RU105460U1 - DEVICE FOR DETERMINING THERMOPHYSICAL CHARACTERISTICS OF LIQUID MEDIA - Google Patents
DEVICE FOR DETERMINING THERMOPHYSICAL CHARACTERISTICS OF LIQUID MEDIA Download PDFInfo
- Publication number
- RU105460U1 RU105460U1 RU2011105859/28U RU2011105859U RU105460U1 RU 105460 U1 RU105460 U1 RU 105460U1 RU 2011105859/28 U RU2011105859/28 U RU 2011105859/28U RU 2011105859 U RU2011105859 U RU 2011105859U RU 105460 U1 RU105460 U1 RU 105460U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- measuring cell
- liquid media
- thermophysical characteristics
- determining
- hydrophobic material
- Prior art date
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 27
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 26
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims abstract description 13
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims abstract description 9
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims abstract description 7
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims abstract description 6
- 238000011160 research Methods 0.000 abstract description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920006359 Fluoroplast Polymers 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 125000001153 fluoro group Chemical group F* 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области теплофизических исследований и может быть использована для определения теплофизических характеристик жидких сред.The utility model relates to the field of thermophysical research and can be used to determine the thermophysical characteristics of liquid media.
Устройство включает измерительную ячейку, выполненную из материала на основе супертонких кварцевых волокон, плоский нагреватель, расположенный на одной из поверхностей измерительной ячейки и измеритель температуры, установленной на противоположной от плоского нагревателя стороне. На плоских поверхностях измерительной ячейки установлены пластины из гидрофобного материала, форма которых совпадает с формой измерительной ячейки. В качестве гидрофобного материала может быть использован политетрафторэтилен. The device includes a measuring cell made of material based on superthin quartz fibers, a flat heater located on one of the surfaces of the measuring cell and a temperature meter mounted on the side opposite from the flat heater. On the flat surfaces of the measuring cell, plates of hydrophobic material are installed, the shape of which coincides with the shape of the measuring cell. As a hydrophobic material, polytetrafluoroethylene can be used.
Description
Полезная модель относится к области теплофизических исследований и может быть использована для определения теплофизических характеристик жидких сред: коэффициентов теплопроводности и температуропроводности.The utility model relates to the field of thermophysical research and can be used to determine the thermophysical characteristics of liquid media: thermal conductivity and thermal diffusivity.
Известно устройство для определения теплофизических характеристик материалов, включающее исследуемый образец, нагреватель для разогрева образца и измеритель температуры (см. В.А.Осипова. Экспериментальное исследование процессов теплообмена, Москва, изд. «Энергия», 1969 г., стр.186). Недостатком данного устройства является невозможность определения теплофизических характеристик жидких сред.A device is known for determining the thermophysical characteristics of materials, including a test sample, a heater for heating the sample, and a temperature meter (see V. A. Osipova. An Experimental Study of Heat Transfer Processes, Moscow, Energia Publishing House, 1969, p. 186). The disadvantage of this device is the inability to determine the thermophysical characteristics of liquid media.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является устройство для определения теплофизических характеристик жидких сред, включающее измерительную ячейку, плоский нагреватель, расположенный на одной из поверхностей измерительной ячейки и измеритель температуры, установленный на противоположной от плоского нагревателя стороне. При этом измерительная ячейка выполнена из материала на основе супертонких кварцевых волокон (см. патент РФ на полезную модель №93986, 2010 г., МПК G01N 25/18). Недостатком указанного устройства является недостаточная точность определения теплофизических характеристик жидких сред. Дело в том, что при контакте измерительной ячейки с исследуемой жидкой средой с нагревателем и измерителем температуры происходит "залипание" жидкости на их поверхностях. В результате этого образуется неравномерное распределение жидкости по толщине в близи плоских поверхностей измерительной ячейки. Это снижает точность определения теплофизических характеристик исследуемой жидкой среды, так как математическая модель подразумевает равномерное распределение жидкой среды по высоте ячейки.The closest in technical essence to the claimed utility model is a device for determining the thermophysical characteristics of liquid media, including a measuring cell, a flat heater located on one of the surfaces of the measuring cell and a temperature meter mounted on the side opposite from the flat heater. Moreover, the measuring cell is made of material based on superthin quartz fibers (see RF patent for utility model No. 93986, 2010, IPC G01N 25/18). The disadvantage of this device is the lack of accuracy in determining the thermophysical characteristics of liquid media. The fact is that upon contact of the measuring cell with the investigated liquid medium with a heater and a temperature meter, the liquid “sticks” to their surfaces. As a result of this, an uneven distribution of the liquid over the thickness is formed in the vicinity of the flat surfaces of the measuring cell. This reduces the accuracy of determining the thermophysical characteristics of the investigated liquid medium, since the mathematical model implies a uniform distribution of the liquid medium along the height of the cell.
