Sehingga kini, klasifikasi bersatu belum dibangunkan, yang dikaitkan dengan kepelbagaian kaedah sedia ada. Semua kaedah eksperimen yang diketahui untuk mengukur pekali kekonduksian haba bahan dibahagikan kepada dua kumpulan besar: pegun dan tidak bergerak. Dalam kes pertama, kualiti formula yang dikira digunakan penyelesaian persendirian persamaan kekonduksian terma

di bawah keadaan, di kedua - di bawah keadaan di mana T adalah suhu; F-Time; - Pekali suhu; l - pekali kekonduksian haba; C - haba tertentu; g - kepadatan bahan; - Pengendali Laplace yang direkodkan dalam sistem koordinat yang sepadan; - Kapasiti spesifik sumber haba volumetrik.

Kumpulan pertama kaedah adalah berdasarkan penggunaan rejim termal pegun; Yang kedua adalah rejim haba tanpa henti. Kaedah-kaedah pegun untuk menentukan pekali kekonduksian terma dengan sifat pengukuran adalah langsung (iaitu, pekali kekondukuran haba secara langsung ditentukan) dan dibahagikan kepada mutlak dan saudara. Dalam kaedah mutlak, parameter yang diukur dalam eksperimen membenarkan menggunakan formula yang dikira untuk mendapatkan pekali kekonduksian terma yang dikehendaki. Dalam kaedah relatif, parameter diukur dalam eksperimen membolehkan kami mendapatkan nilai pekali kekonduksian terma yang dikehendaki menggunakan formula yang dikira. Dalam kaedah relatif parameter yang diukur, ia tidak mencukupi untuk mengira nilai mutlak. Dua kes adalah mungkin di sini. Yang pertama adalah untuk memerhatikan perubahan dalam pekali kekonduksian terma berbanding dengan sumber, yang diterima pakai seunit. Kes kedua ialah penggunaan bahan rujukan dengan sifat terma yang diketahui. Dalam kes ini, formula pengiraan menggunakan pekali kekonduksian haba standard. Kaedah relatif mempunyai kelebihan berbanding kaedah mutlak, kerana lebih mudah. Bahagian lanjut kaedah pegun boleh dijalankan mengikut sifat pemanasan (luaran, volumetrik dan gabungan) dan dengan jenis isotherms medan suhu dalam sampel (rata, silinder, sfera). Subkumpulan kaedah pemanasan luaran termasuk semua kaedah di mana luaran (elektrik, volumetrik, dan lain-lain) digunakan dan pemanasan permukaan sampel dengan radiasi haba atau pengeboman elektron. Subkumpulan kaedah dengan pemanasan volum menggabungkan semua kaedah di mana pemanasan digunakan oleh semasa yang dihantar melalui sampel, memanaskan sampel yang dikaji dari neutron atau G-radiasi atau arus frekuensi ultra tinggi. Kaedah di mana pemanasan luaran dan jumlah sampel secara serentak digunakan pada masa yang sama, atau pemanasan perantaraan (contohnya, arus frekuensi tinggi) boleh dikaitkan dengan subkumpulan.

Dalam ketiga-tiga subkumpulan kaedah pegun. Medan suhu

mungkin berbeza.

Istana rata terbentuk dalam kes apabila aliran haba diarahkan di sepanjang paksi simetri sampel. Kaedah menggunakan isoterma rata dalam kesusasteraan dipanggil kaedah dengan aliran haba paksi atau membujur, dan pemasangan eksperimen sendiri - peranti rata.

Istana silinder sesuai dengan penyebaran fluks haba ke arah radius sampel silinder. Dalam kes apabila fluks haba diarahkan di sepanjang radius sampel sfera, isoterma sfera berlaku. Kaedah yang menggunakan isoterme tersebut dipanggil sfera, dan perkakas - bola.

Kaedah analisis fizikal adalah berdasarkan penggunaan apa-apa kesan fizikal tertentu atau sifat fizikal tertentu bahan tersebut. Untuk analisis gas Gunakan kepadatan, kelikatan, kekonduksian terma, indeks bias, kerentanan magnet, penyebaran, penyerapan, pelepasan, penyerapan radiasi elektromagnet, serta penyerapan selektif, kelajuan bunyi, kesan haba tindak balas, kekonduksian elektrik, dan lain-lain. Beberapa sifat fizikal ini Dan fenomena adalah kemungkinan analisis gas yang berterusan dan membolehkan untuk mencapai kepekaan yang tinggi dan ketepatan pengukuran. Pilihan kuantiti fizikal atau fenomena sangat penting untuk menghapuskan pengaruh komponen yang tidak dapat diukur yang terdapat dalam campuran yang dianalisis. Penggunaan sifat atau kesan tertentu membolehkan untuk menentukan kepekatan komponen yang dikehendaki dalam campuran gas multicomponent. Ciri-ciri fizikal yang tidak spesifik boleh digunakan, dengan tegas, hanya untuk analisis campuran gas binari. Kelikatan, indeks bias dan penyebaran dalam analisis gas yang penting tidak ada.

Penghantaran haba antara dua mata dengan suhu yang berbeza berlaku dalam tiga cara: konveksi, radiasi dan kekonduksian haba. Untuk perolakan Pemindahan haba dikaitkan dengan pemindahan bahan (Pemindahan Massa); Penghantaran haba radiasi Ia berlaku tanpa penyertaan perkara. Penghantaran haba kekonduksian terma berlaku dengan penyertaan perkara, tetapi tanpa pemindahan besar-besaran. Penghantaran tenaga berlaku disebabkan oleh perlanggaran molekul. Pekali kekonduksian terma ( X.) Hanya bergantung kepada jenis bahan penghantaran bahan. Ia adalah ciri khusus bahan tersebut.

