RU2598699C1 - Method of determining temperature dependence of emissivity factor (versions) - Google Patents
Method of determining temperature dependence of emissivity factor (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2598699C1 RU2598699C1 RU2015134277/28A RU2015134277A RU2598699C1 RU 2598699 C1 RU2598699 C1 RU 2598699C1 RU 2015134277/28 A RU2015134277/28 A RU 2015134277/28A RU 2015134277 A RU2015134277 A RU 2015134277A RU 2598699 C1 RU2598699 C1 RU 2598699C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- plates
- plate
- blackness
- degree
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 10
- 150000001879 copper Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 12
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 7
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract description 9
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000011835 investigation Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000013074 reference sample Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к теплофизике в области теплообмена излучением и заключается в разработке способа определения температурной зависимости интегральной степени черноты покрытий и поверхностей твердых тел.The invention relates to thermophysics in the field of heat transfer by radiation and consists in the development of a method for determining the temperature dependence of the integral degree of blackness of coatings and surfaces of solids.
Известны способы определения степени черноты, основанные на сравнении величин подводимой мощности лучистого потока при стационарном нагреве до заданной температуры тел с известной степенью черноты поверхности с необходимой мощностью лучистого потока тела с неизвестной степенью черноты, которую требуется определить (патент RU 2521131, МПК G01N 25/20, 2013).Known methods for determining the degree of blackness, based on a comparison of the input power of the radiant flux when stationary heating up to a given temperature of bodies with a known degree of blackness of the surface with the required power of the radiant flux of the body with an unknown degree of blackness, which you want to determine (patent RU 2521131, IPC G01N 25/20 , 2013).
Известен, принятый за прототип, способ измерения степени черноты твердых тел (патент RU 2510491, МПК G01J 5/12, 2014), при котором последовательно измеряют температуры эталонных и исследуемых образцов, изготовленных из одного материала с нанесенным на эталонные образцы покрытием с известной степенью черноты, причем образцы, изготовленные в виде двух одинаковых пластин с одинаковыми покрытиями, размещают параллельно один напротив другого покрытиями наружу, в полость между ними помещают электронагреватель и нагревают пластины при постоянной мощности нагревателя до полного установления стационарного теплового режима. Первыми испытывают образцы с покрытием, имеющим известную степень черноты. Стабилизатором мощности задают необходимую температуру образца, величину которой контролируют с помощью измерительно-регистрирующего устройства. Фиксируют величину мощности тепловыделения и среднюю температуру пластин образцов. Затем устанавливают образцы с исследуемым покрытием. Регулированием мощности нагревателя обеспечивают величину установившейся температуры пластин, равную температуре, которая была зафиксирована при испытании эталонного образца. Фиксируют подведенную мощность и по разнице подведенных мощностей, температуре пластин и окружающей среды вычисляют степень черноты исследуемой поверхности. Задавая в экспериментах различные значения температуры, можно определить зависимость степени черноты от температуры.A known method of measuring the degree of blackness of solids (patent RU 2510491, IPC G01J 5/12, 2014) is known, in which the temperatures of reference and test samples made of the same material coated with reference samples with a known degree of blackness are successively measured moreover, samples made in the form of two identical plates with the same coatings are placed parallel to one opposite the other coatings outward, an electric heater is placed in the cavity between them and the plates are heated at constant power te heater until the establishment of a stationary thermal regime. The first test samples with a coating having a known degree of blackness. The power stabilizer sets the required temperature of the sample, the value of which is controlled using a measuring and recording device. The heat dissipation rate and the average temperature of the sample plates are recorded. Then set the samples with the test coating. By adjusting the power of the heater, the steady-state temperature of the plates is ensured equal to the temperature that was recorded when testing the reference sample. The summed power is fixed and the degree of blackness of the investigated surface is calculated by the difference of the summed capacities, the temperature of the plates and the environment. By setting different temperature values in experiments, one can determine the dependence of the degree of blackness on temperature.
