МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ГЕОСИСТЕМ И ТЕХНОЛОГИЙ»
(СГУГиТ)
LXIII
СТУДЕНЧЕСКАЯ НАУЧНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ,
посвященная 70-летию Победы
в Великой Отечественной войне
30 марта – 4 апреля 2015 года
СБОРНИК ТЕЗИСОВ ДОКЛАДОВ
Новосибирск
СГУГиТ
2015
УДК 681.2:536.6
О. И. Кирсанова, СГУГиТ
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ЧЕРНОТЫ
ПОВЕРХНОСТЕЙ В СИСТЕМЕ ДВУХ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ПЛОСКОСТЕЙ
Определение коэффициента черноты является актуальной задачей метрологического обеспечения
оптико-физических и температурных измерений. Контроль и измерения тепловых потоков необходимы
для многих отраслей промышленности, науки и техники, а также для решения вопросов рационального
использования энергетических ресурсов.
Цель работы заключается в исследовании метода измерения коэффициента черноты поверхностей
в системе двух параллельных плоскостей.
Для решения многих задач энергосбережения становятся все более востребованными надежные
данные по коэффициенту черноты поверхности теплоэнергетических объектов. От значений этого
коэффициента зависит интенсивность радиационного теплообмена объектов с окружающей средой, доля
которого от суммарного теплообмена, даже вблизи комнатных температур, может достигать десятков
процентов и становится преобладающей при высоких температурах и при теплообмене в условиях
вакуума.
Единственным надёжным способом определения значений коэффициента черноты являются его
измерения на образцах конкретных материалов и покрытий. Измерения интегрального
полусферического коэффициента черноты обычно основаны на законах теплообмена двух тел, имеющих
разные температуры. Интенсивность теплообмена (плотность теплового потока) в этом случае зависит
от коэффициентов 1 и 2 черноты их поверхности и разности четвертой степени значений Т 1 и Т2
абсолютной температуры этих тел. При этом приведённый (эффективный) коэффициент 12 черноты
обычно является сложной комбинацией коэффициентов 1 и 2 черноты, зависящей от формы и
взаимного расположения тел. Наиболее надежные результаты обеспечивает калориметрический метод
измерений, использующий систему тел, в которой одно тело находится внутри другого тела (оболочки).
Недостатком такого метода является то, что он может быть реализован только в виде достаточно
сложных и громоздких измерительных установок, содержащих вакуумную систему, устройства
охлаждения и термостатирования, а также средства точных измерений плотности теплового потока и
температуры поверхности. Поэтому такие установки не предназначены для широкого применения в
испытательных и измерительных лабораториях в качестве мобильных измерительных приборов.
Основным прибором для определения коэффициента черноты является прибор терморадиометр
«ТРМ-И», который предназначен для качественной оценки коэффициента теплового излучения
исследуемых поверхностей и позволяет проводить ориентировочные измерения коэффициента
теплового излучения по модели черного тела.
Кроме того, коэффициент черноты можно определить с помощью пирометра, а также устройства
для измерения спектрального коэффициента излучения серых тел, терморадиометра для измерения
степени черноты материалов «Терм», устройства для определения степени черноты сыпучих материалов
и др.
Принцип работы установки для измерений коэффициента черноты. Изобретение относится к
устройствам для измерений интегрального коэффициента черноты калориметрическим способом,
основанным на зависимости радиационного теплового потока при теплообмене двух тел с разными
температурами от коэффициента черноты их поверхности.
На одну из поверхностей каждой пластины наносят исследуемое покрытие. Пластину 1 с
покрытием, обращённым в сторону зазора, устанавливают на ДТП 1, размещѐнный на батарее Пельтье 1.
Сверху на пластине последовательно размещают ограничитель зазора, пластину 2 с обращённым в
сторону зазора покрытием, теплоизоляцию, ДТП 2 и батарею Пельтье 2. ДТП подключают к измерителю
сигналов, а датчики температуры – к источнику тока. Выходы источника тока подключают к батареям
Пельтье.
Достоинство исследуемого устройства заключается в том, что оно может быть выполнено в виде
малогабаритного мобильного прибора, позволяющего проводить точные измерения коэффициента
черноты покрытий в широком диапазоне температур без постоянного привлечения к процессу
измерений стандартных образцов с известными значениями коэффициента черноты.
Научный руководитель – к. т. н., доцент Н. А. Вихарева
© О. И. Кирсанова, 2015
99