Dimensi kekonduksian terma dalam sistem SGS CAL / (dengan CM K), dalam unit teknikal - CCALDMCH-K), dalam sistem antarabangsa Co - VTDM-K). Nisbah unit-unit ini adalah yang berikut: 1 cal / (cm dengan) \u003d 360 kcaldm h ke) \u003d \u003d 418.68 vtdm-k).

Kekonduksian terma mutlak apabila bergerak dari pepejal ke cecair dan bahan-bahan gas berbeza dari X \u003d 418,68 VTDM-K)] (Kekonduksian terma konduktor haba yang terbaik - perak) ke X. Kira-kira 10 _6 (kekonduksian terma gas konduktif yang paling kecil).

Kekonduksian haba gas meningkat dengan sangat tinggi dengan peningkatan suhu. Bagi sesetengah gas (GH 4: NH 3), kekonduksian terma relatif dengan peningkatan suhu meningkat dengan ketara, dan untuk beberapa (NE) ia berkurangan. Menurut teori kinetik, kekonduksian haba gas tidak boleh bergantung kepada tekanan. Walau bagaimanapun, pelbagai sebab membawa kepada fakta bahawa, dengan peningkatan tekanan, kekonduksian haba meningkat sedikit. Dalam pelbagai tekanan dari atmosfera hingga beberapa millibar, kekonduksian haba tidak bergantung kepada tekanan, kerana magnitud purata perbatuan cecair molekul meningkat dengan penurunan bilangan molekul bagi setiap unit. Dengan tekanan -20 mbar, jalan bebas molekul sepadan dengan saiz ruang pengukur.

Pengukuran kekonduksian haba adalah kaedah fizikal tertua analisis gas. Ia diterangkan pada tahun 1840, khususnya, dalam karya A. Shleyermah (1888-1889) dan sejak tahun 1928 ia digunakan dalam industri. Pada tahun 1913, Siemens mengembangkan meter tumpuan hidrogen untuk pesawat udara. Selepas itu, selama beberapa dekad, peranti berdasarkan pengukuran kekonduksian haba telah dibangunkan dengan kejayaan yang besar dan digunakan secara meluas dalam industri kimia yang pesat berkembang. Secara semulajadi, hanya campuran gas binari yang pertama dianalisis. Keputusan terbaik diperolehi dengan perbezaan besar dalam kekonduksian haba gas. Antara gas kekonduksian terma terbesar mempunyai hidrogen. Dalam praktiknya, kepekatan CO dalam gas serombong juga dibenarkan, kerana kekonduksian haba oksigen, nitrogen dan karbon monoksida sangat dekat dengan satu sama lain, yang membolehkan campuran empat komponen ini dianggap sebagai kuasi-primer.

Koefisien suhu kekonduksian terma gas yang tidak sama rata, jadi anda boleh mencari suhu di mana kekonduksian terma gas yang berbeza bertepatan (sebagai contoh, 490 ° C - untuk karbon dioksida dan oksigen, 70 ° C - untuk ammonia dan udara, 75 ° C - Untuk karbon dioksida dan argon). Apabila menyelesaikan masalah analisis tertentu, kebetulan ini boleh digunakan dengan mengambil campuran gas triple untuk kuasi-bar.

Dalam analisis gas kita boleh menganggapnya kekonduksian haba adalah harta tambahan. Mengukur kekonduksian terma campuran dan mengetahui kekonduksian terma komponen tulen campuran binari, adalah mungkin untuk mengira kepekatan mereka. Walau bagaimanapun, ketagihan mudah ini tidak boleh digunakan untuk sebarang campuran binari. Sebagai contoh, campuran wap air - air, udara - ammonia, karbon monoksida - ammonia dan udara - asetilena pada nisbah tertentu komponen mempunyai kekonduksian terma maksimum. Oleh itu, kebolehgunaan kaedah kekonduksian terma adalah terhad kepada kawasan kepekatan tertentu. Untuk banyak campuran terdapat pergantungan bukan linear konduktiviti haba dan komposisi. Oleh itu, adalah perlu untuk mengeluarkan kurva penentukuran, mengikut skala peranti pendaftaran perlu dibuat.

Sensor pengaliran haba (Sensor termokonduktor) terdiri daripada empat ruang kelantangan kecil yang dipenuhi kecil dengan diletakkan di dalamnya terpencil dari badan dengan konduktor platinum nipis dengan saiz yang sama dan dengan rintangan elektrik yang sama. Melalui konduktor meneruskan arus kekal yang sama dengan nilai yang stabil dan memanaskannya. Konduktor - Elemen pemanasan - dikelilingi oleh gas. Dua kamar mengandungi gas yang diukur, dua yang lain adalah gas perbandingan. Semua elemen pemanasan dimasukkan ke dalam kedalaman Cemteon, yang mana pengukuran perbezaan suhu kira-kira 0.01 ° C tidak mewakili kesulitan. Kepekaan yang tinggi itu memerlukan kesamaan yang tepat dari suhu pengukur, oleh itu keseluruhan sistem pengukuran diletakkan dalam termostat atau untuk mengukur pepenjuru jambatan, termasuk rintangan untuk pampasan suhu. Selagi pelesapan haba dari unsur pemanasan dalam pengukuran dan ruang perbandingan adalah sama, jambatan berada dalam keseimbangan. Apabila gas digunakan pada ruang pengukur dengan kekonduksian terma yang lain, keseimbangan ini rosak, suhu elemen sensitif berubah dan bersama-sama dengan rintangan ini. Arus yang terhasil dalam pepenjuru mengukur adalah berkadar dengan kepekatan gas yang diukur. Untuk meningkatkan sensitiviti, suhu operasi elemen sensitif perlu ditingkatkan, bagaimanapun, adalah perlu untuk memastikan perbezaan yang cukup besar dalam kekonduksian haba gas dipelihara. Oleh itu, untuk pelbagai campuran gas terdapat pengaliran haba yang optimum dan suhu sensitiviti. Selalunya perbezaan antara suhu elemen sensitif dan suhu dinding bilik dipilih dari 100 hingga 150 ° C.

