1

Didėjant savitajai vidaus degimo variklių galiai, didėja šilumos kiekis, kuris turi būti pašalintas iš šildomų blokų ir dalių. Šiuolaikinių aušinimo sistemų efektyvumas ir būdas padidinti šilumos perdavimo intensyvumą jau beveik pasiekė savo ribą. Šio darbo tikslas – ištirti inovatyvius aušinimo skysčius šilumos ir energijos įrenginių aušinimo sistemoms, pagrįstoms dvifazėmis sistemomis, susidedančiomis iš bazinės terpės (vandens) ir nanodalelių. Nagrinėjamas vienas iš skysčio šilumos laidumo matavimo metodų, vadinamas 3ω-karšta viela. Pateikiami nanofluido šilumos laidumo koeficiento matavimo grafeno oksido pagrindu esant įvairioms pastarojo koncentracijoms rezultatai. Nustatyta, kad panaudojus 1,25 % grafeno, nanoskysčio šilumos laidumo koeficientas padidėjo 70 %.

šilumos laidumas

šilumos laidumo koeficientas

grafeno oksidas

nanofluidas

vėsinimo sistema

bandymų stendas

1. Osipova V.A. Eksperimentinis šilumos perdavimo procesų tyrimas: vadovėlis. vadovas universitetams. - 3 leidimas, kun. ir pridėkite. - M .: Energija, 1979 .-- 320 p.

2. Šilumos perdavimas / V.P. Isachenko, V.A. Osipova, A.S. Sukomel - M .: Energija, 1975 .-- 488 p.

3. Anomaliai padidėjęs efektyvusis šilumos laidumas etilenglikolio pagrindu pagamintų nanoskysčių, turinčių vario nanodalelių / J.A. Eastman, S.U.S. Choi, S. Li, W. Yu, L. J. Thompson Appl. Fizik. Lett. 78 718; 2001 m.

4. Šilumos laidumo matavimai naudojant 3-Omega techniką: taikymas elektros energijos tiekimo mikrosistemoms / David de Koninck; Inžinerijos magistro baigiamasis darbas, McGill universitetas, Monrealis, Kanada, 2008 .-- 106 p.

5. Šilumos laidumo matavimas / W.A. Wakeham, M.J. Assael 1999, CRC Press LLC.

Yra žinoma, kad šiuolaikinėms tendencijoms didinti vidaus degimo variklių savitąją galią, taip pat didėjant greičiui ir mažesniems dydžiams mikroelektroniniams prietaisams, šilumos kiekis, kurį būtina pašalinti iš šildomų mazgų ir dalių, nuolat didėja. Įvairių šilumos perdavimo skysčių naudojimas šilumai išsklaidyti yra vienas iš labiausiai paplitusių ir efektyviausių būdų. Šiuolaikinės konstrukcijos aušinimo įrenginių efektyvumas, taip pat įprastas šilumos perdavimo intensyvumo didinimo būdas, praktiškai pasiekė savo ribą. Yra žinoma, kad įprasti aušinimo skysčiai (vanduo, alyvos, glikoliai, fluorangliavandeniliai) turi gana mažą šilumos laidumą (1 lentelė), o tai yra ribojantis veiksnys šiuolaikinėse aušinimo sistemų konstrukcijose. Jų šilumos laidumui padidinti galima sukurti daugiafazę (bent dvifazę) dispersinę terpę, kurioje dispersijos vaidmenį atlieka dalelės, kurių šilumos laidumo koeficientas yra žymiai didesnis nei bazinio skysčio. Maxwellas 1881 m. pasiūlė į pagrindinį šilumos perdavimo aušinimo skystį pridėti didelio šilumos laidumo kietųjų dalelių.

Idėja yra maišyti metalines medžiagas, tokias kaip sidabras, varis, geležis, ir nemetalines medžiagas, tokias kaip aliuminio oksidas, CuO, SiC ir anglies vamzdžius, kurių šilumos laidumas yra didesnis nei bazinio šilumos perdavimo skysčio su mažesniu šilumos laidumo koeficientu. . Iš pradžių mikronų ir net milimetro dydžio kietos dalelės (pavyzdžiui, sidabro, vario, geležies, anglies vamzdeliai, kurių šilumos laidumas didesnis nei bazinio skysčio) buvo maišomos su baziniais skysčiais, kad gautų suspensijas. Gana didelis naudojamų dalelių dydis ir sunkumai gaminant nano dydžio daleles tapo ribojančiais veiksniais naudojant tokias suspensijas. Šią problemą išsprendė Arizonos nacionalinės laboratorijos darbuotojai S. Choi ir J. Eastman, kurie atliko eksperimentus su nanometrinio dydžio metalo dalelėmis. Jie sujungė įvairias metalines nanodaleles ir metalo oksido nanodaleles su įvairiais skysčiais ir gavo labai įdomių rezultatų. Šios nanostruktūrinių medžiagų suspensijos buvo vadinamos „nanofluidais“.

1 lentelė

Medžiagų, skirtų nanofluidams, šilumos laidumo koeficientų palyginimas

Siekdami sukurti šiuolaikiškus inovatyvius aušinimo skysčius labai pagreitintų šilumos ir galios įrenginių aušinimo sistemoms, svarstėme dvifazes sistemas, susidedančias iš bazinės terpės (vanduo, etilenglikolis, alyva ir kt.) ir nanodalelių, t.y. dalelės, kurių būdingi dydžiai nuo 1 iki 100 nm. Svarbi nanoskysčių savybė yra ta, kad net ir pridėjus nedidelį kiekį nanodalelių, jie žymiai padidina šilumos laidumą (kartais daugiau nei 10 kartų). Be to, nanoskysčio šilumos laidumo padidėjimas priklauso nuo temperatūros – kylant temperatūrai didėja šilumos laidumo koeficientas.

Kuriant tokius nanofluidus, kurie yra dviejų fazių sistema, reikalingas patikimas ir pakankamai tikslus šilumos laidumo koeficiento matavimo metodas.

Mes apsvarstėme įvairius skysčių šilumos laidumo koeficiento matavimo metodus. Analizės rezultatas buvo pasirinktas „3ω-wire“ metodas, leidžiantis pakankamai tiksliai išmatuoti nanoskysčių šilumos laidumą.

„3ω-wire“ metodas naudojamas vienu metu matuoti medžiagų šilumos laidumą ir šiluminį difuziškumą. Jis pagrįstas temperatūros kilimo, kaip laiko funkcijos, matavimu šilumos šaltinyje, ty karštoje laidoje, kuri panardinama į skystį bandymui. Metalinė viela vienu metu tarnauja kaip elektrinis varžos šildytuvas ir varžos termometras. Metalinės vielos gaminamos itin mažo skersmens (kelių dešimčių mikronų). Laido temperatūros kilimas paprastai siekia 10 ° C, o konvekcijos poveikis yra nereikšmingas.

Metalinė L ilgio ir spindulio r viela, pakabinta skystyje, veikia kaip šildytuvas ir varžos termometras, kaip parodyta Fig. 1.

