ТЕПЛОФИЗИКА ТВЕРДОГО ТОПЛИВА

МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТВЕРДЫХ ГОРЮЧИХ ИСКОПАЕМЫХ

Количество экспериментальных методов, применяемых для определения теплофизических характеристик твердых тел, в на­стоящее время столь велико, что даже систематизация их пред­ставляет немалые трудности [38]. В то же время число мето­дов, пригодных и действительно применяемых для определения теплоемкости, тепло - и температуропроводности твердых горю­чих ископаемых, сравнительно невелико, хотя они достаточно разнообразны.

Чаще всего экспериментальное определение теплофизиче­ских свойств твердого топлива предпринимается в рамках дру­гой, более широкой задачи, которая может состоять, например, в анализе и совершенствовании технологии, получении допол­нительной информации о его структуре и т. п. При этом эф­фективность исследования в целом в большой мере зависит от того, насколько используемый метод отвечает поставленной задаче. В соответствующих разделах настоящей работы будет показано, что условия экспериментов оказывают существенное влияние не только на количественную оценку, но и на качест­венные зависимости теплофизических характеристик твердого топлива, особенно при высокотемпературных измерениях. Это следует учитывать при выборе метода определения теплофизи­ческих свойств, а также при анализе литературных данных.

Все многообразие существующих методов определения ко­эффициентов тепло - и температуропроводности, а отчасти так­же методов определения теплоемкости основано на решениях дифференциального уравнения теплопроводности:

(IV.!)

Где Т — температура; т — время; р — плотность материала; С — его теплоемкость; х, у, г-—пространственные координаты; № — объемная мощность внутреннего источника тепла.

Наиболее общая систематизация этих методов состоит в их разделении на стационарные и нестационарные.

Стационарные методы основаны на использовании теплового режима, отвечающего наиболее простому случаю,

Когда левая часть уравнения (IV. 1 ) равна нулю, т. е. темпера турное поле в образце является функцией координат и не зави сит от времени.

Стационарные методы пригодны только для определения ко эффициеита теплопроводности. Температуропроводность этим методами определить невозможно, так как само это понятие ут рачивает смысл, если температурное поле стабильно во вре мени[3].

Недостатками стационарных методов являются также боль шая продолжительность опытов, обусловленная медленной ста билизацией температурного поля в плохо проводящих материа л ах, невозможность получения непрерывной температурной за висимости коэффициента теплопроводности, а также трудно сти, связанные с поддержанием требуемых условий на грани цах образца. Вследствие этих недостатков стационарны методы в последнее время быстро вытесняются, а их применени в случае твердых горючих ископаемых ограничивается, ка правило, невысокими температурами (ниже температуры на чала разложения).

Группа нестационарных методов гораздо более об ширйа и включает в себя выделяемые обычно в отдельные по - группы методы регулярного теплового режима, квазистацио’ нарные и импульсные методы и др.

Методы регулярного теплового режима, теория кото рых разработана Г. М. Кондратьевым [39], основаны на зако номерностях нагрева или охлаждения тела в среде постоянно" температуры и позволяют с помощью простой аппаратуры oit ределять коэффициент температуропроводности в небольши температурных интервалах.

Еще более широкие возможности открывает другая подгруп па нестационарных методов — методы квазистационарно г о теплового режима, идея и теоретическое обоснование к" торых для ряда важных случаев принадлежат А. В. Лыков [40]. Достоинством этих методов является легко осуществима возможность широкотемпературных измерений. Квазистацио нарный режим, предполагающий линейное изменение темпера, туры любой точки тела во времени, является переходны между начальным чисто нестационарным и последующим стаци'- нарным режимами. Он может быть реализован при разных гра ничных условиях, использование которых в сочетании с ра личной формой испытуемых тел породило большое ЧИСЛО KS зистационарных методов определения теплофизических свойе

Общим и важным преимуществом нестационарных методо' обусловившим их широкое распространение, является просто­та, а также возможность получения в одном непродолжитель­ном опыте непрерывной температурной зависимости теплоемко­сти, тепло - или температуропроводности, а иногда всех этих характеристик.