Mengukur sel-sel penganalisis termokonduktor perindustrian terdiri, sebagai peraturan, dari kes logam besar-besaran, di mana ruang pengukur digerudi. Ini memastikan pengedaran suhu seragam dan kestabilan gradasi yang baik. Oleh kerana kadar aliran gas dipengaruhi oleh kelajuan aliran gas, input gas kepada Chambers mengukur dijalankan melalui saluran pintasan. Penyelesaian pelbagai pereka untuk memastikan pertukaran gas yang diperlukan ditunjukkan di bawah. Pada dasarnya, mereka meneruskan dari fakta bahawa aliran gas utama dihubungkan dengan menghubungkan saluran dengan mengukur ruang di mana gas mengalir di bawah perbezaan yang kecil. Pada masa yang sama, penyebaran dan konveksi haba mempunyai kesan tegas terhadap pembaharuan gas dalam mengukur kamar. Jumlah ruang pengukur boleh menjadi sangat kecil (beberapa milimeter padu), yang memastikan sedikit kesan pemindahan haba konveksi ke hasil pengukuran. Untuk mengurangkan kesan pemangkin konduktor platinum, mereka dipasang ke kapilari kaca berdinding nipis. Untuk memberikan ketahanan ruang pengukur kepada kakisan, semua paip gas ditutup dengan kaca. Ini membolehkan anda mengukur kekonduksian haba campuran yang mengandungi klorin, hidrogen klorida dan lain-lain gas agresif. Analisis Thermoconduetheometric dengan ruang perbandingan tertutup diedarkan terutamanya dalam industri kimia. Pemilihan gas perbandingan yang sesuai memudahkan penentukuran peranti. Di samping itu, anda boleh mendapatkan skala dengan sifar yang tertekan. Untuk mengurangkan drift sifar, ketat yang baik dari kamera perbandingan perlu disediakan. Dalam kes-kes khas, sebagai contoh, dengan ayunan yang kuat dari komposisi campuran gas, anda boleh bekerja dengan ruang perbandingan yang mengalir. Pada masa yang sama, dengan bantuan reagen khas dari campuran gas yang diukur, salah satu komponen dikeluarkan (contohnya, dengan penyelesaian penyelesaian kalium kaustik), dan kemudian campuran gas dihantar ke ruang perbandingan. Cawangan pengukuran dan perbandingan berbeza dalam kes ini hanya dengan ketiadaan salah satu komponen. Kaedah ini sering memungkinkan untuk menganalisis campuran gas yang kompleks.

Baru-baru ini, bukan konduktor logam, termistor semikonduktor kadang-kadang digunakan sebagai elemen sensitif. Kelebihan Thermists adalah 10 kali lebih tinggi daripada pekali suhu rintangan berbanding dengan rintangan haba logam. Ini mencapai peningkatan yang ketara dalam sensitiviti. Walau bagaimanapun, pada masa yang sama, keperluan yang lebih tinggi untuk menstabilkan semasa jambatan dan suhu dinding kamera dibentangkan.

Sebelum ini, instrumen thermoconductometric yang lain dan paling banyak mula digunakan untuk menganalisis gas ekzos relau haba. Oleh kerana sensitiviti yang tinggi, kelajuan tinggi, kemudahan penyelenggaraan dan kebolehpercayaan reka bentuk, serta penganalisis kos rendah jenis ini kemudiannya dilaksanakan dengan cepat dalam industri.

Analisis Thermoconduetheometric paling sesuai untuk mengukur kepekatan hidrogen dalam campuran. Apabila memilih gas perbandingan, campuran pelbagai gas juga harus dipertimbangkan. Sebagai contoh julat pengukuran minimum untuk pelbagai gas, anda boleh menggunakan data berikut (Jadual 6.1).

Jadual 6.1

Rentang pengukuran minimum untuk pelbagai gas,

% Kepada jumlah

Julat pengukuran maksimum paling kerap adalah julat 0-100%, manakala 90 atau bahkan 99% boleh ditindas. Dalam kes-kes khas, penganalisis termokonduktor memungkinkan untuk mempunyai beberapa julat pengukuran yang berbeza pada satu peranti. Ini digunakan, sebagai contoh, apabila mengawal proses pengisian dan pengosongan oleh hidrogen yang disejukkan turbogenerator pada loji kuasa haba. Oleh kerana bahaya letupan, pengisian perumahan penjana dijalankan bukan melalui udara, tetapi pertama, karbon dioksida diperkenalkan sebagai gas pembersihan dan kemudian hidrogen sudah disuntik. Begitu juga menghasilkan pengeluaran gas dari penjana. Dengan kebolehpercayaan yang mencukupi pada satu penganalisis, julat pengukuran berikut boleh diperolehi: 0-100% (kelantangan) CO (di udara untuk gas dibersihkan), 100-0% H 2 V Co (untuk mengisi dengan hidrogen) dan 100-80% H 2 (di udara untuk mengawal kesucian hidrogen semasa operasi penjana). Ini adalah kaedah pengukuran yang murah.

