SU1755152A1

SU1755152A1 - Устройство дл определени теплофизических свойств материалов

Info

Publication number: SU1755152A1
Application number: SU904889715A
Authority: SU
Inventors: Александр Анатольевич Липаев
Original assignee: Казанский государственный университет им.В.И.Ульянова-Ленина
Priority date: 1990-12-10
Filing date: 1990-12-10
Publication date: 1992-08-15

Abstract

Использование: в измерительной технике , в частности при определении теплофизи- ческих свойств пористых материалов путем воздействи на исследуемый образец раз- ноосного внешнего и внутрипорового давлений . Сущность изобретени : в устройство введена система задани и регистрации осевой нагрузки, подп тник и поршень, вход щий в отверстие крышки рабочей камеры, причем подп тник и поршень вл ютс одновременно первым и вторым эталонами, теплопроводность и температуропроводность которых удовлетвор ют соотношению , приведенному в формуле изобретени . 1 ил.

Description

Изобретение относитс к измерительной технике, в частности к устройствам дл определени теплофизических свойств материалов , например, образцов горных пород при воздействии на них разносного внешнего и внутрипорового давлений

Известно устройство дл измерени теплопроводности твердых веществ методом стационарного теплового потока, содержащее автоклав с крышкой, термопары, основной и охранный нагреватели, холодильник , сильфон герметически соедин ющий охранный нагреватель с крышкой автоклава, пружиненные капилл ры дл термопар и токоподводов нагревателей, установленные в отверсти х крышки автоклава и нагревателей.

Основными недостатками этого устройства вл ютс : длительность процесса измерени , обусловленна временем выхода на стационарный режим невозможность определени всего комплекса теплофизических свойств исследуемого материала; отсутствие воздействи на образец внутрипорового давлени , что не позвол ет определ ть теплопроводность образцов горных пород в услови х приближенных к пластовым .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому вл етс устройство дл определени теплофизических свойств материалов, которое содержит рабочую камеру с крышкой, дл эталона, расположенные с зазором дл исследуемого образца, окруженном непроницаемой оболочкой, закрепленной на боковой поверхности эталонов , плоский источник тепловых колебаний, помещенный на границе одного эталона с зазором и соединенный через генератор тепловых колебаний с блоком управлени и регистрации, две дифференциальные термопары , помещенные кажда в эталоне и подключенные через предварительный усилитель посто нного токак системе управлени и регистрации, систему задани давлени , один канал которой св зан с

(Л

ю

лостью, образованной непроницаемой оболочкой и торцами эталонов, а второй подключен к рабочей камере 2.

Однако, известное устройство не предусматривает воздействи на исследуемый образец разностного давлени , что не позвол ет определ ть теплофизические свойства образцов горных пород в услови х сложнонапр женного состо ни , характерного дл их естественного залегани , и вли ет на достов ерность получаемых результатов,

Цель изобретени - расширение области применени за счет возможности определени теплофизических свойств пористых материалов при воздействии на образец разностного внешнего и внутрипо- рооого давлений и повышение точности.

Поставленна цель достигаетс тем, что в устройство, содержащее рабочую камеру с крышкой, два эталона, расположенные с зазором дл исследуемого образца, окруженном непроницаемой оболочкой, закрепленной па боковой поверхности эталонов, пло(. ий источник тепловых колебаний, помещенный на границе первого эталона с зазором и соединенный через генератор тепловых колебаний с блоком управпени и регистрации, дифференциальную термопару , помещенную на торцах второго эталона и подключенную через предварительный усилитель посто нного тока к системе управлени и регистрации, систему задани давлени , один канал которой св зан с полостью , образованной непроницаемой оболочкой и торцами эталонов, а второй подключен к рабочей камере, дополнительно введена система задани и регистрации осевого давлени , первый эталон выполнен в виде подп тника, второй эталон- поршн , вход щего в отверстие крышки рабочей камеры , а теплофизически свойства эталонов удовлетвор ют отношению

1

20,

где Л и а - соответственно, теплопроводность и температуропроводность первопэ и второго эталонов.

Предлагаемое устройство представлено на чертеже.

Устройство дл определени теплофи- зических свойств материалов содержит внешний термостат 1, корпус рабочей камеры высокого давлени 2 с крышкой, имеющий отверстие дл выхода поршн , затвор 3 с предохранительным кольцом 4, крышку 5, струбцину 6, давильный патрон, состо

щий из корпуса 7 и поршн 8, манометр 9, индикатор 10, поршень (2-ой эталон) 11 с помещенной в нем дифференциальной термопарой 12, исследуемый образец 13, не5 проницаемую оболочку 14, плоский источник тепловых колебаний 15, размещенный на торце первого эталона (подп тника ) 16, гидравлический насос 17 переменного внутрипорового давлени с

10 подвод щим трубопроводом и краном 10, манометром 19, предварительный усилитель посто нного тока 20, аналого-цифровой преобразовашль 21, миниЭВМ 22, генератор тепловых колебаний 23, гмдрав15 лический насос переменного давлени бокового обжати 24 с краном 25, подвод щим трубопроводом 26 и манометром 27.

