Погрешности и условия применения импульсных методов определения теплофизических характеристик материалов

• Автор: Кац, Марк Давыдович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 123 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ ИМПУЛЬСНЫМИ МЕТОДАМИ
1.1. Усовершенствование техники эксперимента определения теплофизических характеристик материалов методом импульсного лазерного нагрева
1.2. Аналитические и численные решения задач теплопереноса в материале при импульсном лазерном нагреве
2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ТЕПЛОПЕРЕНОСА ПРИ ЛАЗЕРНОМ ИМПУЛЬСНОМ НАГРЕВЕ И МЕТОД ЕЕ РЕШЕНИЯ
2.1. Физическая постановка задачи
2.2. Одномерная задача теплопроводности при воздействии импульса лазерного нагрева конечной длительности и интенсивности
2.3. Метод решения
2.4. Двухмерная задача теплопроводности при воздействии импульса лазерного нагрева конечной длительности и интенсивности
2.5. Трехмерная задача теплопроводности при воздействии импульса лазерного нагрева конечной длительности и интенсивности
2.6. Тестирование математических моделей и метода решения
3. ЧИСЛЕННЫЙ АНАЛИЗ ПОГРЕШНОСТЕЙ И УСЛОВИЙ ПРИМЕНЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ
3.1. Анализ влияния конвективного и лучистого теплообмена на
результаты определения теплофизических характеристик
импульсными методами
3.2. Влияние типа материала на результаты определения теплофизических характеристик импульсными методами
3.3. Влияние длительности импульса лазерного луча на результаты определения теплофизических характеристик импульсными
методами
3.4. Анализ влияния локальности воздействия в условиях энергетической однородности лазерного луча на результаты определения теплофизических характеристик импульсными
методами

3.5. Влияние локальности воздействия и энергетической неоднородности лазерного луча на погрешности определения теплофизических характеристик импульсными методами
3.6. Анализ влияния неодномерности процесса теплопереноса в материале на результаты определения теплофизических характеристик импульсными методами
3.7. Обобщение полученных результатов. Рекомендации по
применению методов импульсного нагрева для определения
теплофизических характеристик материалов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время ежегодно создаются новые конструкционные материалы, такие как металлополимерные композиты, наноматериалы, аморфные магнитные сплавы, сплавы для изготовления дисков турбин, вольфраматы кальция- и бария для лазеров, механически легированные композиционные материалы для аэрокосмической техники, материалы специальных защитных покрытий и многие другие, которые обладают определенными преимуществами по сравнению с известными [1-10].
Важнейшими характеристиками любых конструкционных материалов являются теплофизические (ТФХ): удельная теплоемкость с, коэффициенты теплопроводности Я и температуропроводности а [11-24]. В связи с растущими объемами испытательных, исследовательских и производственных задач в энергетике, машиностроении, строительстве для достоверного определения ТФХ постоянно разрабатываются новые и совершенствуются известные методы их определения [17-24].
Существующая в настоящее время общепринятая классификация разделяет методы определения теплофизических характеристик материалов на стационарные и нестационарные [11-17, 20 21]. Эта классификация базируется на решении-уравнения теплопроводности для образца материала определенной геометрической формы с соответствующими граничными и начальными условиями.
Стационарные методы отличаются тем, что распределение температуры в образцах не зависит от времени и сложным образом связано с геометрией тела, его ТФХ, граничными и начальными условиями. Недостатками стационарных методов являются длительность установления необходимого теплового режима при заданной температуре и измерение только одного теплофизического параметра [11-17, 20 21].
Нестационарные методы определения ТФХ материалов основаны на временном изменении температурного поля в исследуемом материале и

автором диссертации. Целью данного исследования является также анализ возможности применения импульсных методов для определения ТФХ материалов с низкой теплопроводностью.
2.1. Физическая постановка задачи
Рассматривается нестационарная нелинейная задача теплопроводности в образце материала при локальном воздействии на его поверхность теплового импульса конечной величины и конечной временной протяженности. Температура исследуемого материала в начальный момент времени постоянна и равна Т0. Участок «горячей» поверхности (х = 0) нагревается импульсом энергии с плотностью ц (рис. 2.1).
Рис.2.1. Схема области решения: Ь - толщина, Н - ширина, 2 - высота образца; (у2,У — г2’г) ~ размеры зоны лазерного нагрева; д - плотность теплового потока.
При этом происходит нагрев приповерхностного слоя материала с дальнейшим процессом теплопереноса внутри образца. Учитывается

У1 У2 НУ