Главная  Основы теплометрии и змерение плотности 

[ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64

ОСНОВЫ ТЕПЛОМЕТРИИ

Измерение плотности тепловых потоков приобретает важное значение для большинства экспериментальных исследований и технологических процессов. Успехи в создании новой аппаратуры и методик неизменно способствовали появлению новых задач, а решение этих задач ставило новые требования к аппаратуре и теории. Такая цепная реакция привела к возникновению самостоятельной отрасли измерительной техники - теплометрии, такому же фундаментальному методу экспериментальной физики, как термо-, электро-и магнитометрия, спектроскопия и ядерная дозиметрия.

Теплометрия объединяет в себе методы и средства получения экспериме1Г-тальной информации о плртности тепловых потоков. Тепло.метрические средства применяются не только для исследования, но и для контроля и регулирования процессов в самых различных областях народного хозяйства.

Обычно исследователи и практики пользовались теплометрией в качестве вспомогательного средства, что приводило к распылению усилий и нерациональному использованию времени при частом повторении разработок. Поэтому еще в 1955 г. автор данной монографии начал систематизировать накопленный опыт с целью подготовки основ для разработки специальных методов теоретических и экспериментальных исследований, приближающихся по своей унификации, например, к методам электрических измерений. Результаты обобщения-заимствованного и собственного опыта, накопленного к 1964 г., составили предмет изложения в монографии Техника теплотехнического эксперимента , написанной автором совместно с В. Г. Федоровым. В сокращенном варианте эти материалы вошли в справочное руководство Тепловые и температурные измерения , изданное в 1965 г. Обе книги, судя по полученным письмам и ссылкам в публикациях, одобрены научно-технической общественностью.

По сравнению с предыдущими изданиями в данной книге существенно пересмотрена и обновлена обзорная часть, заново описаны оригинальные исследования. За истекшие шесть ..ет значительно пополнился арсенал тепломет-рической аппаратуры, расширен температурный диапазон измерений, обеспеченных надежной градуировкой (80-870° К), увеличено число абсолютных граду-ировочных устройств, повышена точность измерений.

Параллельно с экспериментальными исследованиями и технологическими разработками проведен теоретический анализ комплекса явлений теплопроводности и термоэлектричества, открывший возможности определения целесообразных форм конструкций и определяющий рациональные направления поиска. Эксплуатационные характеристики чувствительных элементов подтверждают paзвтyю теорию.

Для одиночных датчиков при нагрузках, изменяющихся в пространстве и времени, разработана теория, устанавливающая меру соответствия вырабатываемого сигнала измеряемому потоку. Все размеры датчиков оптимизированы.

На основании анализа свойств батарейных датчиков различных типов (слоистые, галетные, спиральные) разработана теория подобия, позволившая получить обобщенные зависимости и вывести расчетные формулы.



На основе предложенных датчиков создано и внедрено 36 типов.производных приборов для непосредственных измерений теплопотерь, определения теплопроводности, радиационной пирометрии, медико-биологических и технологических калориметрических исследований, дозиметрии в атомных реакторах и т. п. Эти приборы широко применяются в исследовательской и промышленной практике. Их использование позволяет сократить теплопотери, снизить расходы теплоизоляции, определить теплофизические свойства новых веществ, правильно оценить статьи теплового баланса в теплоэнергетических и холодильных установках, эффективно контролировать и автоматизировать новые технологические процессы и т. п.

Информация, полученная с помощью теплометрических устройств, не ограничивается явлениями переноса тепла. Так, например, обнаружена корреляция между теплопроводностью и прочностью стеклопластиков, которая дает возможность проводить неразрушающие испытания. При испытаниях стеклопластиков на усталость оказалось, что в широком диапазоне энергия рассеяния единичного цикла не зависит от рабочего напряжения. Обобщение таких опытов должно способствовать развитию самостоятельного направления исследований - теплопоточной дефектоскопии.

Все оригинальные результаты, описанные в данной монографии, были получены сотрудниками Лаборатории методов тепловых измерений Института технической теплофизики АН УССР, которой руководил автор с момента ее образования. Среди них прежде всего хотелось бы отметить В. Г. Федорова, А. Д. Лебедева, Т. Г. Грищенко, Н. Н. Горшунову, Г. Н. Пашковскую, Л. в. Мосейчук, С. Т. Глозман, Л. А. Лукашевич, С. А. Сажину. Автор считает своим долгом выразить всем им самую искреннюю признательность.

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

А, В, Ь, С, D, k, ki, ki, fes -коэффициенты, постоянные;

й - коэффициент температуропроводности, коэффициент поглощения (с индексами);

f - площадь сечения;

ffl - площадь датчика;

е - электродвижущая сила;

/ -длина;

R - электрическое или термическое сопротивление;

Т, t - температура;

/ - сила электрического тока;

t - плотность электрического тока;

Р - мощность;

р - периметр, давление;

X, у. Z, \,V[,X, - пространственные координаты;

К ф, - безразмерные координаты;

Q - тепловой поток:

q - плотность теплового потока;

а - геометрический угол, коэффициент теплоотдачи, термоэлектрический коэффициент Зее-бека;

Л, б - толщина;

е - степень излучения;

к - коэффициент теплопроводности;

ц. - постоянная времени;

я - коэффициент Пельтье, отношение длины окружности к диаметру;

Q - удельное электрическое сопротивление;

а - постоянная Стефана, механическое напряжение;

в - безразмерная температура, геометрический угол;

т - время;

т=.- безразмерное время.



ГЛАВА I

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ ПОТОКОВ

Цель этой главы - дать информацию о развитии основных идей существующих методов и приборов для измерения тепловых потоков. Области познания, для которых актуальны тепловые измерения, чрезвычайно разнообразны. Геотермические исследования районов от вечной мерзлоты до вулканов; актинометрические исследования Земли, Солнца, дальних звезд; теплометрия организмов, органов и тканей в биологии и медицине; различные технические и физические тепловые измерения вплоть до измерений в атомных реакторах и на космических кораблях-вот далеко не полный перечень областей, где теплометрия играет существенную роль.

Разным областям познания свойственны специфические, отличные друг от друга, методы и стили. Поэтому принятая классификация носит в значительной мере условный характер. Часть сведений приведена конспективно.

Основное внимание уделено приборам и методам, по отношению к которым изложение последующих глав имеет наибольшую преемственность. В особенности это касается компенсационных методов и метода вспомогательной стенки, на которых базируется содержание последующих глав.

Косвенным измерениям в различных самостоятельных областях, например методам инфракрасной техники, уделено меньше внимания. Наконец, в самой сжатой форме рассмотрены технические вопросы применения приборов.

1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ ИЗМЕНЕНИЯ АГРЕГАТНОГО СОСТОЯНИЯ

Калориметрические измерения позволяют определять энергии изменений агрегатных состояний в широком диапазоне физических параметров с точностью не хуже 1 %.

Для физических экспериментов особенно удобны превращения твердой фазы в жидкую и обратно. Линия таких переходов для



[ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64