Целью предлагаемого технического решения является повышение точности определения теплофизических характеристик жидких сред.The aim of the proposed technical solution is to increase the accuracy of determining the thermophysical characteristics of liquid media.
Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве для определения теплофизических характеристик жидких сред, включающем измерительную ячейку, выполненную из материала на основе супертонких кварцевых волокон, плоский нагреватель, расположенный на одной из поверхностей измерительной ячейки и измеритель температуры, установленный на противоположной от плоского нагревателя стороне, на плоских поверхностях измерительной ячейки установлены пластины из гидрофобного материала, форма которых совпадает с формой измерительной ячейки. В качестве гидрофобного материала может быть использован политетрафторэтилен.This goal is achieved by the fact that in the known device for determining the thermophysical characteristics of liquid media, including a measuring cell made of material based on superthin quartz fibers, a flat heater located on one of the surfaces of the measuring cell and a temperature meter mounted on the side opposite from the flat heater , plates on the flat surfaces of the measuring cell are made of hydrophobic material, the shape of which coincides with the shape of the measuring cell ki. As a hydrophobic material, polytetrafluoroethylene can be used.
Свойства гидрофобного материала позволяют ему не смачиваться жидкостью, с которой он контактирует. Поэтому вся исследуемая жидкая среда будет находиться только в измерительной ячейке. Существует большое число гидрофобных материалов, но лучшим гидрофобным материалом для использования в теплофизических измерениях жидких сред является политетрафторэтилен (фторопласт). Он относится к высокомолекулярным полимерным материалам и благодаря входящим в его состав атомам фтора обладает высокой химической стойкостью, которая выше чем у благородных металлов, например, платины. Политетрафторэтилен (ПТФЭ) практически нерастворим в жидких средах, в том числе даже в большинстве сильных органических растворителях. К преимуществам ПТФЭ относится и широкий температурный диапазон его работоспособности от -100 до +300 градусов Цельсия.The properties of the hydrophobic material allow it not to be wetted by the liquid with which it is in contact. Therefore, the entire investigated liquid medium will be located only in the measuring cell. There are a large number of hydrophobic materials, but the best hydrophobic material for use in thermophysical measurements of liquid media is polytetrafluoroethylene (fluoroplast). It belongs to high molecular weight polymeric materials and, due to its fluorine atoms, has high chemical resistance, which is higher than that of noble metals, for example, platinum. Polytetrafluoroethylene (PTFE) is practically insoluble in liquid media, including even in most strong organic solvents. The wide temperature range of its working capacity from -100 to +300 degrees Celsius also belongs to the advantages of PTFE.
На фигуре представлено заявляемое устройство со следующими обозначениями:The figure shows the inventive device with the following notation:
1 - тепловая изоляция;1 - thermal insulation;
2 - плоский нагреватель;2 - flat heater;
3 - измерительная ячейка;3 - measuring cell;
4 - измеритель температуры;4 - temperature meter;
5 - пластины из гидрофобного материала.5 - plates of hydrophobic material.