Ryžiai. 1. Skysčio šilumos laidumo matavimo metodo "3ω karšto laido" įrengimo schema

Šilumos laidumo koeficiento nustatymo metodo esmė yra tokia. Metaliniu laidu (šildytuvu) teka kintamoji srovė. Kintamosios srovės charakteristika nustatoma pagal lygtį

čia I 0 - kintamos sinusinės srovės amplitudė; ω - srovės dažnis; t laikas.

Kintamoji srovė teka per laidą, veikdama kaip šildytuvas. Pagal Džaulio-Lenco dėsnį nustatomas šilumos kiekis, išsiskiriantis elektros srovei tekant laidininku:

ir yra nuolatinės srovės šaltinio ir 2ω moduliuoto šilumos šaltinio superpozicija,

kur R E yra metalinės vielos elektrinė varža eksperimentinėmis sąlygomis ir yra temperatūros funkcija.

Išleidžiama šiluminė galia sukelia temperatūros pokytį šildytuve, kuris taip pat yra nuolatinės srovės komponento ir AC 2ω komponento superpozicija:

čia ΔT DC – temperatūros pokyčio, veikiant nuolatinei srovei, amplitudė; ΔT 2ω - temperatūros pokyčio amplitudė veikiant kintamajai srovei; φ yra fazės poslinkis, sukeltas kaitinant mėginio masę.

Laido elektrinė varža priklauso nuo temperatūros ir tai yra 2ω kintamosios srovės komponentas laido varžoje:

čia C rt – metalinės vielos atsparumo temperatūros koeficientas; R E0 - atskaitos šildytuvo varža esant temperatūrai T 0.

Paprastai T 0 yra jungtinio mėginio temperatūra.

Metalinės vielos įtampą galima gauti kaip:

(6)

(6) lygtyje laido įtampą sudaro: įtampos kritimas dėl laido nuolatinės srovės varžos esant 1ω ir du nauji komponentai, proporcingi laido temperatūros kilimui ties 3ω ir 1ω. 3ω įtampos komponentas gali būti išgaunamas stiprintuvu ir tada naudojamas temperatūros pokyčio amplitudei išvesti esant 2ω:

Temperatūros pokyčio ΔT 2ω priklausomybė nuo dažnio gauta pakeitus kintamosios srovės dažnį esant pastoviai įtampai V 1ω. Tuo pačiu metu temperatūros pokyčio ΔT 2ω priklausomybė nuo dažnio gali būti apytikslė kaip

čia α f yra šiluminės difuzijos koeficientas; k f - bazinio skysčio šilumos laidumo koeficientas; η yra konstanta.

Temperatūros pokytis esant 2ω dažniui metalinėje vieloje gali būti nustatytas naudojant 3ω dažnio įtampos komponentą, kaip parodyta (8) lygtyje. Skysčio šilumos laidumo koeficientas k f nustatomas pagal metalinės vielos temperatūros pokyčio nuolydį 2ω dažnio ω atžvilgiu,

(9)

čia P yra taikoma galia; ω – tiekiamos elektros srovės dažnis; L yra metalinės vielos ilgis; ΔT 2ω yra temperatūros pokyčio amplitudė, kai dažnis yra 2ω metalinėje vieloje.

3ω vielos metodas turi keletą pranašumų, palyginti su tradiciniu karštos vielos metodu:

1) temperatūros svyravimai gali būti pakankamai maži (žemiau 1K, palyginti su maždaug 5K karštos vielos metodu), kad skysčio savybės išliktų pastovios;

2) foniniai triukšmai, tokie kaip temperatūros pokyčiai, turi daug mažesnę įtaką matavimo rezultatams.

Dėl šių privalumų šis metodas idealiai tinka matuojant nanofluidų šilumos laidumo koeficiento priklausomybę nuo temperatūros.

Šilumos laidumo koeficiento matavimo įrenginį sudaro šie komponentai: Winston tiltas; signalų generatorius; spektro analizatorius; osciloskopas.

Vinstono tiltas yra grandinė, naudojama palyginti nežinomą varžą R x su žinoma varža R 0. Tilto schema parodyta fig. 2. Keturios Vinstono tilto atšakos AB, BC, AD ir DS atitinkamai reiškia varžas Rx, R0, R1 ir R2. Prie VD įstrižainės prijungtas galvanometras, o prie kintamosios srovės įstrižainės – maitinimo šaltinis.

Jei kintamų varžų R1 ir R2 reikšmės yra tinkamai parinktos, tai galima pasiekti taškų B ir D potencialų lygybę: φ B = φ D. Tokiu atveju srovė netekės per galvanometras, tai yra, I g = 0. Esant tokioms sąlygoms, tiltas bus subalansuotas, ir jūs galite rasti nežinomą varžą Rx. Norėdami tai padaryti, naudosime Kirchhoff taisykles šakotoms grandinėms. Taikydami pirmąją ir antrąją Kirchhoff taisykles gauname

R x = R 0 R 1 / R 2.

Tikslumas nustatant R x šiuo metodu labai priklauso nuo varžų R 1 ir R 2 pasirinkimo. Didžiausias tikslumas pasiekiamas, kai R 1 ≈ R 2.

Signalo generatorius veikia kaip elektrinių virpesių šaltinis 0,01 Hz - 2 MHz diapazone su dideliu tikslumu (su 0,01 Hz skiriamąja geba). Signalo generatoriaus prekės ženklas G3-110.

Ryžiai. 2. Vinstono tilto schema

Spektro analizatorius skirtas išskirti 3ω spektro komponentą. Prieš pradedant darbą, spektro analizatorius buvo patikrintas, ar jis atitinka trečiosios harmonikos įtampos vertę. Tam signalas iš G3-110 generatoriaus tiekiamas į spektro analizatoriaus įvestį ir lygiagrečiai į plačiajuostį skaitmeninį voltmetrą. Efektyvioji įtampos amplitudės vertė buvo palyginta naudojant spektro analizatorių ir voltmetrą. Neatitikimas tarp reikšmių buvo 2%. Spektro analizatorius taip pat buvo kalibruotas atliekant vidinį prietaiso testą esant 10 kHz. Signalo dydis nešlio dažniu buvo 80 mV.

Osciloskopas C1-114 / 1 skirtas elektrinių signalų formai tirti.

Prieš pradedant bandymą, šildytuvas (laidas) turi būti įdėtas į tiriamojo skysčio mėginį. Viela neturi liesti indo sienelių. Be to, skenavimas buvo atliktas dažniu nuo 100 iki 1600 Hz. Spektro analizatoriuje tiriamu dažniu automatiniu režimu registruojama 1, 2, 3 harmonikų signalo reikšmė.

Srovės amplitudei matuoti grandinėje buvo nuosekliai naudojamas rezistorius, kurio varža ~ 0,47 Ohm. Reikšmė turi būti tokia, kad ji neviršytų 1 omo matavimo peties nominalo. Osciloskopu radome įtampą U. Žinodami R ir U, radome srovės I 0 amplitudę. Norint apskaičiuoti taikomą galią, matuojama grandinės įtampa.

