Диссертация (Теплофизические свойства органических жидкостей), страница 4

Данная особенностьизмерений позволяет, обеспечивать их многократную воспроизводимость втечение достаточно небольшого промежутка времени, что имеет огромноезначение с точки зрения обеспечения их метрологических показателей(достоверность, воспроизводимость и малая погрешность [18]), а так же даютвозможность исследовать свойства жидких веществ и их жидких растворов в19малых объёмах и тонких слоях. Применительно к проблеме изучениямолекулярных характеристик переноса сред слабо поглощающих тепловоеизлучение последнее обстоятельство имеет весьма принципиальное значение [19].Все эти факторы определяют высокий уровень производительностиэкспериментальной установки, но так же обладает, и рядом существенныхнедостатков, которые выражаются: различными конструктивными недоработкамикомплексов измерительной аппаратуры (как, например, большие габариты и вес),а так же высоким уровнем погрешностей измерения [18], что в целом составляетдостаточно большой массив отрицательных характеристик.1.5.

Вопросы радиационно – кондуктивного теплообмена в жидкихсредахГоворя о радиационно – кондуктивном теплообмене необходимо отметить,что теплообмен подобного рода, присутствует всегда, так как тепловое излучениеисходит практически от любых нагретых тел и предметов. Так же оно имеет местовмоментгенерированияизмерительнымдатчикомзондирующегоиизмерительного импульса, однако стоит отметить, что поскольку измерительныеимпульсы очень не продолжительны по своей длительности, то следовательнотепловое поле, во-первых локализуется в очень ограниченной области, а именнов тонких слоях прилегающих к измерительному элементу, а во вторых,приусловии окружающих температур близких к комнатным, можно считатьпренебрежимо малым, поэтому радиационно – кондуктивный теплообмен можетявляться определяющим фактором, вносящим существенные искажения вполучаемые результаты исследований, а так же вносить дополнительный вклад впогрешности проводимых измерений [20].В общем случае результирующий тепловой поток q в среде будетскладываться из потока, вызванного кондуктивной то есть молекулярнойтеплопроводностью qm  m  grad T , где  m – молекулярная теплопроводностьи лучистого (радиационного)потока q r :20q  m  grad T   qr .(1.17)С одной стороны радиационный перенос тепла существенно усложняетпроцедуру нахождения температурных полей, которые в частности, реализуютсяв процессе измерения теплопроводности, а с другой стороны, пренебрежение имили неточности при его учёте может являться источником погрешности вопределении молекулярной теплопроводности.

На практике, в экспериментахопределяется некоторое эффективное значение теплопроводности, в меньшей илибольшей степени отличное от истинной молекулярной теплопроводности, котораяобусловлена внутренней молекулярной структурой вещества или раствора.Первыми, кто обратил внимание на это обстоятельство, были Ф. Кейс иД.Санделл[21],которыесвязалиимеющийсяразбросданныхпотеплопроводности с влиянием излучения. В дальнейшем теоретическое изучениеэтого вопроса применительно к обратным задачам теплопроводности нашлоотражение в работах Ю.

А. Сурикова [22], Б. Келлета [23], Л. Генселя [24].Стационарный перенос тепла в плоском слое «серой» среды, котораяхарактеризуется независимостью коэффициента поглощения от частоты, былрассмотрен Г. Польтцем в его научном труде [25] и В. Н. Андриановым[26]. Л.

П.Филиппов, исследовавший задачу с плоским слоем,рассмотрел предельныеслучаи сильного и слабого поглощения [27]. Радиационно – кондуктивныйтеплообменбылподробно рассмотрен в труде [28] применительно кнестационарному методу нагретой нити.1.6. Оценка влияния излучения на результаты кратковременных измеренийтеплофизических характеристик полупроницаемых средКорректный расчёт теплообмена в тепловых устройствах и изделияхавиационно-космической техники требуют знания истинных характеристикпереноса тепла не искажённых излучением. В месте с тем база данных потеплофизическимхарактеристикам,базирующаясянаэкспериментальныхисследованиях зачастую недостаточно достоверна. В области повышенных21температур данные по теплопроводности полупрозрачных сред, полученныеразличными методами могут отличаться на 50% и более.Если ставить задачу определения в теплофизическом экспериментеистинных, не искаженных влиянием излучения характеристик переноса то в еерешениивозможнытриподхода.Первыйрасчётный,предполагающийколичественную оценку радиационной составляющей и ее последующеевычитаниеизэффективнойхарактеристикипереноса.Второйподходпредполагает измерение характеристик в условиях оптически толстого слоя, когдавозможно градиентное представление радиационного теплового потока [29].Наконец, третий путь, это проведение измерений в оптически тонких слоях, когдавлияние излучения, сведено к контролируемому минимуму [19].Первый подход не накладывает никаких ограничений на процесс измеренияхарактеристик переноса, но требует точного знания оптических характеристиксреды в широком температурном и частотном диапазоне, а также оптическиесвойства, ограничивающих ее поверхностей.