Устройство состоит из оболочки в виде тепловой изоляции 1, внутри которой размещен плоский нагреватель 2. На плоском нагревателе 2 установлена измерительная ячейка 3 из материала на основе супертонких кварцевых волокон. На противоположной от нагревателя стороне измерительной ячейки 3 установлен измеритель температуры 4 в виде термопары или термометра сопротивления. На плоских поверхностях измерительной ячейки 3 установлены пластины 5 из гидрофобного материала. Форма пластин 5 из гидрофобного материала совпадают с формой измерительной ячейки 3. Если ячейка 3 имеет квадратную или круглую форму, то и пластины 5 из гидрофобного материала имеют соответственно квадратную или круглую форму. Совпадение этих форм объясняется тем, чтобы исследуемая жидкая среда из измерительной ячейки 3 никогда не могла контактировать с нагревателем 2 или измерителем температуры 4.The device consists of a shell in the form of thermal insulation 1, inside of which a flat heater 2 is placed. On the flat heater 2 there is a measuring cell 3 made of a material based on superthin quartz fibers. On the side of the measuring cell 3 opposite to the heater, a temperature meter 4 is installed in the form of a thermocouple or resistance thermometer. On the flat surfaces of the measuring cell 3, plates 5 of a hydrophobic material are mounted. The shape of the plates 5 of the hydrophobic material coincide with the shape of the measuring cell 3. If the cell 3 has a square or round shape, then the plates 5 of the hydrophobic material are respectively square or round. The coincidence of these forms is explained by the fact that the studied liquid medium from the measuring cell 3 could never come into contact with the heater 2 or the temperature meter 4.
Процесс определения теплофизических характеристик жидких сред осуществляется следующим образом. Измерительную ячейку 3 заполняют исследуемой жидкой средой. На плоский электрический нагреватель 2 подают напряжение U в течение времени τ0, обеспечивая заданный тепловой импульс, а на противоположной стороне измерительной ячейки при помощи измерителя 4 определяют максимум температуры и время его достижения τмакс. Тогда температуропроводность а и теплопроводность λ жидкой среды определяются по известным формулам:The process of determining the thermophysical characteristics of liquid media is as follows. The measuring cell 3 is filled with the investigated liquid medium. A voltage U is applied to a planar electric heater 2 for a time τ 0 , providing a predetermined thermal pulse, and on the opposite side of the measuring cell, using a meter 4, determine the maximum temperature and the time it reaches τ max . Then the thermal diffusivity a and thermal conductivity λ of the liquid medium are determined by the known formulas:
где: c, s - теплоемкость и плотность жидкой среды;where: c, s - heat capacity and density of the liquid medium;
δ - толщина измерительной ячейки;δ is the thickness of the measuring cell;
A - коэффициент, зависящий от величины τмакс и условий теплообмена ячейки с окружающей средой.A is a coefficient depending on the value of τ max and the conditions of heat exchange of the cell with the environment.
Величина теплопроводности λ, полученная по вышеприведенной формуле, включает в себя как теплопроводность по каркасу материала на основе супертонких кварцевых волокон, так и по исследуемой жидкой среде. Однако, учитывая низкую теплопроводность материала на основе супертонких кварцевых волокон, величина которой на два порядка меньше теплопроводности жидкой среды, теплопроводность каркаса этого материала не вносит существенной погрешности в определение теплофизических характеристик исследуемой жидкой среды. При необходимости эта погрешность может быть сведена практически к нулю за счет учета величины теплопроводности каркаса материала, из которого изготовлена измерительная ячейка. Теплопроводность по каркасу материала на основе супертонких кварцевых волокон определяется экспериментально в условиях вакуума.The value of thermal conductivity λ, obtained by the above formula, includes both thermal conductivity along the skeleton of a material based on superthin quartz fibers, and the studied liquid medium. However, taking into account the low thermal conductivity of the material based on superthin quartz fibers, the value of which is two orders of magnitude lower than the thermal conductivity of the liquid medium, the thermal conductivity of the skeleton of this material does not introduce a significant error in the determination of the thermophysical characteristics of the studied liquid medium. If necessary, this error can be reduced to almost zero by taking into account the thermal conductivity of the frame of the material from which the measuring cell is made. Thermal conductivity along the skeleton of a material based on superthin quartz fibers is determined experimentally in a vacuum.
Изготовление измерительной ячейки из материала на основе супертонких кварцевых волокон (диаметр волокна 1-3 микрона) обусловлено его высокой пористостью (до 98%), неизменностью геометрических размеров при нагреве, а также малой теплопроводностью по каркасу (не более 0,015 Вт/мК).The manufacture of a measuring cell from a material based on superthin quartz fibers (fiber diameter of 1-3 microns) is due to its high porosity (up to 98%), unchanged geometric dimensions when heated, and low thermal conductivity along the frame (not more than 0.015 W / mK).