Недостатками этого способа являются необходимость иметь, по крайней мере, два одинаковых (эталонных) образца с известной степенью черноты, что не всегда может быть обеспечено, особенно, для высокого уровня температур; наличие в связи с расположением нагревателя между пластинами и конечными размерами образцов определенного, достаточно существенного зазора между ними, тепловые потери через боковые поверхности которого не могут быть полностью устранены при ограниченных размерах пластин даже при установке боковых экранов, значительный объем экспериментальных исследований, так как эксперимент необходимо повторять для каждого значения температуры.The disadvantages of this method are the need to have at least two identical (reference) samples with a certain degree of blackness, which cannot always be achieved, especially for a high temperature level; the presence of a certain, sufficiently significant gap between them due to the location of the heater between the plates and the final dimensions of the samples, the heat loss through the side surfaces of which cannot be completely eliminated with limited plate sizes even when installing side screens, a significant amount of experimental research, since the experiment is necessary repeat for each temperature value.
Задачей и техническим результатом изобретения является разработка эффективного способа определения температурной зависимости степени черноты, существенное сокращение объема экспериментальных исследований и повышение точности и достоверности полученных результатов.The objective and technical result of the invention is to develop an effective method for determining the temperature dependence of the degree of blackness, a significant reduction in the volume of experimental studies and improving the accuracy and reliability of the results.
Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что в способе определения температурной зависимости степени черноты, состоящем в том, что в вакуумной камере параллельно друг другу располагают две пластины с установленными на их внешних поверхностях термопарами, параллельно им размещают нагреватель, нагревают пластины, измеряют подводимую к нагревателю мощность и температуры пластин, нагреватель размещают с внешней стороны первой пластины, прижимая его грузом с теплоизолирующим экраном, а сами пластины с известными теплофизическими характеристиками через ограничительные калибровочные вкладыши располагают обращенными друг к другу исследуемыми поверхностями, на внешней поверхности второй пластины устанавливают калориметр, например, в виде медного листа с термопарой, который затем с внешней стороны теплоизолируют, дополнительно устанавливая на внешней стороне калориметра теплоизолирующую плиту, а внешнюю поверхность первой пластины нагревают по заданному, например, линейному закону изменения температуры поверхности до максимально возможной температуры, выдерживают при ней некоторое время, в процессе нагрева измеряют термопарами температуры на обеих внешних поверхностях пластин и по ним и измеренному калориметром тепловому потоку из решения обратной задачи теплопроводности получают искомую зависимость степени черноты во всем диапазоне температур.The solution of the problem and the technical result are achieved by the fact that in the method for determining the temperature dependence of the degree of blackness, consisting in the fact that two plates with thermocouples mounted on their external surfaces are placed in a vacuum chamber in parallel, a heater is placed in parallel with them, the plates are heated, the input is measured to the heater the power and temperature of the plates, the heater is placed on the outside of the first plate, pressing it with a load with a heat-insulating screen, and the plates themselves are known with the thermophysical characteristics, through the restrictive calibration inserts, they have the surfaces to be examined, the calorimeter is installed on the outer surface of the second plate, for example, in the form of a copper sheet with a thermocouple, which is then thermally insulated from the outside, additionally installing a heat insulating plate on the outside of the calorimeter, and the outer the surface of the first plate is heated according to a predetermined, for example, linear law of change in surface temperature to the maximum possible temperature, they are kept at it for some time, during heating, the thermocouples measure the temperature on both external surfaces of the plates and from them and the heat flux measured by the calorimeter, from the solution of the inverse heat conduction problem, we obtain the desired dependence of the degree of blackness over the entire temperature range.