К тому же, стремление к точностичисленногорасчётасущественноувеличиваеттрудоемкостьпроцедурывычисления, а использование приближенных методов анализа, в частности«серого» приближения, может привести к погрешностям неприемлемым с точкизрения метрологии.Второй и третий подходы требуют достаточно специфичных условий:необходимо, чтобы эксперимент удовлетворял асимптотическим приближениямоптически толстого или тонкого слоя, соответственно.Определение радиационной теплопроводности с помощью формулыРосселанда [27] и ее последующее вычитание из эффективного значениятеплопроводности, полученного в условиях оптически толстого слоя такжесопряжено со значительными трудностями.

В частности, расчет радиационнойтеплопроводности требует знания коэффициентов поглощения. Радиационнаятеплопроводность определяется лишь в «сером» приближении и ее рассчитанноезначение может существенно отличаться от истинного. Непосредственноеизмерениерадиационнойсоставляющей,базирующеесянавизуализации22температурных полей в среде, требует использования специальной оптическойаппаратуры и достаточно трудоёмко.Болеепредпочтительнымпредставляетсятретийподход-прямойэксперимент по определению молекулярных характеристик переноса. Егоорганизация требует выполнения единственного, принципиально важногоусловия: температурное поле, созданное в исследуемой среде должно бытьлокализовано в пределах оптически тонкого слоя, который был реализован вданной работе.23Глава 2.Приборы и материалы используемые для исследования2.1.

Тонкоплёночные датчики сопротивленияВ основе измерения теплопроводности лежит известная модельная задача[14,30], датчик, например нить неограниченной длины и предельно малогорадиуса r , погружен в исследуемую среду. С единицы длины цилиндрическойповерхности, параллельно его оси и проходящей через точку среды с//координатами ( x ; y ) , выделяется в единицу времени постоянный тепловой потокql .Температурноеполевокругисточникатепласизотермическимиповерхностями будет двумерным. Но, в силу симметрии этого поля, достаточнорассмотреть изменение температуры вдоль одной координаты, вдоль радиусанити. Тогда уравнение в цилиндрических координатах запишется в виде [31]:  2T 1 T dT a 2 ,dtrrr(2.1)где r 2   x  x /    y  y /  , a - температуропроводность, t- время, Т- температура.22Если тепло начинает выделяться в момент подачи импульса напряжения вt  0 , когда линейный источник тепла и среда имеют нулевую температуру, сучётом граничных и начальных условий T (r,t = 0) = 0, T (r,t) = 0 можнозаписать:T  r, t  0  0ql (r  )  2 rT,rT ( r  , t )  0ql = const - постоянная линейная плотность теплового потока с нити,λ-теплопроводность среды.Решение этой задачи известно [14]:qT (r , t )  l42r4 atexp(u )ql  r 2 du E,u4  4at (2.2)24 r2 где E   - экспоненциальный интеграл.

Разложив данный интеграл в ряд для 4at r2малых значений параметра, или, соответственно для больших значений4atвремени, получим[32]:T (r , t ) ql4atln 2 C ,4 r e(2.3)где С = 0,577 – постоянная Эйлера.Используя выражение (2.3), запишем изменение приращения температурыисточника между моментами времени t и t0 :T  Tt  T0 tln   .2  1  2   t0 ql(2.4)Зная приращение температуры, в различные моменты времени, используясоотношение 2.4, мы можем найти разность теплопроводностей.Если одну из теплопроводностей, например 2 , принять как неизменнуювеличину (теплопроводность эталонной жидкости), то изменение температуры,вызванноетепловымпотоком,позволитопределитьтеплопроводностьисследуемого вещества 1 .Постоянство теплового потока и изменение температур создаётся спомощью датчиков.Датчики, используемые в исследованиях, должны удовлетворять большомуспектрутребований,такихкак:механическаяпрочность,однородностьнапыления, неизменность сопротивления контактов между металлическойплёнкой и токосъёмником, линейностью зависимости сопротивления датчика оттемпературы,достаточнойвеличинойтемпературногокоэффициентасопротивления, α> 10–3град–1, соответствующим омическим сопротивлениемрезистивной дорожки.Не соблюдение требований, приводит к появлению погрешностей.