SU1495696A1 - Method for non-destructive determination of thermophysical properties of materials of heat-insulating coatings on metal base - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к тепловым испытани м, а именно к теплофизическим измерени м. Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей способа за счет определени  температуроводности и теплоемкости. Объект испытани  - теплозащитное покрытие на металлическом основании. Тепловое воздействие на покрытие осуществл ют за счет контакта части его поверхности с теплопровод щим телом, например, в виде металлического диска. Начальна  температура диска отлична от исходной температуры покрыти . Регистраци  "темпа охлаждени " теплопровод щего диска позвол ет рассчитать температуропроводность по известному соотношению. Регистраци  интервала времени от начала теплового процесса до момента, когда относительное изменение температуры достигнет заданного значени , позвол ет дополнительно определить температуропроводность и теплоемкость. Способ может быть использован дл  контрол  свойств и состо ни  теплозащитных покрытий при их изготовлении и в процессе эксплуатации.The invention relates to thermal tests, namely to thermophysical measurements. The purpose of the invention is to expand the functionality of the method by determining the thermal conductivity and heat capacity. The object of the test is a heat shield coating on a metal base. The thermal effect on the coating is carried out due to the contact of a part of its surface with a heat-conducting body, for example, in the form of a metal disk. The initial temperature of the disk is different from the initial temperature of the coating. The recording of the "cooling rate" of a heat-conducting disk allows the thermal diffusivity to be calculated from a known ratio. The recording of the time interval from the beginning of the thermal process to the moment when the relative temperature change reaches a predetermined value makes it possible to further determine the thermal diffusivity and heat capacity. The method can be used to control the properties and state of heat-shielding coatings during their manufacture and during operation.

Description

3149569631495696

Значение f соответствует заданному значению соотношени ,The value of f corresponds to a given value of the ratio

Тн - Т) К::- - ,Tn - T) K :: - -,

и5u5

где Т - начальна  температура тепло- провод щего тела; T(f) - его текуща  температура.where T is the initial temperature of the heat-conducting body; T (f) is its current temperature.

Исход  из минимального значени  методической погрешности рассчета 10 теплофизических характеристик величину К задают из услови  К 0,2, оптимальное значение К заключено в пределах О,1-0,16.Based on the minimum value of the methodical error of the calculation of 10 thermophysical characteristics, the value of K is set from the condition K 0.2, the optimal value of K lies within O, 1-0.16.

Выбр анное значение К используетс  дл  вычислени  параметра ft , используемого дл  определени  искомых теплофизических величин. Параметр /э определ ют из решени  трансцендентного уравнени The selected value of K is used to calculate the parameter ft used to determine the desired thermophysical quantities. The parameter / e is determined by solving the transcendental equation

К 1 - ехр /3 erf с/3.K 1 - exp / 3 erf with / 3.

Характерные значени  К представлены в таблице.Typical K values are presented in the table.

К 0,054 0,084 0,104 0,142 0,191 fb 0,05 0,08 0,10 0,15 0,20K 0.054 0.084 0.104 0.142 0.191 fb 0.05 0.08 0.10 0.15 0.20

Условие контакта теплозащитного пок1Л 1Ти  с металлическим основанием необходимо дл  реализации теоретической предпосылки способа - неизменности температуры покрыти  на поверхности , противоположной тепловому воз- действию.-The condition of the contact of the heat-shielding coating 1Ti with a metal base is necessary for the realization of the theoretical background of the method - the invariance of the temperature of the coating on the surface opposite to the thermal effect.