Untuk menentukan kandungan hidrogen dalam elektrolisis klorida klorida klorida dengan penganalisis termokonduktor, adalah mungkin untuk bekerja dengan gas perbandingan yang dimeteraikan (S0 2, AG) dan dengan gas perbandingan yang mengalir. Dalam kes yang terakhir, campuran hidrogen dan klorin pertama kali dihantar ke ruang pengukur, dan kemudian di relau Afterburn dengan suhu\u003e 200 ° C. Hidrogen terbakar dengan kelebihan klorin dan bentuk hidrogen klorida. Campuran yang dihasilkan NA dan C1 2 dibekalkan kepada ruang perbandingan. Pada masa yang sama, kepekatan hidrogen ditentukan oleh perbezaan dalam kekonduksian terma. Kaedah ini dengan ketara mengurangkan kesan kekotoran udara kecil.

Untuk mengurangkan ralat yang timbul daripada analisis gas basah, gas mesti mengeringkan bahawa mereka dijalankan sama ada menggunakan penyerap kelembapan atau penurunan suhu gas di bawah titik embun. Terdapat satu lagi kemungkinan untuk mengimbangi pengaruh kelembapan, yang hanya terpakai semasa pengukuran mengikut carta aliran dengan aliran gas perbandingan.

Untuk bekerja dengan gas letupan, beberapa firma membuat instrumen dalam prestasi kalis letupan. Dalam kes ini, ruang kekonduksian terma dikira pada tekanan tinggi, pembimbing farmasi dipasang di salur masuk dan di outlet dewan, dan isyarat output adalah terhad oleh tahap yang selamat secara intrinsik. Walau bagaimanapun, peranti tersebut tidak boleh digunakan untuk menganalisis campuran gas peledak dengan oksigen atau hidrogen dengan klorin.

• Santimeter - Gram - Kedua - Satu sistem unit ukuran, yang digunakan secara meluas sebelum penggunaan sistem unit antarabangsa (C).

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

Mengukur kekonduksian terma sampel logam oleh fluks haba pegun

Anotasi. Ciri-ciri teknik dan reka bentuk pemasangan untuk mengukur pekali kekonduksian haba sampel logam, yang dibuat dalam bentuk rod silinder homogen atau plat segi empat yang nipis oleh kaedah aliran haba pegun, diterangkan. Pemanasan sampel yang dikaji dijalankan oleh pemanasan elektrik langsung dengan nadi pendek arus bergantian, yang tetap dalam pengapit semasa tembaga yang besar, yang pada masa yang sama melaksanakan fungsi sink haba.

Kata kunci: pekali kekonduksian haba, sampel, undang-undang Fourier, pertukaran haba pegun, mengukur pemasangan, pengubah, multimer, termokopel.

Pengenalan

Pemindahan tenaga haba dari bahagian yang lebih panas pepejal kurang dipanaskan dengan cara zarah bergerak huru-hara (elektron, molekul, atom, dan sebagainya) dipanggil pemanasan kekonduksian haba. Kajian fenomena pengaliran haba digunakan secara meluas dalam pelbagai industri, seperti: minyak, aeroangkasa, automotif, metalurgi, perlombongan, dll.

Terdapat tiga jenis utama pertukaran haba: perolakan, radiasi haba dan kekonduksian haba. Kekonduksian terma bergantung kepada sifat bahan dan keadaan fizikalnya. Pada masa yang sama, dalam cecair dan pepejal (dielektrik), pemindahan tenaga dijalankan oleh gelombang anjal, dalam gas oleh imaginasi dan penyebaran atom (molekul), dan dalam logam - dengan penyebaran elektron bebas dan menggunakan ayunan haba kisi. Pemindahan haba dalam badan bergantung kepada apa yang menyatakan: Gas, cecair atau pepejal.

Mekanisme kekonduksian terma dalam cecair adalah berbeza dari mekanisme kekonduksian terma dalam gas dan mempunyai banyak perkara biasa dengan kekonduksian haba pepejal. Di kawasan yang mempunyai suhu tinggi terdapat ayunan molekul dengan amplitud yang besar. Oscillations ini disebarkan oleh molekul bersebelahan, dan dengan itu tenaga pergerakan haba ditransmisikan secara beransur-ansur dari lapisan ke lapisan. Mekanisme ini menyediakan pekali kekonduksian terma yang relatif rendah. Dengan peningkatan suhu untuk kebanyakan cecair, pekali kekonduksian terma berkurangan (pengecualian adalah air dan gliserin, pekali kekonduksian terma meningkat dengan peningkatan suhu).

Fenomena pemindahan tenaga kinetik dengan bantuan pergerakan molekul dalam gas yang ideal adalah disebabkan oleh penghantaran haba melalui kekonduksian terma. Oleh kerana kekejaman pergerakan molekul molekul bergerak ke semua arah. Menavigasi dari tempat dengan suhu yang lebih tinggi ke tempat dengan suhu yang lebih rendah, molekul disebabkan oleh perlanggaran pasangan menghantar tenaga gerakan kinetik. Hasil daripada pergerakan molekul, meratakan suhu beransur-ansur berlaku; Dalam gas yang tidak rata, pemindahan haba adalah pemindahan sejumlah tenaga kinetik dengan pergerakan molekul rawak (huru-hara). Dengan penurunan suhu, pekali kekonduksian haba gas dikurangkan.