Предлагаемое устройство было апробировано при определении теплопроводности воды при температуре +20 градусов Цельсия. Табличное значение теплопроводности воды при этой температуре составляет 0,599 Вт/мК, а величина теплопроводности, полученная на предлагаемом устройстве - 0,601 Вт/мК. Погрешность искомой характеристики составляет всего 0,3%, что является очень хорошим результатом.The proposed device was tested in determining the thermal conductivity of water at a temperature of +20 degrees Celsius. The tabular value of the thermal conductivity of water at this temperature is 0.599 W / mK, and the thermal conductivity obtained on the proposed device is 0.601 W / mK. The error of the desired characteristic is only 0.3%, which is a very good result.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011105859/28U RU105460U1 (en) | 2011-02-17 | 2011-02-17 | DEVICE FOR DETERMINING THERMOPHYSICAL CHARACTERISTICS OF LIQUID MEDIA |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011105859/28U RU105460U1 (en) | 2011-02-17 | 2011-02-17 | DEVICE FOR DETERMINING THERMOPHYSICAL CHARACTERISTICS OF LIQUID MEDIA |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU105460U1 true RU105460U1 (en) | 2011-06-10 |
Family
ID=44737226
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011105859/28U RU105460U1 (en) | 2011-02-17 | 2011-02-17 | DEVICE FOR DETERMINING THERMOPHYSICAL CHARACTERISTICS OF LIQUID MEDIA |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU105460U1 (en) |
-
2011
- 2011-02-17 RU RU2011105859/28U patent/RU105460U1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102384928B (en) | Method for measuring thermal conductivity of high-conductivity thermal solid material | |
| Paul et al. | Thermal performance of ionic liquids for solar thermal applications | |
| Zhang et al. | Measurements of the thermal conductivity and thermal diffusivity of polymers | |
| RU2387981C1 (en) | Method for complex detection of thermal characteristics of materials | |
| CN103411996A (en) | Measuring equipment and measuring method for heat conductivity coefficients of solid materials | |
| CN108051472B (en) | Method for rapidly measuring high-temperature thermophysical property parameters of material | |
| CN113138207B (en) | System and method for testing thermal diffusion coefficient of orthotropic solid material | |
| Loong et al. | A review on measurement techniques of apparent thermal conductivity of nanofluids | |
| Karamati et al. | Strong linearity and effect of laser heating location in transient photo/electrothermal characterization of micro/nanoscale wires | |
| CN110220940A (en) | A kind of irregular sample heating conduction test method | |
| CN105572163B (en) | Heat conducting coefficient measurement device under concrete drying regime | |
| CN203798759U (en) | Glass thermophysical property tester | |
| CN115184707A (en) | Device and method for measuring electrothermal conversion efficiency | |
| CN104215660A (en) | Method and system capable of simultaneously testing heat conduction coefficient and heat diffusion rate of solid material | |
| RU105460U1 (en) | DEVICE FOR DETERMINING THERMOPHYSICAL CHARACTERISTICS OF LIQUID MEDIA | |
| CN103245692B (en) | Steady-state analysis-based method for measuring hemispherical total emissivity and heat conduction coefficient | |
| CN1252466C (en) | Method and device for measuring thermal conductivity | |
| Low et al. | Thermal conductivity of soils by the needle probe method, for energy foundation applications | |
| CN107589147A (en) | It is a kind of to measure soil body thermal conductivity factor and the device and method of resistivity simultaneously | |
| RU116640U1 (en) | DEVICE FOR DETERMINING THERMOPHYSICAL CHARACTERISTICS OF LIQUID MEDIA | |
| CN115326866B (en) | A method and device for calculating thermal conductivity of rock based on finite volume method | |
| Al-Amayreh | Experimental study of thermal conductivity of ethylene glycol water mixtures | |
| RU93986U1 (en) | DEVICE FOR DETERMINING THERMOPHYSICAL CHARACTERISTICS OF LIQUID MEDIA | |
| CN103267772B (en) | Transient analysis-based hemispherical total emittance measurement method for large-temperature difference sample | |
| RU2421711C2 (en) | Method for nondestructive inspection of system of thermal and physical characteristics of solid construction materials |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20110723 |