ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Основы теплового расчета калориметров ДК из "Теплофизические измерения в монотонном режиме " Рассмотренные в 3-2 схемы с-калориметров (рис. 2-6 и 2-7) предназначаются для проведения многократных теплофизических исследований и удовлетворяют основным требованиям современной приборостроительной практики. В двух следующих главах будет показано, что калориметры такого типа (условимся называть их калориметрами ДК-400) могут использоваться не только для измерений теплоемкости, но также теплопроводности и температуропроводности. В них удается сохранить в унифицированном виде все вспомогательные узлы и даже часть деталей измерительной системы. Таким образом, анализ теплового режима калориметров типа ДК-400 можно рассматривать как самостоятельную задачу, результаты которой будут одинаково полезны при тепловом расчете как калориметров типа ДК-с-400, так и калориметров типа ДК-а-400 (см. 3-1 — 3-4) и ДК-Я-400 ( 4-1—4-5). [c.38] Калориметрическое устройство ДК-400, как следует из его описания в 2-2, несет несколько функциональных нагрузок. С его помощью обеспечивается заданный режим разогрева образца, осуществляются все необходимые тепловые и температурные измерения, реализуются предпосылки и ограничения метода и, наконец, производится принудительное охлаждение образца перед опытом и после него. Оптимально спроектированное калориметрическое устройство должно удовлетворять различным и подчас противоречивым требованиям, разрешить которые можно только в процессе комплексного теплового расчета. [c.38] Скорость разогрева является одним из определяющих параметров опыта во всех методах монотонного режима и обязательно входит во все основные и поправочные члены расчетных формул. От ее величины обычно зависят границы применения метода, перепады температуры в измерительной системе и образце, конкретные значения отдельных поправок. Чтобы убедиться в этом, достаточно обратиться к расчетным формулам (2-6), (2-12). [c.38] В рабочих опытах скорость разогрева основных деталей измерительной системы чаще всего определяется непосредственно. Это обстоятельство существенно упрощает задачу анализа теплового режима калориметров, так как он нужен только на этапе проектирования, чтобы обеспечить в рабочих опытах разогрев измерительной системы с оптимальной скоростью, величина которой отыскивается из соотношения (2-12). Расчетные зависимости для нее могут быть весьма грубыми. [c.38] Коэффициент Ьуоб/Ья в выражении (2-14) зависит от формы оболочки и режима опыта. В реальных калориметрах наружная поверхность оболочки обычно принудительно термостатируется, а форма ее ближе всего к сферической, поэтому для приближенных расчетов можно принимать 1/5. [c.39] Здесь khx, кся, kpot, k%o6 — относительные температурные коэффициенты изменения скорости разогрева ядра, суммарной его теплоемкости, теплового сопротивления оболочки и ее теплопроводности. [c.39] Согласно зависимости (2-18), разогрев ядра тем ближе к линейному, чем значительней превышает верхний уровень рабочих температур опыта, т. е. чем больше мощность нагревателя W и сопротивление оболочки Роб/ я- Однако увеличение W неизбежно влечет за собой рост скорости разогрева ядра Ь (т). [c.39] Практика показала, что во многих случаях разогрев калориметра источником постоянной мощности приводит к удовлетворительным результатам. Однако, несмотря на это, часто по эксплуатационным соображениям целесообразно разогревать ядро со скоростью, изменяющейся за время опыта не более чем на 20— 30%, независимо от ширины температурного диапазона. Одним из главных соображений в пользу такого ограничения является стремление сохранить на протяжении опыта приблизительно постоянные значения экспериментально измеряемых электрических (температурных и тепловых) сигналов, чтобы в процессе опыта не возникла необходимость изменять шкалы электроизмерительных приборов. [c.40] Рассмотренный способ приближенной линеаризации разогрева калориметра является весьма гибким и позволяет проводить опыты с самыми разными скоростями, сохраняя нелинейность разогрева в пределах I 1 10 граЭ . [c.40] Температурное поле ядра. Принятая ранее предпосылка о равномерном температурном поле Б ядре была оправдана только при анализе закона разогрева калориметра. В реальных условиях между отдельными деталями ядра, а также внутри самих деталей в процессе опыта возникают перепады температуры, соизмеримые с рабочими перепадами в измерительной системе и образце. От величины и воспроизводимости указанных перепадов во многом зависит надежность и точность измерений, поэтому на этапе проектирования калориметра приходится оценивать их ожидаемые значения. [c.40] Воспользуемся для наглядности рис. 2-6 и 2-7. Основной практический интерес обычно представляет оценка перепадов температуры между блоком 3, основанием 4 и колпаками 7, 6. Анализ их нужен для выбора оптимальных размеров указанных деталей ядра и удачного сочленения между ними. В случае, когда колпак 7 снабжен нагревателем (рис. 2-6) и выполняет функции адиабатной оболочки, анализу должны подлежать два крайних режима работы оболочки режим пассивного разогрева W = 0) и режим разогрева при непрерывно включенном нагревателе. [c.40] Выше отмечалось, что помимо анализа перепадов температуры между отдельными деталями ядра практический интерес может представлять также анализ перепадов внутри отдельных деталей. Особенно это относится к деталям измерительной системы, в частности к колпаку 7 и стакану 8 (рис. 2-6 и 2-7). Однако для деталей измерительных систем в калориметрах ДК-400 характерно индивидуальное оформление, поэтому анализ их температурных полей в каждом случае должен проводиться самостоятельно. Единственной общей деталью всех калориметров (из тех деталей, перепады температуры в которых могут представить интерес) является наружный колпак 6. [c.42] Здесь Ig означает эффективную высоту колпака, включающую также и развертку его торца. [c.42] Следующими этапами теплового расчета калориметра являются выбор электрических параметров основного (в блоке) и вспомогательного (в адиабатной оболочке) нагревателей, выбор и расчет систем водяного и азотного охлаждения ядра и кожуха теплозащитной оболочки. Приемы такого рода расчетов хорошо известны. [15, 26]. [c.43] Вернуться к основной статье