Pirmiausia išnagrinėjamas platus dažnių diapazonas. Siauresnis dažnių diapazonas nustatomas ten, kur didžiausias grafiko tiesiškumas. Tada pasirinktame dažnių diapazone atliekamas matavimas mažesniu dažnio žingsniu.

Lentelė 2 pavaizduoti nanoskysčio, kuris yra 0,35 % grafeno oksido suspensija baziniame skystyje (vandenyje), šilumos laidumo koeficiento matavimo rezultatai, naudojant izoliuotą 19 cm ilgio, 100 μm skersmens varinę vielą, esant 26 laipsnių temperatūrai. ° C 780 ... 840 Hz dažnių diapazonui.

Fig. 3 parodytas bendras stendo, skirto skysčio šilumos laidumo koeficientui matuoti, vaizdas.

Lentelė 3 parodyta grafeno oksido suspensijos šilumos laidumo koeficiento priklausomybė nuo jo koncentracijos skystyje 26 ° C temperatūroje. Nanofluido šilumos laidumo koeficientų matavimai atlikti esant įvairioms grafeno oksido koncentracijoms nuo 0 iki 1,25%.

2 lentelė

Nanofluido šilumos laidumo koeficiento matavimo rezultatai

dažnių diapazonas	Apvalus dažnis	Srovės stiprumas	Trečiosios harmonikos įtampos amplitudė	Temperatūros pokytis	Apvalaus dažnio logaritmas	Galia	Diagramos nuolydis	Šilumos laidumo koeficientas

Ryžiai. 3. Skysčio šilumos laidumo koeficiento matavimo stendo bendras vaizdas

Lentelė 3 taip pat parodytos šilumos laidumo koeficientų vertės, nustatytos pagal Maxwell formulę.

(10)

čia k – nanoskysčio šilumos laidumo koeficientas; k f - bazinio skysčio šilumos laidumo koeficientas; k p - dispersinės fazės (nanodalelių) šilumos laidumo koeficientas; φ yra kiekvienos dispersijos fazės tūrinės fazės reikšmė.

3 lentelė

Grafeno oksido suspensijos šilumos laidumo koeficientas

Šilumos laidumo koeficientų santykis k exp / k theor ir k exp / k tab. vanduo parodytas fig. 4.

Tokie eksperimentinių duomenų nukrypimai nuo klasikinės Maksvelio lygties numatytų, mūsų nuomone, gali būti siejami su fiziniais nanofluido šilumos laidumo didinimo mechanizmais, būtent:

Dėl dalelių Brauno judėjimo; maišant skystį sukuriamas mikrokonvekcinis efektas, taip padidinant šilumos perdavimo energiją;

Šilumos perdavimas perkoliacijos mechanizmu, daugiausia išilgai klasterių kanalų, susidariusių dėl nanodalelių aglomeracijos, prasiskverbiančių per visą tirpiklio (įprasto skysčio) struktūrą;

Bazinės skysčio molekulės aplink nanodaleles sudaro labai orientuotus sluoksnius, taip padidindamos nanodalelių tūrio dalį.

Ryžiai. 4. Šilumos laidumo koeficientų santykio priklausomybė nuo grafeno oksido koncentracijos

Darbas atliktas pasitelkus Mokslinės įrangos kolektyvinio naudojimo centro „Mikro- ir nanostruktūrų diagnostika“ įrangą, finansiškai remiant Rusijos Federacijos švietimo ir mokslo ministerijai.

Recenzentai:

Eparkhin OM, technikos mokslų daktaras, profesorius, Maskvos valstybinio transporto universiteto Jaroslavlio filialo direktorius, Jaroslavlis;

Amirovas II, fizinių ir matematikos mokslų daktaras, Rusijos mokslų akademijos federalinės valstybinės biudžetinės mokslo įstaigos „Fizikos ir technologijų institutas“ Jaroslavlio skyriaus tyrėjas, Jaroslavlis.

Darbas gautas 2014-07-28.

Bibliografinė nuoroda

Žarovas A.V., Savinskis N.G., Pavlovas A.A., Evdokimovas A.N. EKSPERIMENTAS NANOSKYSČIO ŠILUMINIO LAIDUMO MATAVIMO METODAS // Fundamentalus tyrimas. - 2014. - Nr.8-6. - S. 1345-1350;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=34766 (prisijungimo data: 2020-02-01). Atkreipiame jūsų dėmesį į „Gamtos mokslų akademijos“ leidžiamus žurnalus

Remiantis federalinio įstatymo Nr. 261-FZ „Dėl energijos taupymo“ reikalavimais, pastatų ir šilumą izoliuojančių medžiagų šilumos laidumo reikalavimai Rusijoje buvo sugriežtinti. Šiandien šilumos laidumo matavimas yra vienas iš privalomų punktų sprendžiant, ar naudoti medžiagą kaip šilumos izoliatorių.

Kodėl statybose būtina matuoti šilumos laidumą?

Statybinių ir šilumą izoliuojančių medžiagų šilumos laidumo kontrolė atliekama visuose jų sertifikavimo ir gamybos etapuose laboratorinėmis sąlygomis, kai medžiagas veikia įvairūs veiksniai, turintys įtakos jų eksploatacinėms savybėms. Yra keletas bendrų šilumos laidumo matavimo metodų. Norint tiksliai laboratoriškai tirti medžiagas, kurių šilumos laidumas yra mažesnis (mažesnis nei 0,04 - 0,05 W / m * K), rekomenduojama naudoti prietaisus, naudojant stacionarų šilumos srauto metodą. Jų naudojimą reglamentuoja GOST 7076.

Įmonė Interpribor siūlo šilumos laidumo matuoklį, kurio kaina palankiai palyginama su rinkoje esančiais ir atitinka visus šiuolaikinius reikalavimus. Jis skirtas laboratorinei statybinių ir šilumą izoliuojančių medžiagų kokybės kontrolei.

Šilumos laidumo matuoklio ITS-1 privalumai

Šilumos laidumo matuoklis ITS-1 yra originalaus monobloko dizaino ir pasižymi šiais privalumais:

• automatinis matavimo ciklas;
• didelio tikslumo matavimo kelias, leidžiantis stabilizuoti šaldytuvo ir šildytuvo temperatūrą;
• galimybė kalibruoti įrenginį tam tikroms tiriamų medžiagų rūšims, o tai papildomai padidina rezultatų tikslumą;
• aiškus rezultato įvertinimas matavimų metu;
• optimizuota „karšta“ apsaugos zona;
• informatyvus grafinis ekranas, kuris supaprastina matavimo rezultatų valdymą ir analizę.

ITS-1 tiekiamas viena bazine modifikacija, kuri kliento pageidavimu gali būti papildyta kontroliniais pavyzdžiais (plexiglass ir penopleksas), dėžute biriems medžiagoms ir apsauginiu dėklu įrenginiui laikyti ir transportuoti.