Теп офмзические свойства материалов, в т.ч. горных пород-коллекторов определ 20 ютсл на образцах в форме пластины толщиной от единиц миллимеров до 20 мм. Полуограниченное тело (1-ый эталон) 16 выполн етс из фторопласта, обладающего

низкими значени ми параметра -т

V 31

- 0,78 103, Вт с° 5/(м2К), его длина составл ет 15 мм. Дл предотвращени ползучести эталон из фторопласта вмонтирован в4днище камеры высокого давлени . На торце 1-го эталона методом напылени нанесен плоский электронагреватель изолированный пт контакта с образцом. Полуограниченное тело 11 (2-ой эталон) выполнено из низкотеплопроводной нержавеющей стали

( 1°3 Втс°5/(м2К)) длиною 80 мм. Рабочий спай дифференциальной термопары Хромель-копель вмонтирован во 2-ой этапом на рассто нии 2 мм от торца, нахо40 д щегос в контакте с образцом, а холодный спай расположен на рассто нии, обеспечивающем затухание амплитуды температурных колебаний в эталоне до величины 0,1 % от амплитуды температурных колебаний на

45 границе контакта с исследуемым образцом. Непроницаема оболочка 14, в которую заключаетс исследуемый образец 13, изготовлена из термостойкой резины.

Осевое давление до 100 МПа на иссле50 дуемый образец создаетс давильным патроном и фиксируетс манометром 9, укрепленном на давипьном патроне. Перемещение поршн 11 регистрируетс индикатором 10. Полость камеры высокого

55 давлени 2 с помощью трубопровода 26 соедин етс с гидравлическим насосом высокого давлени 24 и боковое давление на образец до 100 МПа, контролируемое манометром 27, создаетс обжатием его через

25

30

35

непроницаемую оболочку. Давление в порах исследуемого образца до 100 МПа задаетс насосом высокого давлени 17 и контролируетс манометром 19. Камера высокого давлени помещаетс во внешний термостат 1, обеспечивающий равномерный нагрев и термостатирование исследуемого образца в диапазоне температур 20 - 200°С.

Генератором тепловых колебаний 23 с помощью плоского источника 15 задаютс колебани теплового потока пр моугольной формы фиксированной частоты и амплитуды . По прошествии некоторого времени в системе контактирующих тел возникают периодические колебани температуры, которые затухают в полуограниченных телах 11 и 16. С помощью дифференциальной термопары 12 изменение температуры преобразуетс в электрический сигнал, который после усилени предварительным усилителем посто нного тока 20 переводитс в цифровую форму аналого-цифровым преобразователем 21 и вводитс в ЭВМ 22. ЭВМ осуществл ет управление генератором тепловых колебаний 23 и аналого-цифровым преобразователем 21, а также производит обработку первичной информации и расчет теплофизических свойств.

Устройство дл определени тепло- физических свойств материалов имеет широкие функциональные возможности измерений при вариаци х осевого и бокового нагружени , внутрипорового давлени в исследуемом образце, и хорошие метрологические характеристики. Длина тепловой чейки в предлагаемом устройстве на 30% меньше, чем в прототипе, соответственно, меньше и размер внутренней полости рабочей камеры при одновременном расширении функциональных возможностей. В качестве 1-ого эталона могут быть применены другие более эффективные теплоизол - торы, при этом обща длина рабочей камеры еще более уменьшитс , а точность определений возрастет.

Параллельное многократное проведение измерений на образцах из стекла KB при всестороннем давлении показывает, что разброс значений теплопроводности и

температуропроводности в предлагаемом изобретении на 0,3% меньше, чем в прототипе .

Таким образом, предлагаемое устройство позвол ет проводить определение тепло- физических свойств пористых материалов при воздействии на образец разностного внешнего и внутрипорового давлений и повышает точность измерени .

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и

Устройство дл определени теплофизических свойств материалов, содержащее рабочую камеру с крышкой, два эталона, располох енные с зазором дл исследуемого образца, окруженного непроницаемой оболочкой, закрепленной на боковой поверхности эталонов, плоский источник тепловых колебаний, помещенный на границе первого эталона с зазором и соединенный

через генератор тепловых колебаний с блоком управлени и регистрации, дифференциальную термопару, помещенную на торцах второго эталона и подключенную через предварительный усилитель посто нного тока к системе управлени и регистрации, систему задани давлени , один канал которой св зан с полостью, образованной непроницаемой оболочкой и торцами эталонов, а второй подключен к рабочей камере , отличающеес тем, что, с целью расширени области применени за счет определени теплофизических свойств пористых материалов при воздействии на образец разноосного внешнего и внутрипорового давлени повышени точности, оно дополнительно содержит систему задани и регистрации осевого давлени , первый эталон выполнен в виде подп тника, второй эталон - поршн , вход щего в отверстие крышки рабочей камеры, а теплофизи- ческие свойства эталонов удовлетвор ют соотношению

45

20,

50

где AJ и ai - соответственно теплопроводность и температуропроводность первого и второго эталонов

Claims

Формула изобретения

Устройство для определения теплофизических свойств материалов, содержащее рабочую камеру с крышкой, два эталона, расположенные с зазором дляи сел еду е м ого образца, окруженного непроницаемой оболочкой, закрепленной на боковой поверхности эталонов, плоский источник тепловых колебаний, помещенный на границе первого эталона с зазором и соединенный через генератор тепловых колебаний с блоком управления и регистрации, дифференциальную термопару, помещенную на торцах второго эталона и подключенную через предварительный усилитель постоянного тока к системе управления и регистрации, систему задания давления, один канал которой связан с полостью, образованной непроницаемой оболочкой и торцами эталонов, а второй подключен к рабочей ка_мере, отличающееся тем, что., с целью расширения области применения за счет определения теплофизических свойств пористых материалов при воздействии на образец разноосного внешнего и внутрипорового давления повышения точности, оно дополнительно содержит систему задания и регистрации осевого давления, первый эталон выполнен в виде подпятника, второй эталон - поршня, входящего в отверстие крышки рабочей камеры, а теплофизические свойства эталонов удовлетворяют соотношению ’ где Λ и ai - соответственно теплопроводность и температуропроводность первого и второго эталонов.

'* »*