Dalam logam, pemancar haba utama adalah elektron bebas yang boleh disamakan dengan gas satu lembu yang ideal. Oleh itu, dengan beberapa pendekatan

Pekali kekonduksian haba pembinaan dan bahan penebat haba dengan peningkatan suhu meningkat, dengan peningkatan berat volum, ia meningkat. Pekali kekonduksian terma sangat bergantung kepada keliangan dan kelembapan bahan. Kekonduksian haba pelbagai bahan berbeza-beza dalam julat: 2-450 w / (m k).

1. Persamaan kekonduksian terma

Undang-undang kekonduksian terma didasarkan pada hipotesis Fourier mengenai perkadaran aliran haba perbezaan suhu per unit panjang laluan pemindahan haba per unit masa. Secara berangka, pekali kekonduksian terma adalah sama dengan jumlah haba yang mengalir setiap unit masa melalui unit permukaan, dengan penurunan suhu pada unit panjang normal, sama dengan satu darjah.

Menurut undang-undang Fourier, ketumpatan permukaan fluks termal perkadaran

kecerunan suhu NALNA -:

Di sini multiplier X dipanggil pekali kekondukuran haba. Tanda minus menunjukkan bahawa haba ditransmisikan ke arah penurunan suhu. Jumlah haba yang diluluskan setiap unit masa melalui unit permukaan isoterma dipanggil kepadatan fluks haba:

Jumlah haba yang berlalu per unit masa melalui permukaan isoterma B dipanggil fluks haba:

O \u003d | Chib \u003d -1 -KDP ^ b. (1.3)

Jumlah jumlah haba yang melewati permukaan B semasa T, ditentukan dari persamaan

Dari \u003d -dl- ^ t. (1.4)

2. Keadaan kekonduksian terma sempadan

Terdapat pelbagai keadaan yang tidak dapat dibebaskan: geometri - mencirikan bentuk dan saiz badan di mana proses pengaliran haba; Fizikal - mencirikan sifat fizikal badan; Sementara - Mencirikan pengagihan suhu badan pada saat permulaan masa; Sempadan - mencirikan interaksi badan dengan alam sekitar.

Keadaan sempadan saya baik. Dalam kes ini, pengedaran suhu pada permukaan badan ditetapkan untuk setiap saat.

Syarat sempadan dari jenis II. Dalam kes ini, nilai kepadatan fluks haba diberikan untuk setiap titik permukaan badan pada bila-bila masa:

Yar \u003d saya (x, y, 2,1).

Syarat sempadan III Clan. Dalam kes ini, suhu medium T0 dan keadaan pertukaran haba medium ini dengan permukaan badan ditetapkan.

Keadaan sempadan IV genus terbentuk atas dasar kesamaan aliran haba yang melewati permukaan badan hubungan.

3. Pemasangan eksperimen untuk mengukur pekali kekonduksian terma

Kaedah moden untuk menentukan koefisien kekonduksian terma boleh dibahagikan kepada dua kumpulan: kaedah aliran haba pegun dan kaedah fluks haba yang tidak bergerak.

Dalam kumpulan kaedah pertama, aliran haba yang melewati badan atau sistem badan tetap kekal dalam saiz dan arah. Medan suhu adalah pegun.

Dalam kaedah mod tidak pegun, medan suhu digunakan dalam masa.

Dalam makalah ini, salah satu kaedah fluks haba pegun dari kolar digunakan.

Gambarajah blok pemasangan untuk mengukur kekonduksian haba sampel logam ditunjukkan dalam Rajah. satu.

Rajah. 1. FlowChart FlowChart.

Elemen utama pemasangan adalah pengubah pengurangan kuasa 7, penggulungan utama yang disambungkan ke model automatik jenis jenis yang kemudian 10, dan penggulungan sekunder yang diperbuat daripada bas tembaga bahagian rentas segi empat tepat, yang mempunyai enam pusingan , secara langsung dihubungkan dengan pengapit semasa tembaga yang besar 2, yang pada masa yang sama melaksanakan fungsi sink haba. Sampel yang dikaji 1 ditetapkan dalam pengapit semasa tembaga besar 2 menggunakan bolt tembaga yang besar (tidak ditunjukkan dalam angka), yang pada masa yang sama melaksanakan fungsi sinki haba. Kawalan suhu di pelbagai titik sampel ujian dijalankan dengan bantuan Chromel-Copel Thermocouple 3 dan 5, hujung kerja yang secara langsung ditetapkan pada permukaan silinder sampel 1 - satu di bahagian tengah sampel sampel , dan yang lain pada akhir sampel. Hujung percuma Thermocouple 3 dan 5 disambungkan ke DT-838 dan 6 mulimer, yang membolehkan pengukuran suhu dengan ketepatan 0.5 ° C. Pemanasan sampel dijalankan oleh pemanasan elektrik langsung dengan nadi pendek AC dari penggulungan sekunder pengubah kuasa 7. Pengukuran kekuatan semasa dalam sampel yang sedang dijalankan dijalankan dalam kaedah tidak langsung - dengan mengukur voltan di sekunder Penggulungan transformer litar 8, penggulungan utama yang merupakan kekuatan penggulungan sekunder pengubah kuasa 7, terlepas melalui pelepasan bebas dari teras magnet cincin. Pengukuran voltan sekunder pengubah semasa dijalankan oleh pelbagai dimensi 9.