Iki šiol nebuvo sukurta vieninga klasifikacija, kuri būtų siejama su esamų metodų įvairove. Gerai žinomi eksperimentiniai medžiagų šilumos laidumo matavimo metodai skirstomi į dvi dideles grupes: stacionarius ir nestacionarius. Pirmuoju atveju skaičiavimo formulės kokybė naudoja tam tikrus šilumos laidumo lygties sprendinius

esant sąlygai, antroje - esant sąlygai, kai T yra temperatūra; f - laikas; - šiluminės difuzijos koeficientas; l - šilumos laidumo koeficientas; C – savitoji šiluminė talpa; g – medžiagos tankis; - Laplaso operatorius, parašytas atitinkamoje koordinačių sistemoje; - savitoji tūrinio šilumos šaltinio galia.

Pirmoji metodų grupė yra pagrįsta stacionaraus šiluminio režimo naudojimu; antrasis – nestacionarus šiluminis režimas. Stacionarūs šilumos laidumo koeficiento nustatymo metodai pagal matavimų pobūdį yra tiesioginiai (t.y. šilumos laidumo koeficientas nustatomas tiesiogiai) ir skirstomi į absoliučiuosius ir santykinius. Absoliučiais metodais eksperimente išmatuoti parametrai leidžia gauti reikiamą šilumos laidumo koeficiento reikšmę naudojant skaičiavimo formulę. Santykiniuose metoduose eksperimente išmatuoti parametrai leidžia naudojant skaičiavimo formulę gauti norimą šilumos laidumo koeficiento reikšmę. Santykiniuose metoduose išmatuotų parametrų nepakanka absoliučiai vertei apskaičiuoti. Čia galimi du atvejai. Pirmasis yra stebėti šilumos laidumo koeficiento pokytį, palyginti su pradiniu, paimtu kaip vienetą. Antrasis atvejis yra etaloninės medžiagos su žinomomis šiluminėmis savybėmis naudojimas. Šiuo atveju skaičiavimo formulėje naudojamas etalono šilumos laidumo koeficientas. Santykiniai metodai turi tam tikrą pranašumą prieš absoliučius metodus, nes jie yra paprastesni. Tolesnis stacionarių metodų skirstymas gali būti atliekamas pagal kaitinimo pobūdį (išorinis, tūrinis ir kombinuotas) ir pagal temperatūros lauko izotermų formą mėginiuose (plokščias, cilindrines, sferines). Metodų su išoriniu šildymu pogrupis apima visus metodus, kuriuose naudojami išoriniai (elektriniai, tūriniai ir kt.) šildytuvai ir bandinio paviršiai šildomi šilumine spinduliuote arba elektroniniu bombardavimu. Metodų su tūriniu kaitinimu pogrupis vienija visus metodus, kuriuose naudojamas kaitinimas srove, praeinančia per mėginį, kaitinant tiriamą mėginį nuo neutronų ar r spinduliuotės arba mikrobangų srovėmis. Kombinuoto šildymo metodų pogrupis gali apimti metodus, kurie vienu metu naudoja išorinį ir tūrinį mėginių kaitinimą arba tarpinį kaitinimą (pavyzdžiui, aukšto dažnio srovėmis).

Visuose trijuose stacionarių metodų pogrupiuose temperatūros laukas

gali būti kitoks.

Plokštumos izotermos susidaro, kai šilumos srautas nukreipiamas išilgai bandinio simetrijos ašies. Metodai, kuriuose naudojamos plokščiosios izotermos, literatūroje vadinami ašinio arba išilginio šilumos srauto metodais, o patys eksperimentiniai įrenginiai vadinami plokščiaisiais įrenginiais.

Cilindrinės izotermos atitinka šilumos srauto sklidimą cilindrinio bandinio spindulio kryptimi. Kai šilumos srautas nukreipiamas išilgai sferinio mėginio spindulio, atsiranda sferinės izotermos. Metodai, kuriuose naudojamos tokios izotermos, vadinami sferiniais, o įrenginiai – sferiniais.

Fizikiniai analizės metodai yra pagrįsti konkretaus fizinio poveikio arba konkrečios fizikinės medžiagos savybės naudojimu. Dėl dujų analizė naudojimo tankis, klampumas, šilumos laidumas, lūžio rodiklis, magnetinis jautrumas, difuzija, sugertis, emisija, elektromagnetinės spinduliuotės sugertis, taip pat selektyvioji absorbcija, garso greitis, reakcijos terminis poveikis, elektrinis laidumas ir kt. Kai kurios iš šių fizikinių savybių ir reiškiniai atlieka nuolatinę dujų analizę ir leidžia pasiekti aukštą matavimų jautrumą ir tikslumą. Fizinio dydžio ar reiškinio pasirinkimas yra labai svarbus, kad būtų išvengta neišmatuotų komponentų, esančių analizuojamame mišinyje, įtakos. Konkrečių savybių ar efektų panaudojimas leidžia nustatyti pageidaujamo komponento koncentraciją daugiakomponenčiame dujų mišinyje. Griežtai kalbant, nespecifinės fizinės savybės gali būti naudojamos tik dvinarių dujų mišinių analizei. Klampumas, lūžio rodiklis ir difuzija neturi praktinės reikšmės analizuojant dujas.

Šilumos perdavimas tarp dviejų skirtingų temperatūrų taškų vyksta trimis būdais: konvekcija, spinduliuote ir šilumos laidumu. At konvekcijašilumos perdavimas yra susijęs su medžiagos perdavimu (masės perdavimu); šilumos perdavimas radiacija vyksta nedalyvaujant materijai. Šilumos perdavimas šilumos laidumas vyksta dalyvaujant medžiagai, bet be masės perdavimo. Energijos perdavimas vyksta dėl molekulių susidūrimo. Šilumos laidumo koeficientas ( X) priklauso tik nuo šilumą perduodančios medžiagos tipo. Tai specifinė medžiagos savybė.

Šilumos laidumo matmuo CGS sistemoje cal / (s cm K), inžineriniais vienetais - kcalDmch-K), tarptautinėje SI sistemoje - WDm-K). Šių vienetų santykis yra toks: 1 cal / (cm s K) = 360 kcalDm h K) = = 418,68 WDm-K).

Absoliutus šilumos laidumas pereinant iš kietųjų į skystas ir dujines medžiagas skiriasi nuo X = 418,68 WDm-K)] (geriausio šilumos laidininko šilumos laidumas – sidabras) iki X apie 10_6 (mažiausiai laidžių dujų šilumos laidumas).

Didėjant temperatūrai, dujų šilumos laidumas labai padidėja. Kai kurių dujų (GH 4: NH 3) santykinis šilumos laidumas, kylant temperatūrai, smarkiai padidėja, o kai kurių (Ne) mažėja. Pagal kinetinę teoriją dujų šilumos laidumas neturėtų priklausyti nuo slėgio. Tačiau įvairios priežastys lemia tai, kad didėjant slėgiui šilumos laidumas šiek tiek padidėja. Slėgio diapazone nuo atmosferos iki kelių milibarų šilumos laidumas nepriklauso nuo slėgio, nes vidutinis laisvas molekulių kelias didėja mažėjant molekulių skaičiui tūrio vienete. Esant -20 mbar slėgiui laisvas molekulių kelias atitinka matavimo kameros dydį.