В случае если теплофизические характеристики материала неизвестны, то решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что в способе определения температурной зависимости степени черноты, состоящем в том, что в вакуумной камере параллельно друг другу располагают две пластины с установленными на их внешних поверхностях термопарами, параллельно им размещают нагреватель, нагревают пластины, измеряют подводимую к нагревателю мощность и температуры пластин, нагреватель размещают с внешней стороны первой пластины, прижимая его грузом с теплоизоляционным экраном, а пластины через ограничительные калибровочные вкладыши располагают обращенными друг к другу исследуемыми поверхностями, на внешней поверхности второй пластины устанавливают калориметр, например, в виде медного листа с термопарой, который затем с внешней стороны теплоизолируют, устанавливая на внешней стороне теплоизолирующую плиту, дополнительно устанавливают термопары на внутренние поверхности обеих пластин, внешнюю поверхность первой пластины, нагревают по заданному, например, линейному закону изменения температуры ее поверхности до максимально возможной температуры, выдерживают при ней некоторое время, в процессе нагрева измеряют термопарами температуры на обеих внешних и внутренних поверхностях пластин и по ним и измеренному калориметром тепловому потоку из решения обратной задачи теплопроводности получают искомую зависимость степени черноты во всем диапазоне температур.If the thermophysical characteristics of the material are unknown, then the solution of the problem and the technical result are achieved by the fact that in the method for determining the temperature dependence of the degree of blackness, consisting in the fact that two plates with thermocouples mounted on their external surfaces are parallel to each other in a vacuum chamber they place the heater, heat the plates, measure the power and temperature of the plates supplied to the heater, the heater is placed on the outside of the first plate, at squeezed by a load with a heat-insulating screen, and plates through restrictive calibration inserts have test surfaces facing each other, a calorimeter is installed on the outer surface of the second plate, for example, in the form of a copper sheet with a thermocouple, which is then insulated from the outside by installing a heat insulating on the outside plate, thermocouples are additionally installed on the inner surfaces of both plates, the outer surface of the first plate is heated according to a predetermined, for example, linear According to the law of changing the temperature of its surface to the maximum possible temperature, it is kept at it for some time, during heating, the temperatures on both external and internal surfaces of the plates are measured with thermocouples and the heat flux measured by the calorimeter is used to obtain the desired dependence of the degree of blackness from the solution of the inverse heat conduction problem over the entire temperature range.
На фиг. 1 показана схема установки, реализующей предлагаемый способ, в первом варианте, когда теплофизические характеристики исследуемых материалов известны,In FIG. 1 shows a diagram of an installation that implements the proposed method, in the first embodiment, when the thermophysical characteristics of the studied materials are known,
На фиг. 2 показана схема установки, реализующей предлагаемый способ, во втором варианте, когда теплофизические характеристики исследуемых материалов не известны.In FIG. 2 shows a diagram of an installation that implements the proposed method, in the second embodiment, when the thermophysical characteristics of the studied materials are not known.
Образцы 1 (фиг. 1) с исследуемым покрытием 2 изготавливают в виде двух одинаковых пластин из одного и того же материала с известными теплофизическими характеристиками, размещают их параллельно одна напротив другой с небольшим (2-3 мм) зазором, определяемым ограничительными калибровочными вкладышами 5, покрытиями внутрь. На внешних поверхностях обеих пластин устанавливают термопары 6. На внешней поверхности первой пластины устанавливают контактный электронагреватель 7, который прижимают к поверхности образца теплоизоляционным экраном 8 с грузом 9, обеспечивая равномерное нагревание пластины, На внешней поверхности второй пластины устанавливают калориметр 3, например, в виде медного листа с термопарой 12, который затем теплоизолируют с внешней стороны теплоизоляционной плитой 4 из ТЗМК (теплозащитный материал кварцевый). Электроды термопар подсоединяют к регистратору температур 10, откуда показания одной из термопар, установленной на внешней поверхности первой пластины, передаются на автоматический регулятор электрической мощности 11.Samples 1 (Fig. 1) with the