Perubahan dalam arus nadi dalam sampel di bawah kajian dijalankan menggunakan autotransformer linear 10 (kemudian), penggulungan utama yang melalui fius rangkaian yang disambungkan 13 dan butang 12 disambungkan ke voltan voltan 220 V. Penurunan voltan Pada sampel di bawah kajian dalam mod pemanasan elektrik langsung dijalankan dengan Multimer 14, selari dengan yang kini disambungkan ke pengapit semasa 2. Pengukuran denyut nadi semasa dijalankan menggunakan jam randik elektrik 11 yang disambungkan ke penggulungan utama Linear Autotransformer 10 . Menghidupkan dan mematikan mod pemanasan sampel di bawah kajian disediakan oleh butang 12.

Apabila mengukur pekali kekonduksian terma pada pemasangan yang diterangkan di atas, adalah perlu untuk melaksanakan syarat-syarat berikut:

Homogenitas bahagian rentas sampel di bawah kajian sepanjang keseluruhan panjang;

Diameter sampel di bawah kajian harus berada dalam julat dari 0.5 mm hingga 3 mm (jika tidak, kuasa terma utama akan diperuntukkan dalam pengubah kuasa, dan tidak dalam sampel di bawah kajian).

Diagram pergantungan suhu dari panjang sampel ditunjukkan dalam Rajah. 2.

Rajah. 2. Ketergantungan suhu pada panjang sampel

Seperti yang dapat dilihat pada gambarajah, pergantungan suhu pada panjang sampel di bawah kajian adalah bersifat linear dengan maksimum yang jelas di bahagian tengah sampel, dan pada akhirnya tetap minimum (malar) dan sama dengan Suhu ambien semasa selang masa penubuhan mod pemindahan haba keseimbangan, yang untuk pemasangan eksperimen ini tidak melebihi 3 minit, iaitu. 180 saat.

4. Output formula kerja untuk pekali kekonduksian terma

Jumlah haba yang dikeluarkan dalam konduktor semasa laluan arus elektrik boleh ditentukan oleh undang-undang Joule - Lenza:

Qal \u003d 12 ^ \u003d dan saya saya, (4.1)

di mana dan, saya adalah voltan dan kekuatan semasa dalam sampel yang dikaji; Saya adalah rintangan sampel.

Jumlah haba yang dipindahkan melalui bahagian silang sampel di bawah kajian sepanjang selang masa t, dibuat dalam bentuk rod silinder-panjang-panjang £ dan seksyen 5, boleh dikira oleh Undang-undang Fourier (1.4):

QS \u003d I-YT-5- T, (4.2)

di mana 5 \u003d 2-5osn, 5osn \u003d ^ 4-, at \u003d 2-dt \u003d 2- (gta -gtk1); y £ \u003d d £ \u003d 1- £.

Di sini, pekali 2 dan 1/2 menunjukkan bahawa aliran haba diarahkan dari

pusat sampel ke hujungnya, iaitu. berpecah menjadi dua aliran. Kemudian

^^ B \u003d 8-y- (gtu -tt | p) -b ^. (4.3)

5. Perakaunan kerugian terma di permukaan sampingan

§Ozhr \u003d 2- BBC -DTHA, (5.1)

di mana bbok \u003d p-y-1; A - pekali pemindahan haba permukaan sampel yang dikaji dengan persekitaran yang mempunyai dimensi

Perbezaan suhu

DGH \u003d TX - T0KR, (5.2)

di mana TX adalah suhu pada titik sampel sampel ini; GOCR - suhu ambien boleh dikira dari persamaan linear pergantungan suhu sampel dari panjangnya:

TX \u003d T0 + KKH, (5.3)

di mana pekali sudut k boleh ditentukan melalui sudut tangen kecenderungan pergantungan linear suhu sampel dari panjangnya:

Dt t - t t - t

k \u003d f \u003d mt * \u003d tttt ttt \u003d 2 "cukai vr (5.4)

Ungkapan menggantikan (5.2), (5.3) dan (5.4) kepada persamaan (5.1), kita memperolehi:

SQAUP \u003d 2A-ND ■ DX ■ (+ KX-T0KR) DT,

di mana t0 tszhr.

8q0kp \u003d 2a.nd ■ KX ■ DX ■ DT. (5.5)

Selepas mengintegrasikan ungkapan (5.5), kita dapat:

Q0kp \u003d 2 ■ dk j jdt ■ x ■ dx \u003d 2nd-a-k ■ -I - | ■ t \u003d -4a ^ n ■ K ■ I2 ■ t. (5.6)

Penggantian ungkapan yang diperoleh (4.1), (4.3) dan (5.6) ke dalam persamaan keseimbangan haba animasi \u003d derung dari + QS, di mana Quill \u003d Qal, kita memperoleh:

Uit \u003d 8 ■ x ■ S ^ ^ n ■ d ■ - (tmax - to) ■ T.

Menyelesaikan persamaan yang dihasilkan mengenai pekali kekonduksian haba, kami memperolehi:

dan1 a £ 2, l

Ekspresi yang dihasilkan membolehkan menentukan pekali kekonduksian haba rod logam nipis selaras dengan pengiraan untuk sampel biasa di bawah kajian dengan ralat relatif

AU F (AI F (L (LH) ^ (AT2

tidak melebihi 1.5%.

Bibliografi

1. Sivukhin, D. V. Kursus Umum Fizik / D. V. Sivukhin. - M.: Sains, 1974. - T. 2. - 551 p.

2. Rudin, A.V. Kajian proses kelonggaran struktur di kemudahan pembentuk kaca dengan pelbagai mod penyejuk / A. V. Rudin / / Berita institusi pendidikan tinggi. Wilayah Volga. Sains semula jadi. - 2003. - № 6. - P. 123-137.