Šilumos laidumo matavimas yra seniausias fizikinės dujų analizės metodas. Jis buvo aprašytas 1840 m., ypač A. Schleiermacher (1888-1889) darbuose, o pramonėje naudojamas nuo 1928 m. 1913 m. Siemens sukūrė vandenilio koncentracijos matuoklį dirižabliams. Po to ilgus dešimtmečius labai sėkmingai buvo kuriami šilumos laidumo matavimo prietaisai, kurie buvo plačiai naudojami sparčiai augančioje chemijos pramonėje. Natūralu, kad iš pradžių buvo analizuojami tik dvejetainiai dujų mišiniai. Geriausi rezultatai gaunami esant dideliam dujų šilumos laidumo skirtumui. Tarp dujų didžiausią šilumos laidumą turi vandenilis. Praktikoje taip pat pasiteisino matuoti CO koncentraciją išmetamosiose dujose, nes deguonies, azoto ir anglies monoksido šilumos laidumas yra labai artimas vienas kitam, todėl šių keturių komponentų mišinys gali būti laikomas kvazi. dvejetainis.

Įvairių dujų šilumos laidumo temperatūros koeficientai nėra vienodi, todėl galite rasti temperatūrą, kuriai esant skirtingų dujų šilumos laidumas sutampa (pavyzdžiui, 490 ° С - anglies dioksidui ir deguoniui, 70 ° С - amoniakui ir oras, 75 ° С - anglies dioksidui ir argonui) ... Sprendžiant tam tikrą analitinį uždavinį, šiuos sutapimus galima panaudoti priimant trinarią dujų mišinį kaip kvazibinarį.

Dujų analizėje galima daryti prielaidą, kad šilumos laidumas yra papildoma savybė. Išmatavus mišinio šilumos laidumą ir žinant grynų dvinario mišinio komponentų šilumos laidumą, galima apskaičiuoti jų koncentracijas. Tačiau šio paprasto ryšio negalima taikyti jokiam dvejetainiam mišiniui. Taigi, pavyzdžiui, oro – vandens garų, oro – amoniako, anglies monoksido – amoniako ir oro – acetileno mišiniai tam tikru komponentų santykiu turi didžiausią šilumos laidumą. Todėl šilumos laidumo metodo pritaikymas ribojamas iki tam tikro koncentracijos diapazono. Daugeliui mišinių yra netiesinė šilumos laidumo ir sudėties priklausomybė. Todėl būtina pašalinti kalibravimo kreivę, pagal kurią turėtų būti sudaryta įrašymo įrenginio skalė.

Šilumos laidumo jutikliai(šilumos laidumo jutikliai) susideda iš keturių mažų mažo tūrio dujomis užpildytų kamerų su plonais, vienodo dydžio ir elektros varžos platininiais laidininkais, įtaisytais jose izoliuotais nuo korpuso. Ta pati pastovaus dydžio pastovi srovė teka per laidininkus ir juos įkaitina. Laidininkai – šildymo elementai – yra apsupti dujomis. Dviejose kamerose yra išmatuotos dujos, kitose dviejose yra etaloninės dujos. Visi kaitinimo elementai yra įtraukti į Wheaton tiltą, su kuriuo nėra sunku išmatuoti 0,01 ° C temperatūros skirtumą. Toks didelis jautrumas reikalauja tikslios matavimo kamerų temperatūrų lygybės, todėl visa matavimo sistema dedama į termostatą arba tiltelio matavimo įstrižainę, o temperatūros kompensavimui įjungiama varža. Kol šilumos pašalinimas iš kaitinimo elementų matavimo ir palyginimo kamerose yra vienodas, tiltas yra pusiausvyroje. Kai į matavimo kameras tiekiamos skirtingo šilumos laidumo dujos, ši pusiausvyra pažeidžiama, kinta jautrių elementų temperatūra ir kartu jų varža. Gauta srovė matavimo įstrižainėje yra proporcinga išmatuojamų dujų koncentracijai. Norint padidinti jautrumą, reikia padidinti jautrių elementų darbo temperatūrą, tačiau reikia pasirūpinti, kad būtų išlaikytas pakankamai didelis dujų šilumos laidumo skirtumas. Taigi įvairiems dujų mišiniams yra optimali temperatūra šilumos laidumo ir jautrumo požiūriu. Dažnai jautrių elementų temperatūros ir kamerų sienelių temperatūros skirtumas pasirenkamas nuo 100 iki 150 °C.

Pramoninių šilumos laidumo analizatorių matavimo kameros dažniausiai susideda iš masyvaus metalinio korpuso, kuriame yra išgręžtos matavimo kameros. Tai užtikrina tolygų temperatūros pasiskirstymą ir gerą kalibravimo stabilumą. Kadangi šilumos laidumo matuoklio rodmenis įtakoja dujų srautas, dujos į matavimo kameras įpurškiamos per aplinkkelio kanalą. Žemiau pateikiami įvairių konstruktorių sprendimai, užtikrinantys reikiamą dujų mainą. Iš esmės daroma prielaida, kad pagrindinis dujų srautas yra prijungtas prie matavimo kamerų kanalais, per kuriuos dujos teka po nedideliu skirtumu. Šiuo atveju difuzija ir šiluminė konvekcija turi lemiamos įtakos dujų atsinaujinimui matavimo kamerose. Matavimo kamerų tūris gali būti labai mažas (keli kubiniai milimetrai), o tai suteikia nedidelį konvekcinio šilumos perdavimo efektą matavimo rezultatui. Siekiant sumažinti platininių laidininkų katalizinį poveikį, jie įvairiais būdais sulydomi į plonasienius stiklo kapiliarus. Norint užtikrinti matavimo kameros atsparumą korozijai, visas dujotiekio dalis uždenkite stiklu. Tai leidžia išmatuoti mišinių, kuriuose yra chloro, vandenilio chlorido ir kitų korozinių dujų, šilumos laidumą. Šilumos laidumo analizatoriai su uždaromis atskaitos kameromis daugiausia naudojami chemijos pramonėje. Tinkamų etaloninių dujų pasirinkimas supaprastina prietaiso kalibravimą. Be to, galima gauti skalę su nuslopintu nuliu. Norint sumažinti nulinį poslinkį, etaloninės kameros turi būti gerai užsandarintos. Ypatingais atvejais, pavyzdžiui, esant dideliems dujų mišinio sudėties svyravimams, galima dirbti su pratekėjimo palyginimo kameromis. Šiuo atveju, naudojant specialų reagentą, iš išmatuoto dujų mišinio pašalinamas vienas iš komponentų (pavyzdžiui, CO su kaustinio kalio tirpalu), o tada dujų mišinys nukreipiamas į lyginamąsias kameras. Šiuo atveju matavimo ir lyginamoji šakos skiriasi tik tuo atveju, jei nėra vieno iš komponentų. Šis metodas dažnai leidžia analizuoti sudėtingus dujų mišinius.