Способ реализован в устройстве, содержащем теплопровод щий диск, выполненный из меди с теплоемкостью 20 кДж/К с круговой контактной площадкой диаметром 30 мм. Диск окружен регулируемой теплозащитной оболочкой совмещенной с алюминиевым охранным кольцом диаметром 140 мм, предназначенным дл  формировани  в контролируемой области, покрыти  одномерного температурного пол . Регул тор температуры , к входу которого подключен батаре  дифференциальных термопар, а к выходу - нагреватель кольца и оболочки, обеспечивает равенство тем ператур диска и оболочки, тем самым исключа  теплоотток от диска в окружающую среду. Температура диска измер етс  с помощью дифференциальной темобатареи со спа ми в диске и в специальном датчике, устанавливаемом на ;поверхность контролируемого покры- ти  вне зоны теплового возмущени , вносимого диском, на рассто нии 150- 200 мм от охранного кольца. Метод апробирован на образцах покрытий из пенопластов ПС-,.ППу 320, ППУ- 17Н толщиной 10-30 мм,наклеенных на плоское основание из стали Х18Н10Т. Отклонени  экспериментальных данных от известных не превышало 7,5%. Дли- тельность эксперимента зависела от толщины покрыти  и не превышала 30 мин.The method is implemented in a device containing a heat-conducting disk made of copper with a heat capacity of 20 kJ / K with a circular contact pad with a diameter of 30 mm. The disk is surrounded by an adjustable heat-shielding sheath combined with an aluminum protective ring with a diameter of 140 mm, designed to form in a controlled area, covering a one-dimensional temperature field. The temperature controller, to the input of which the battery of differential thermocouples is connected, and the heater of the ring and the shell to the output, ensures the equality of the temperatures of the disk and the shell, thereby eliminating the heat flux from the disk to the environment. The disk temperature is measured using a differential temo battery with slots in the disk and in a special sensor installed on the surface of the test coating outside the thermal disturbance zone introduced by the disk at a distance of 150-200 mm from the guard ring. The method was tested on samples of coatings made of PS -, PPU 320, PPU-17N foams with a thickness of 10-30 mm, glued to a flat base of steel H18N10T. Deviations of experimental data from known ones did not exceed 7.5%. The duration of the experiment depended on the thickness of the coating and did not exceed 30 minutes.

5five

0 50 5

о д 0 o d 0

Предлагаемый способ может быть использован дл  контрол  состо ни  тепловой защиты объектов холодильной, авиационной .и космической техники в процессах ее изготовлени  и эксплуатации .The proposed method can be used to monitor the state of thermal protection of refrigeration, aviation, and space technology objects during its manufacture and operation.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Способ неразрушающего определени  теплофизических .свойств материалов теплозащитных покрытий на металлическом основании, заключающийс  в том, что привод т в контакт с поверхностью покрыти  предварительно перегретое теплопровод щее тело известной теплоемкости, регистрируют изменение его температуры во времени на регул рной стадии теплового процесса и рассчитывают теплопроводность по известному соотношению, отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей способа за счет определени  температуропроводности и теплоемкости , дополнительно измер ют врем , соответствующее заданному относительному изменению температуры тела от начального значени , а температуропроводность а и теплоемкость Ср рассчитьюают по формуламA method for the non-destructive determination of thermal and physical properties of heat-insulating coating materials on a metal base, consisting in bringing a pre-superheated heat-conducting body of known heat capacity into contact with the surface of the coating, recording the change in its temperature with time at the regular stage of the thermal process and calculating the thermal conductivity from the known ratio, characterized in that, in order to expand the functionality of the method by determining the thermal conductivity and heat capacity, the time corresponding to a given relative change in body temperature from the initial value is additionally measured, and the thermal diffusivity a and heat capacity Cp are calculated by the formulas   - т (-l-) i-. - -o(/jc, - t (-l-) i-. - -o (/ jc, . с о --- . f -р.л F . with o ---. f r sl кto ,   , -н-n exp/s erfc/S,exp / s erfc / s, /1 - теплопроводность материала/ 1 - material thermal conductivity покрыти ;cover; F - площадь контакта теплопро- вод щего тела с покрытием;F is the contact area of the heat-conducting body with the coating; 5 U9569665 U956966 Сд- теплоемкость теплопровод ще-К - заданное относительное из- iSd-heat capacity heat conduction shche-K - specified relative i- го тела;мененне температуры теплоf - врем  от момента контакта;провод щего тела от началь- body temperature; heat temperature changef — time from the moment of contact; conducting body from the initial Тд- начальна  температура тепло-ного значени ;Td is the initial temperature of the heat value; провод щего тела;Г - врем , соответствующее велиТ ()- текуща  температура тепло-чине К, провод щего тела;conductive body; G is the time corresponding to magnitude () is the current temperature of the heat source K, the conducting body;