3. Pavlov, P. V. Fizik Pepejal: Kajian. Manual untuk pelajar yang belajar dalam kepakaran "Fizik" / P. V. Pavlov, A. F. Khokhlov. - m.: Lebih tinggi. Shk., 1985. - 384 p.

4. Berman, Kekonduksian terma Pepejal Tel / R. Berman. - M., 1979. - 287 p.

5. Livshits, B. G. Sifat fizikal logam dan aloi / B. G. Livvitz, V. S. Krapshin. - m.: Metalurgi, 1980. - 320 p.

Luzina Anna Vyacheslavovna Luzina Anna Vyacheslavovna

sarjana, Pelajar Ijazah Sarjana,

Penza State University of Penza State University e-mel: [E-mel Protected]

Rudin Alexander Vasilyevich.

calon Sains Fizikal dan Matematik, Profesor Madya, Timbalan Ketua Jabatan Fizik, E-mel Universiti Negeri Penza: [E-mel Protected]

Rudin Aleksandr Vasil "Evich

calon Sains Fizikal dan Matematik, Profesor Madya,

timbalan Ketua Sub-Jabatan Fizik, Penza State University

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

Mengukur kekonduksian terma sampel logam oleh aliran haba pegun /

A. V. Luzina, A. V. Rudin // Bulletin of the Penza State University. - 2016. - № 3 (15). -Dari. 76-82.

Untuk mengkaji kekonduksian terma bahan menggunakan dua kumpulan kaedah: pegun dan tidak bergerak.

Teori kaedah pegun adalah lebih mudah dan direka lebih lengkap. Tetapi kaedah yang tidak bergerak pada dasarnya, sebagai tambahan kepada pekali kekonduksian haba, membuat maklumat mengenai pekali suhu dan kapasiti haba. Oleh itu, baru-baru ini, perhatian yang besar dibayar kepada pembangunan kaedah yang tidak bergerak untuk menentukan sifat termophysical bahan.

Di sini dianggap beberapa kaedah pegun untuk menentukan pekali kekonduksian terma bahan.

tetapi) Kaedah lapisan rata. Dengan aliran haba dimensi tunggal melalui lapisan rata, pekali kekonduksian haba ditentukan oleh formula

di mana sahaja d -ketebalan, T. 1 I. T. 2 - suhu panas dan sejuk sampel.

Untuk mengkaji kekonduksian terma, kaedah ini perlu dibuat hampir dengan aliran haba satu dimensi.

Biasanya, suhu diukur tidak di permukaan sampel, dan pada jarak dari mereka (lihat Rajah 2.), Oleh itu, perlu memperkenalkan pindaan kepada penurunan suhu di pemanas dan peti sejuk, untuk meminimumkan rintangan haba daripada kenalan.

Dalam kajian cecair untuk menghapuskan fenomena konveksi, kecerunan suhu harus diarahkan di sepanjang medan graviti (ke bawah).

Rajah. 2. Skim kaedah lapisan pesawat untuk mengukur kekonduksian haba.

1 - sampel di bawah kajian; 2 - Pemanas; 3 - Peti sejuk; 4, 5 - cincin penebat; 6 - pemanas keselamatan; 7 - Thermocouples; 8, 9 - Thermocouples berbeza.

b) Kaedah Eger. Kaedah ini didasarkan pada menyelesaikan persamaan satu dimensi kekonduksian haba, yang menggambarkan penyebaran haba di sepanjang batang yang dipanaskan oleh kejutan elektrik. Kesukaran untuk menggunakan kaedah ini terdiri daripada kemustahilan untuk mewujudkan keadaan adiabatik yang ketat pada permukaan luar sampel, yang mengganggu keseluruhan fluks haba.

Formula Anggaran mempunyai bentuk:

(14)

di mana sahaja s. - Kekonduksian elektrik sampel di bawah kajian, U. - Drop dalam voltan antara titik-titik yang melampau di hujung rod, Dt. - Perbezaan suhu antara rod tengah dan titik pada akhir batang.

Rajah. 3. Skim kaedah Eger.

1 - relau elektrik; 2 - sampel; 3 - PIN pengikat sampel; T 1 ¸ T 6 - Tempat menyegel termokopel.

Kaedah ini digunakan dalam kajian bahan konduktif elektrik.

dalam) Kaedah lapisan silinder. Cecair di bawah kajian (bahan pukal mengisi lapisan silinder yang dibentuk oleh dua silinder sepaksi. Salah satu silinder, paling kerap dalaman, adalah pemanas (Rajah 4).

Kaedah Gamb.4.Chemem lapisan silinder

1 - Silinder dalaman; 2 - Pemanas utama; 3 - Lapisan bahan yang dikaji; 4 - silinder luaran; 5 - Thermocouples; 6 - Silinder Keselamatan; 7 - Pemanas tambahan; 8 - Perumahan.

Pertimbangkan dengan lebih terperinci proses pegun kekonduksian haba di dinding silinder, suhu permukaan luar dan dalaman yang dikekalkan oleh malar dan sama dengan 1 dan T 2 (dalam kes kita, ini adalah lapisan bahan yang sedang dikaji 5). Kami mentakrifkan fluks haba melalui dinding di bawah keadaan bahawa diameter dalaman dinding silinder D 1 \u003d 2r 1, dan d 2 \u003d 2r 2, l \u003d const dan haba diagihkan hanya dalam arah radial.