Pastaruoju metu vietoj metalinių laidininkų kaip jutimo elementai kartais naudojami puslaidininkiniai termistoriai. Termistorių pranašumas yra tas, kad atsparumo temperatūros koeficientas yra 10 kartų didesnis nei metalinių termistorių. Taip pasiekiamas staigus jautrumo padidėjimas. Tačiau kartu keliami daug aukštesni reikalavimai tilto srovės stabilizavimui ir kameros sienelių temperatūrai.

Anksčiau nei kiti ir plačiausiai šilumos laidumo prietaisai pradėti naudoti krosnių išmetamųjų dujų analizei. Dėl didelio jautrumo, didelio greičio, lengvos priežiūros ir dizaino patikimumo bei mažos kainos, tokio tipo analizatoriai ateityje buvo greitai pradėti naudoti pramonėje.

Vandenilio koncentracijai mišiniuose matuoti geriausiai tinka šilumos laidumo analizatoriai. Renkantis etalonines dujas, reikia atsižvelgti ir į skirtingų dujų mišinius. Toliau pateikti duomenys gali būti naudojami kaip įvairių dujų minimalių matavimo diapazonų pavyzdys (6.1 lentelė).

6.1 lentelė

Minimalūs įvairių dujų matavimo diapazonai,

% į garsumą

Didžiausias matavimo diapazonas dažniausiai yra 0-100%, o 90 ar net 99% galima nuslopinti. Ypatingais atvejais šilumos laidumo analizatorius leidžia viename įrenginyje turėti kelis skirtingus matavimo diapazonus. Tai naudojama, pavyzdžiui, stebint vandeniliu aušinamų turbininių generatorių užpildymą ir ištuštinimą šiluminėse elektrinėse. Dėl sprogimo pavojaus generatoriaus korpusas nėra pripildytas oro, o pirmiausia įleidžiamas anglies dioksidas kaip prapūtimo dujos, o vėliau – vandenilis. Tokiu pat būdu dujos išleidžiamos iš generatoriaus. Esant pakankamai aukštam atkuriamumui, vienu analizatoriumi galima gauti tokius matavimo diapazonus: 0–100 % (tūrio) CO (oro prapūtimui anglies dioksidu), 100–0 % H2 CO (pripildymui vandeniliu) ir 100-80% H 2 (oro vandenilio grynumui kontroliuoti generatoriaus veikimo metu). Tai pigus matavimo būdas.

Norint nustatyti vandenilio kiekį chlore, išsiskiriančiame kalio chlorido elektrolizės metu, naudojant termokonduktometrinį analizatorių, galima dirbti tiek su sandariomis etaloninėmis dujomis (SO 2, Ar), tiek su tekančiomis etaloninėmis dujomis. Pastaruoju atveju vandenilio ir chloro mišinys pirmiausia siunčiamas į matavimo kamerą, o po to į papildomą degiklį, kurio temperatūra > 200 °C. Vandenilis dega su chloro pertekliumi ir susidaro vandenilio chloridas. Gautas HC ir C1 2 mišinys tiekiamas į palyginimo kamerą. Šiuo atveju vandenilio koncentracija nustatoma pagal šilumos laidumo skirtumą. Šis metodas žymiai sumažina nedidelio oro priemaišų kiekio poveikį.

Siekiant sumažinti paklaidą, atsirandančią analizuojant šlapias dujas, dujas reikia išdžiovinti, o tai atliekama arba drėgmės sugėriklio pagalba, arba sumažinant dujų temperatūrą žemiau rasos taško. Yra dar viena galimybė kompensuoti drėgmės įtaką, kuri taikoma tik matuojant tekančiomis etaloninėmis dujomis.

Darbui su sprogiosiomis dujomis nemažai įmonių gamina sprogimui atsparius įtaisus. Šiuo atveju šilumos laidumo matuoklių kameros yra skirtos aukštam slėgiui, kamerų įėjimo ir išleidimo angose ​​sumontuoti liepsnos slopintuvai, o išėjimo signalas ribojamas iki savaime saugaus lygio. Tačiau net ir tokie prietaisai negali būti naudojami analizuojant sprogių dujų mišinius su deguonimi arba vandenilio ir chloro mišinius.

• Centimetras – gramas – sekundė yra matavimo vienetų sistema, plačiai naudojama prieš priimant Tarptautinę vienetų sistemą (SI).

UDC 536.2.083; 536.2.081.7; 536.212.2; 536.24.021 A. V. Luzina, A. V. Rudinas

METALO MĖGINIŲ ŠILUMINIO LAIDUMO MATAVIMAS STACIONARIOJO ŠILUMOS SRAUTO METODAIS

Anotacija. Aprašoma metalo mėginių, pagamintų vienodo cilindrinio strypo arba plonos stačiakampės plokštės pavidalo stacionaraus šilumos srauto metodu, šilumos laidumo koeficiento matavimo įrengimo technika ir konstrukcijos ypatumai. Tiriamas mėginio kaitinimas atliekamas tiesioginio elektrinio kaitinimo būdu trumpu kintamosios srovės impulsu, pritvirtintu masyviuose variniuose srovės gnybtuose, kurie kartu atlieka ir aušintuvo funkciją.

Reikšminiai žodžiai: šilumos laidumo koeficientas, pavyzdys, Furjė dėsnis, stacionari šilumos mainai, matavimo prietaisas, transformatorius, multimeras, termopora.

Įvadas

Šiluminės energijos perkėlimas iš labiau įkaitintų kietosios kūno dalių į mažiau įkaitusias chaotiškai judančių dalelių (elektronų, molekulių, atomų ir kt.) pagalba vadinamas šilumos laidumo reiškiniu. Šilumos laidumo reiškinio tyrimas plačiai taikomas įvairiose pramonės šakose, tokiose kaip: naftos, aviacijos, automobilių, metalurgijos, kasybos ir kt.

Yra trys pagrindiniai šilumos perdavimo tipai: konvekcija, šiluminė spinduliuotė ir šilumos laidumas. Šilumos laidumas priklauso nuo medžiagos pobūdžio ir jos fizinės būsenos. Tuo pačiu metu skysčiuose ir kietosiose medžiagose (dielektrikuose) energija perduodama elastinėmis bangomis, dujose - atomų (molekulių) susidūrimo ir difuzijos būdu, o metaluose - laisvųjų elektronų difuzijos ir šiluminės gardelės pagalba. vibracijos. Šilumos perdavimas kūne priklauso nuo to, kokia ji yra: dujinė, skysta ar kieta.

