и температуропроводности, коэффициент теплового расширения, а также теплоту сгорания.
  13. 23.1. Метод определения удельной теплоёмкости и коэффициента температуропроводности
  14. 23.2. Метод определения коэффициента теплопроводности
  15. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ УРАВНЕНИЯ РОСТА БЕРТАЛАНФИ ПРИ ОТСУТСТВИИ РЕГУЛЯРНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
  16. 3.4.2 Определение коэффициента неоднородности получаемой смеси.
  17. Определение коэффициента температуропроводности динамическим методом
  18. 1.2 Методы определения коэффициента тепловой диффузии
  19. Определение коэффициента тепловой диффузии сегнетоэлектрических пленочных материалов на основе керамики ЦТС