Untuk menyelesaikan masalah, kami menggunakan persamaan (12). Dalam koordinat silinder apabila ; Persamaan (12), menurut (1o), mengambil VIT:

. (15)

Kami memperkenalkan penamaan dt./dr.\u003d 0, kita dapat

Selepas mengintegrasikan dan potentiasi ungkapan ini, berpindah ke pembolehubah awal, kami memperoleh:

. (16)

Seperti yang dapat dilihat dari persamaan, pergantungan t \u003d f (r) adalah logaritma.

Integrasi Tetap C 1 dan C 2 boleh ditentukan jika untuk persamaan ini untuk menggantikan syarat sempadan:

untuk r \u003d r 1 t \u003d t 1 dan T 1 \u003d c 1ln. r 1 + c 2,

untuk r \u003d r 2 t \u003d t 2dan T 2 \u003d c 1ln. r 2 + c 2.

Penyelesaian persamaan ini adalah relatif Dari 1 I. Dengan 2. Memberi:

;

Menggantikan ekspresi ini Dengan 1. dan Dengan 2. Dalam persamaan (1b), kita dapat

(17)

aliran haba melalui kawasan permukaan silinder radius r. dan panjangnya ditentukan menggunakan undang-undang Fourier (5)

.

Selepas penggantian, kami dapat

. (18)

Kekonduksian terma l dengan nilai yang diketahui T., T. 1 , T. 2 , d. 1 , d. 2, dikira oleh formula

. (19)

Untuk menindas perolakan (dalam kes cecair), lapisan silinder harus mempunyai ketebalan kecil, biasanya saham milimeter.

Mengurangkan kerugian akhir dalam kaedah lapisan silinder dicapai dengan meningkatkan hubungan / d. dan pemanas keselamatan.

d) Kaedah dawai dipanaskan. Dalam kaedah ini, hubungan / d. kenaikan dengan mengurangkan d.. Silinder dalaman digantikan oleh dawai tipis, yang secara serentak pemanas dan termometer rintangan (Rajah 5). Hasil daripada kesederhanaan relatif reka bentuk dan perkembangan terperinci teori, kaedah dawai yang dipanaskan menjadi salah satu yang paling sempurna dan tepat. Dalam amalan kajian eksperimen konduktiviti haba cecair igzes, ia menduduki tempat terkemuka.

Rajah. 5. Skim sel pengukur, yang dibuat oleh kaedah dawai yang dipanaskan. 1 - Mengukur wayar, 2 - tiub, 3 - bahan yang dikaji, 4 - arus, 5 - potensi paip, 6 - termometer luar.

Dengan syarat-syarat bahawa keseluruhan aliran haba dari bahagian AV diedarkan secara radiasi dan perbezaan suhu T 1 - T 2 tidak besar, supaya l \u003d const, pekali kekonduksian haba boleh dipertimbangkan oleh formula.

, (20)

di mana sahaja T. Ab. \u003d T × u Ab - kuasa yang diperuntukkan pada wayar.

e) Kaedah Bowl. Mencari penggunaan dalam amalan kajian kekonduksian haba cecair dan bahan pukal. Bahan yang dikaji dilekatkan pada bentuk lapisan sfera, yang membolehkan, pada dasarnya, untuk mengecualikan kerugian haba yang tidak terkawal. Secara teknikal, kaedah ini agak rumit.

Selaras dengan keperluan Undang-undang Persekutuan No. 261-FZ "mengenai penjimatan tenaga", keperluan untuk kekonduksian haba pembinaan dan bahan penebat haba di Rusia diperketat. Hari ini, pengukuran kekonduksian haba adalah salah satu item mandatori apabila membuat keputusan mengenai penggunaan bahan sebagai penebat haba.

Mengapa perlu mengukur kekonduksian haba dalam pembinaan?

Kawalan kekonduksian haba pembinaan dan bahan penebat haba dijalankan di semua peringkat pensijilan dan pengeluaran mereka dalam keadaan makmal, apabila bahan-bahan terdedah kepada pelbagai faktor yang mempengaruhi sifat operasinya. Terdapat beberapa kaedah biasa untuk mengukur kekonduksian terma. Untuk ujian makmal yang tepat bahan kekonduksian terma yang rendah (di bawah 0.04 - 0.05 W / M * K), adalah disyorkan untuk menggunakan instrumen yang menggunakan kaedah fluks haba pegun. Permohonan mereka dikawal oleh GOST 7076.

Interpribor menawarkan meter kekonduksian terma, harga yang bermanfaat dari pasaran yang ada dan memenuhi semua keperluan moden. Ia bertujuan untuk mengawal makmal kualiti pembinaan dan bahan penebat haba.

Kelebihan kekonduksian haba-1

Meter kekonduksian haba-1nya mempunyai prestasi monoblock asal dan dicirikan oleh kelebihan berikut:

• kitaran pengukuran automatik;
• laluan berukuran ketepatan tinggi yang membolehkan anda menstabilkan suhu peti sejuk dan pemanas;
• kemungkinan lulusan peranti untuk jenis bahan individu yang di bawah kajian, yang meningkatkan lagi ketepatan keputusan;
• menilai penilaian hasil dalam proses pengukuran;
• dioptimumkan zon keselamatan "panas";
• paparan grafik informatif, memudahkan kawalan dan analisis hasil pengukuran.

Ia-1 dibekalkan dalam satu pengubahsuaian asas, yang, atas permintaan pelanggan, boleh ditambah dengan sampel kawalan (Plexiglass dan Penplex), sebuah kotak untuk bahan-bahan pukal dan coofer pelindung untuk menyimpan dan mengangkut instrumen.