На фиг. 2 показана схема установки для случая, когда неизвестны теплофизические свойства исследуемого материала. Для получения необходимых данных, вводимых в программу расчета, дополнительно устанавливают термопары 13 на внутренних поверхностях исследуемых образцов (пластин). Дополнительное определение перепада температур по толщине пластины образца позволяет вычислить методом решения обратной задачи теплопроводности теплофизические свойства: теплопроводность и теплоемкость материала. Для исключения конвективной составляющей теплообмена устройство помещают в вакуумную камеру и начинают испытания. Первую пластину нагревают по заданному, например, линейному закону до максимально возможной температуры и выдерживают при ней некоторое время до установления стационарной (или квазистационарной) температуры. При этом нагревается вторая пластина, а за ней калориметр. В первом варианте устройства измеряют температуры на внешних поверхностях пластин и температуру калориметра, по которой определяют тепловой поток. Во втором варианте устройства измеряют температуры на внешних и внутренних поверхностях пластин и температуру калориметра. Полученные результаты вводят в исходные данные программы решения обратной задачи теплопроводности и получают решение в виде линейного или квадратичного сплайна. Коэффициенты сплайна (αi; i=(n) определяют из условия минимального квадратичного отклонения экспериментальных значений температуры на калориметре от расчетных значений.In FIG. Figure 2 shows the installation diagram for the case when the thermophysical properties of the studied material are unknown. To obtain the necessary data entered into the calculation program,
, где where
F - среднеквадратичное отклонение экспериментальных значений температуры от расчетных значений температуры,F is the standard deviation of the experimental temperature values from the calculated temperature values,
α1, α2, … αn - параметры сплайна,α 1 , α 2 , ... α n - spline parameters,
Тэ(t) - экспериментальные значения температуры,T e (t) - experimental temperature values,
Тр(t) - расчетные значения температуры,T p (t) is the calculated temperature,
t - время, с.t is the time, s.
Следует отметить, что в предложенной схеме испытаний боковые потери тепла незначительны (даже при отсутствии боковых экранов) и они не оказывают никакого влияния на тепловое состояние в центральной части образца, где установлены термопары.It should be noted that in the proposed test design, lateral heat losses are insignificant (even in the absence of side shields) and they do not have any effect on the thermal state in the central part of the sample where thermocouples are installed.
Таким образом, создан способ определения температурной зависимости степени черноты, позволяющий в результате одного нагревания пластин исследуемого образца материала и последующего решения обратной задачи теплопроводности получить зависимость степени черноты от температуры нагревания образца. При этом существенно сокращается объем экспериментальных испытаний, повышается точность и достоверность полученных результатов.Thus, a method has been created for determining the temperature dependence of the degree of blackness, which allows one to obtain a dependence of the degree of blackness as a result of one heating of the plates of the material sample under study and the subsequent solution of the inverse problem of heat from the heating temperature of the sample. At the same time, the volume of experimental tests is significantly reduced, and the accuracy and reliability of the results are increased.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015134277/28A RU2598699C1 (en) | 2015-08-17 | 2015-08-17 | Method of determining temperature dependence of emissivity factor (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015134277/28A RU2598699C1 (en) | 2015-08-17 | 2015-08-17 | Method of determining temperature dependence of emissivity factor (versions) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2598699C1 true RU2598699C1 (en) | 2016-09-27 |
Family
ID=57018520
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015134277/28A RU2598699C1 (en) | 2015-08-17 | 2015-08-17 | Method of determining temperature dependence of emissivity factor (versions) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2598699C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2688911C1 (en) * | 2018-07-19 | 2019-05-22 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (НИ ТГУ) | Method of measuring integral coefficient of surface radiation of solid material |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU476493A1 (en) * | 1973-01-29 | 1975-07-05 | Институт высоких температур АН СССР | Method for determination of thermophysical properties of solids |