Skysčių šilumos laidumo mechanizmas skiriasi nuo dujų šilumos laidumo mechanizmo ir turi daug bendro su kietųjų medžiagų šilumos laidumu. Vietose, kuriose temperatūra yra aukštesnė, yra didelės amplitudės molekulių virpesiai. Šios vibracijos perduodamos gretimoms molekulėms, todėl šiluminio judėjimo energija palaipsniui perduodama iš sluoksnio į sluoksnį. Šis mechanizmas suteikia santykinai mažą šilumos laidumo koeficiento vertę. Kylant temperatūrai, daugumos skysčių šilumos laidumo koeficientas mažėja (išskyrus vandenį ir gliceriną, jiems šilumos laidumo koeficientas didėja kylant temperatūrai).

Kinetinės energijos perdavimo reiškinys molekulinio judėjimo būdu idealiose dujose atsiranda dėl šilumos perdavimo šilumos laidumo būdu. Dėl molekulinio judėjimo atsitiktinumo molekulės juda visomis kryptimis. Judančios iš aukštesnės temperatūros į žemesnės temperatūros vietas, molekulės perduoda kinetinę judėjimo energiją dėl porų susidūrimų. Dėl molekulinio judėjimo vyksta laipsniškas temperatūros išlyginimas; netolygiai įkaitusiose dujose šilumos perdavimas – tai tam tikro kiekio kinetinės energijos perdavimas atsitiktinio (chaotiško) molekulių judėjimo metu. Mažėjant temperatūrai, mažėja dujų šilumos laidumo koeficientas.

Metaluose pagrindinis šilumos perdavėjas yra laisvieji elektronai, kuriuos galima prilyginti idealioms monoatominėms dujoms. Todėl, šiek tiek apytiksliai

Statybinių ir šilumą izoliuojančių medžiagų šilumos laidumo koeficientas didėja kylant temperatūrai, didėjant tūriniam svoriui – didėja. Šilumos laidumo koeficientas labai priklauso nuo medžiagos poringumo ir drėgmės kiekio. Įvairių medžiagų šilumos laidumas svyruoja diapazone: 2-450 W / (m K).

1. Šilumos laidumo lygtis

Šilumos laidumo dėsnis pagrįstas Furjė hipoteze, kad šilumos srautas yra proporcingas temperatūros skirtumui šilumos perdavimo kelio ilgio vienetui per laiko vienetą. Skaitmeniškai šilumos laidumo koeficientas yra lygus šilumos kiekiui, pratekančiam per laiko vienetą per paviršiaus vienetą, o temperatūros kritimas normalaus ilgio vienetui lygus vienam laipsniui.

Pagal Furjė dėsnį paviršiaus šilumos srauto tankis h yra proporcingas

yra lygus temperatūros gradientui -:

Čia faktorius X vadinamas šilumos laidumo koeficientu. Minuso ženklas rodo, kad šiluma perduodama temperatūros mažėjimo kryptimi. Šilumos kiekis, praeinantis per laiko vienetą per izoterminio paviršiaus vienetą, vadinamas šilumos srauto tankiu:

Šilumos kiekis, praeinantis per laiko vienetą per izoterminį paviršių B, vadinamas šilumos srautu:

О = | chib = -1 -cdP ^ B. (1.3)

Bendras šilumos kiekis, praėjęs per šį paviršių B per laiką t, bus nustatytas pagal lygtį

Iš = -DL- ^ t. (1.4)

2. Šilumos laidumo ribinės sąlygos

Vienareikšmiškumui yra įvairių sąlygų: geometrinės – charakterizuojančios kūno, kuriame vyksta šilumos laidumo procesas, formą ir dydį; fizinis – apibūdinantis fizines kūno savybes; laikinas - apibūdinantis kūno temperatūros pasiskirstymą pradiniu laiko momentu; riba – apibūdinanti kūno sąveiką su aplinka.

Pirmosios rūšies ribinės sąlygos. Tokiu atveju kiekvienam laiko momentui nustatomas temperatūros pasiskirstymas kūno paviršiuje.

Antrosios rūšies ribinės sąlygos. Šiuo atveju nurodyta vertė yra šilumos srauto tankis kiekviename kūno paviršiaus taške bet kuriuo metu:

Yara = I (X, Y, 2,1).

III rūšies ribinės sąlygos. Šiuo atveju nurodoma terpės temperatūra T0 ir šios terpės šilumos mainų su kūno paviršiumi sąlygos.

IV tipo ribinės sąlygos susidaro remiantis šilumos srautų, einančių per kūnų kontaktinį paviršių, lygybe.

3. Eksperimentinė sąranka šilumos laidumo koeficientui matuoti

Šiuolaikinius šilumos laidumo koeficientų nustatymo metodus galima suskirstyti į dvi grupes: stacionaraus šilumos srauto ir nestacionaraus šilumos srauto metodus.

Pirmoje metodų grupėje šilumos srautas, einantis per kūną ar kūnų sistemą, išlieka pastovus pagal dydį ir kryptį. Temperatūros laukas yra stacionarus.

Nestacionariuose metoduose naudojamas laike kintantis temperatūros laukas.

Šiame darbe panaudojome vieną iš stacionaraus šilumos srauto metodų – Kohlrausch metodą.

Metalo pavyzdžių šilumos laidumo matavimo sąrankos blokinė schema parodyta fig. 1.

Ryžiai. 1. Matavimo sąrankos blokinė schema

Pagrindinis instaliacijos elementas yra galios sumažinimo transformatorius 7, kurio pirminė apvija yra prijungta prie LATR 10 tipo autotransformatoriaus, o antrinė apvija, pagaminta iš stačiakampės varinės šešių apsisukimų magistralės, yra tiesiogiai prijungta prie masyvūs variniai srovės gnybtai 2, kurie kartu tarnauja kaip aušintuvas-aušintuvas ... Tiriamas pavyzdys 1 yra pritvirtintas masyviuose variniuose srovės gnybtuose 2 naudojant masyvius varinius varžtus (neparodyta paveikslėlyje), kurie kartu tarnauja ir kaip aušintuvas. Temperatūros kontrolė įvairiuose tiriamo mėginio taškuose atliekama naudojant chromel-copel termoporas 3 ir 5, kurių darbiniai galai yra tiesiogiai pritvirtinti prie 1 mėginio cilindrinio paviršiaus – vienas centrinėje mėginio dalyje, o kitas. mėginio pabaigoje. Laisvieji 3 ir 5 termoporų galai yra prijungti prie DT-838 4 ir 6 tipo multimetrų, kurie leidžia matuoti temperatūrą 0,5 ° C tikslumu. Mėginys šildomas tiesioginiu elektriniu kaitinimu trumpu kintamosios srovės impulsu iš antrinės galios transformatoriaus 7 apvijos. Srovė bandomajame pavyzdyje matuojama netiesiogiai – matuojant įtampą ant žiedinio srovės transformatoriaus 8 antrinės apvijos, pirminės kurios apvija yra galios transformatoriaus 7 antrinės apvijos galios magistralė, perėjusi per laisvą žiedinės magnetinės šerdies tarpą. Srovės transformatoriaus antrinės apvijos įtampa matuojama multimetru 9.

