Разработка полигармонического метода температурных волн и устройства для контроля температуропроводности твердых изотропных материалов

• Автор: Артюхина, Екатерина Леонидовна
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Тамбов
• Количество страниц: 120 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 Обзор методов температурных волн
Выводы и постановка задач исследования
2 Разработка полигармонического метода регулярного режима третьего рода для контроля температуропроводности твердых материалов
2.1 Теоретические основы полигармонического метода температурных волн
2.2 Задача теплопереноса при задании граничных условий первого рода в виде произвольной периодической функции
2.2.1 Физическая модель теплопереноса
2.2.2 Математическая модель теплопереноса при измерении температуропроводности
2.2.3 Решение прямой задачи теплопереноса в случае задания на границе произвольной периодической функции
2.2.4 Постановка и решение обратной задачи теплопереноса в случае задания произвольной периодической функции
2.3 Решение задачи теплопереноса в случае задания граничного условия первого рода в форме трапеции
2.3.1 Физическая модель теплопереноса
2.3.2 Математическая модель теплопереноса
2.3.3 Решение прямой задачи теплопереноса
2.3.4 Решение обратной коэффициентной задачи теплопроводности
Выводы по второй главе

3 Применение полигармонического метода регулярного режима третьего рода для контроля температуропроводности твердых материалов в случае задания граничного условия первого рода в форме меандра
3.1 Физическая модель измерительного модуля
3.2 Математическая модель теплопереноса в случае задания
температуры на поверхности в форме меандра
3.3 Решение прямой задачи теплопроводности
3.4 Постановка коэффициентной задачи теплопроводности в случае
задания температуры на поверхности в форме меандра
3.5 Решение коэффициентной задачи теплопроводности в случае
задания температуры на поверхности в форме меандра
3.5.1 Методика определения температуропроводности по
времени запаздывания
3.5.2 Методика контроля температуропроводности твердых
изотропных материалов по амплитудам
Выводы по третьей главе
4 Разработка автоматизированной системы измерения температуропроводности и оценка метрологических характеристик
4.1 Автоматизированная система измерения температуропроводности
4.1.1 Устройство для измерения температуропроводности
образца исследуемого материала
4.1.2 Описание автоматизированной системы измерения
температуропроводности твердых материалов
4.2 Метрологическое обеспечение методов и устройств
4.2.1 Оценка предельных и среднеквадратичных погрешностей метода температурных волн при реализации температурного возмущения в форме меандра

4.2.2 Оценка предельных и среднеквадратичных погрешностей метода температурных волн при реализации температурного возмущения в форме трапеции
4.2.3 Сравнительный анализ областей применения решений для случаев задания граничных условий в виде меандра и трапеции
4.2.4 Оценка погрешности определения а по одномерной модели
4.2.5 Результаты эксперимента по определению коэффициентов температуропроводности образцовых материалов
Выводы по четвертой главе
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
Приложение. Акт о внедрении

близких к комнатной, исследуются массивные образцы диаметром 100 мм и длиной до 80 мм.
Для периодического нагрева применен световой источник, мощность которого изменяется по синусоидальному закону с помощью сложного механического устройства.
В работе [109] описана другая разновидность методики плоских температурных волн, в которой испытываемый образец в форме плоского диска помещается между тонким медным диском и полуограниченным эталонным телом с близкими к образцу тепловыми свойствами. Периодический нагрев задается плоским нагревателем на нижней стороне медного диска, температура измеряется на верхней стороне этого диска и на нижней стороне эталонного тела, т.е. датчики температуры не внедряются в образец. При измерениях делается коррекция результатов на термические контактные сопротивления.
В. Е. Зиновьевым и его учениками разработана экспериментальная установка по методу плоских температурных волн для определения температуропроводности и теплоемкости горных пород при воздействии всесторонних давлений до 250 МПа и температур до 600 К на образцах в форме пластин диаметром 30 мм и высотой 10 мм [63]. В этой тепловой схеме тонкий малоинерционный нагреватель, задающий периодический нагрев, располагается между исследуемым образцом и эталоном того же размера. Колебания температуры на противоположных от нагревателя поверхностях образца и эталона регистрируются с помощью термопар. В установке процесс измерения автоматизирован.
К недостаткам аппаратуры [63] относится неудачное размещение фонового электронагревателя, предназначенного для задания температуры опыта, внутри камеры высокого давления. При проведении высокотемпературных измерений в. ней возникают конвективные перетоки жидкости, передающей на образец давление, что увеличивает потери тепла с боковых поверхностей образцов и, вследствие этого, существенно влияет на строгость выполнения граничных