RU1774192C (en) * | 1990-02-14 | 1992-11-07 | Всесоюзный заочный институт инженеров железнодорожного транспорта | Method of determining integrated radiating capacity of material surface |
RU2132549C1 (en) * | 1998-01-20 | 1999-06-27 | Бронников Вадим Александрович | Method and device for metering thermal characteristics of thin-layer materials |
RU2510491C2 (en) * | 2012-01-11 | 2014-03-27 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского | Method of measuring emissivity factor |
RU2521131C2 (en) * | 2012-01-11 | 2014-06-27 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского | Method and device for emissivity factor measurement |
-
2015
- 2015-08-17 RU RU2015134277/28A patent/RU2598699C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU476493A1 (en) * | 1973-01-29 | 1975-07-05 | Институт высоких температур АН СССР | Method for determination of thermophysical properties of solids |
RU1774192C (en) * | 1990-02-14 | 1992-11-07 | Всесоюзный заочный институт инженеров железнодорожного транспорта | Method of determining integrated radiating capacity of material surface |
RU2132549C1 (en) * | 1998-01-20 | 1999-06-27 | Бронников Вадим Александрович | Method and device for metering thermal characteristics of thin-layer materials |
RU2510491C2 (en) * | 2012-01-11 | 2014-03-27 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского | Method of measuring emissivity factor |
RU2521131C2 (en) * | 2012-01-11 | 2014-06-27 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского | Method and device for emissivity factor measurement |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2688911C1 (en) * | 2018-07-19 | 2019-05-22 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (НИ ТГУ) | Method of measuring integral coefficient of surface radiation of solid material |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Warzoha et al. | Determining the thermal conductivity of liquids using the transient hot disk method. Part II: Establishing an accurate and repeatable experimental methodology | |
Jannot et al. | Thermal conductivity measurement of insulating materials with a three layers device | |
RU2387981C1 (en) | Method for complex detection of thermal characteristics of materials | |
Gustavsson et al. | Specific heat measurements with the hot disk thermal constants analyser | |
Kuvandykova et al. | A new transient method to measure thermal conductivity of asphalt | |
Assael et al. | An improved application of the transient hot-wire technique for the absolute accurate measurement of the thermal conductivity of Pyroceram 9606 up to 420 K | |
RU2598699C1 (en) | Method of determining temperature dependence of emissivity factor (versions) | |
RU2530441C1 (en) | Method for non-destructive control of complex of thermal characteristics of solid building materials and device for its implementation | |
Najibi et al. | Fourier and time-phase-lag heat conduction analysis of the functionally graded porosity media | |
RU2510491C2 (en) | Method of measuring emissivity factor | |
Malinarič et al. | Modified dynamic plane source method for measuring thermophysical parameters of solids | |
Schaefer et al. | Obtaining a lower estimate of the fatigue limit of metals by a simplified quantitative thermometric approach in a low-cost one-specimen test | |
RU2399911C2 (en) | Method of determining thermal and physical characteristics of construction materials (versions) | |
RU2568983C1 (en) | Method to determine coefficient of heat conductivity of liquid heat insulation in laboratory conditions | |
RU148273U1 (en) | DEVICE FOR CONTROL OF THERMAL CONDUCTIVITY OF PLATES FROM ALUMONITRIDE CERAMICS | |
RU2329492C2 (en) | Method of complex determination of thermophysical properties of materials and method for its implementation | |
RU2625599C9 (en) | Method for determining thermal conductivity of solid bodies | |
RU2523090C1 (en) | Method of determining specific heat capacity of materials | |
RU2012100805A (en) | METHOD AND DEVICE FOR MEASURING THE BLACK DEGREE | |
RU2828623C1 (en) | Method for determining thermophysical properties of solid bodies with high heat conductivity and device for its implementation | |
RU2755330C1 (en) | Method for measuring thermal conductivity | |
Hotra et al. | A device for thermal conductivity measurement based on the method of local heat influence | |
Al Ashraf | Thermal conductivity measurement by hot disk analyzer | |
Anatychuk et al. | Increasing the rapidity of thermal conductivity measurement by the absolute method | |
RU2794108C1 (en) | Method for determining tensile strength of ceramic and composite materials |