Impulsinės srovės dydžio pokytis bandomajame pavyzdyje atliekamas naudojant tiesinį autotransformatorių 10 (LATR), kurio pirminė apvija yra nuosekliai prijungta prie 220 V kintamosios srovės tinklo saugiklio 13 ir mygtuko 12. naudojant multimetrą 14 lygiagrečiai prijungti tiesiai prie srovės gnybtų 2. Srovės impulsų trukmė matuojama naudojant elektrinį chronometrą 11, prijungtą prie linijinio autotransformatoriaus 10 pirminės apvijos. Bandinio šildymo režimo įjungimas ir išjungimas atliekamas mygtuku 12 .

Matuojant šilumos laidumo koeficientą aukščiau aprašytame įrenginyje, turi būti laikomasi šių sąlygų:

Bandinio skerspjūvio vienodumas per visą ilgį;

Bandinio skersmuo turi būti nuo 0,5 mm iki 3 mm (kitaip pagrindinė šiluminė galia bus išleista galios transformatoriuje, o ne bandomajame pavyzdyje).

Temperatūros ir mėginio ilgio diagrama parodyta Fig. 2.

Ryžiai. 2. Temperatūros priklausomybė nuo mėginio ilgio

Kaip matyti iš aukščiau esančios diagramos, temperatūros priklausomybė nuo bandinio ilgio yra tiesinė su ryškiu maksimumu centrinėje mėginio dalyje, o galuose ji išlieka minimali (pastovi) ir lygi aplinkos temperatūrai. pusiausvyros šilumos perdavimo režimo nustatymo laiko intervalas, kuris šiam eksperimentiniam įrenginiui neviršija 3 minučių, t.y. 180 sekundžių.

4. Šilumos laidumo koeficiento darbinės formulės išvedimas

Šilumos kiekis, išsiskiriantis laidininke, praeinant elektros srovei, gali būti nustatytas pagal Džaulio-Lenco dėsnį:

Qel = 12-Я ^ = ir I I, (4.1)

kur ir, I - įtampa ir srovė tiriamajame pavyzdyje; Aš esu mėginio pasipriešinimas.

Šilumos kiekis, perduotas per tiriamo mėginio skerspjūvį per laiko intervalą t, pagamintą kaip vienalytis cilindrinis t ilgio strypas ir 5 pjūvis, gali būti apskaičiuojamas pagal Furjė dėsnį (1.4):

Qs = R-dT- 5- t, (4.2)

kur 5 = 2-5osn, 5osn = ^ 4-, at = 2-DT = 2- (Gmax -Gtk1); d £ = A £ = 1 - £.

Čia koeficientai 2 ir 1/2 rodo, kad šilumos srautas nukreipiamas iš

mėginio centras iki jo galų, t.y. skyla į du srautus. Tada

^^ b = 8-H- (Tmax -Tm | n) -B ^. (4.3)

5. Šilumos nuostolių į šoninį paviršių apskaita

§Ozhr = 2-Bbok -DTkha, (5.1)

kur Bbok = n-tas-1; a – bandinio paviršiaus šilumos perdavimo su aplinka koeficientas, kurio matmenys

Temperatūros skirtumas

DGx = Tx – T0cr, (5.2)

čia Tx yra temperatūra tam tikrame mėginio paviršiaus taške; Gokr - aplinkos temperatūra, gali būti apskaičiuojama iš tiesinės mėginio temperatūros priklausomybės nuo jo ilgio lygties:

Tx = T0 + k-x, (5.3)

kur nuolydį k galima nustatyti per bandinio temperatūros tiesinės priklausomybės nuo jo ilgio nuolydžio liestinę:

DT T - T T - T

k = f = MT * = Tmax Tmt = 2 "maks. Vp. (5.4)

Pakeitę išraiškas (5.2), (5.3) ir (5.4) į (5.1) lygtį, gauname:

SQaup = 2a-nd ■ dx ■ (+ kx-Т0Кр) dt,

kur T0 Tszhr.

8Q0Kp = 2a.nd ■ kx ■ dx ■ dt. (5.5)

Integravę išraišką (5.5), gauname:

Q0Kp = 2nd ■ dk j jdt ■ x ■ dx = 2nd-a-k ■ -I - | ■ t = -4a ^ nd ■ k ■ I2 ■ t. (5.6)

Pakeitę gautas išraiškas (4.1), (4.3) ir (5.6) į šilumos balanso lygtį aoln = obr + qs, kur Qtot = QEL, gauname:

UIt = 8 ■ X ■ S ^ ^^ - o ■ t + -a ^ n ■ d ■ - (Tmax - To) ■ t.

Išspręsdami gautą šilumos laidumo koeficiento lygtį, gauname:

u1 a £2, l

Gauta išraiška leidžia nustatyti plonų metalinių strypų šilumos laidumo koeficientą pagal tipinių bandinių su santykine paklaida skaičiavimus.

AU f (AI f (Л (ЛГ)) ^ (At2

neviršija 1,5 proc.

Bibliografija

1. Sivukhin, DV Bendrasis fizikos kursas / DV Sivukhin. - M.: Nauka, 1974 .-- T. 2. - 551 p.

2. Rudinas, A. V. Stiklą formuojančių objektų struktūrinio atsipalaidavimo procesų tyrimas skirtingais aušinimo režimais / A. V. Rudinas // Aukštųjų mokyklų darbai. Volgos regionas. Gamtos mokslai. - 2003. - Nr. 6. - S. 123-137.

3. Pavlovas, P. V. Kietojo kūno fizika: vadovėlis. vadovas studentams, studijuojantiems pagal specialybes „Fizika“ / P. V. Pavlov, A. F. Chochlov. - M.: Aukštesnis. shk., 1985 .-- 384 p.

4. Berman, R. Kietųjų kūnų šilumos laidumas / R. Berman. - M., 1979 .-- 287 p.

5. Livshits, BG Fizinės metalų ir lydinių savybės / BG Livshits, VS Kraposhin. - M.: Metalurgija, 1980 .-- 320 p.

Luzina Anna Viačeslavovna

magistrantūros studentas,

Penzos valstijos universitetas Penzos valstijos universitetas El. [apsaugotas el. paštas]

Rudinas Aleksandras Vasiljevičius

Fizikos ir matematikos mokslų daktaras, docentas, Penzos valstijos universiteto Fizikos katedros vedėjo pavaduotojas El. [apsaugotas el. paštas]

Rudinas Aleksandras Vasilis „Jevič

fizinių ir matematikos mokslų kandidatas, docentas,

Penzos valstijos universiteto fizikos poskyrio vedėjo pavaduotojas

UDC 536.2.083; 536.2.081.7; 536.212.2; 536.24.021 Luzina, A.V.

Metalo bandinių šilumos laidumo matavimas stacionaraus šilumos srauto metodu /

A. V. Luzina, A. V. Rudinas // Penzos valstijos universiteto biuletenis. - 2016. - Nr.3 (15). -SU. 76-82.