Метод постоянной мощности для изучения свойств веществ при импульсном нагреве тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

На правах рукописи

СМОТРИЦКИЙ Александр Андреевич

МЕТОД ПОСТОЯННОЙ МОЩНОСТИ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ СВОЙСТВ ВЕЩЕСТВ ПРИ ИМПУЛЬСНОМ НАГРЕВЕ

Специальность 01.04.01 - приборы и методы экспериментальной физики

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Екатеринбург - 2009

003470692

Работа выполнена в лаборатории быстропротекающих процессов и физики кипения Учреждения Российской академии наук Института теплофизики УрО РАН.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук

Скрипов Павел Владимирович Научный консультант: кандидат физико-математических наук

Старостин Александр Алексеевич, Официальные оппоненты: профессор, доктор физико-математических наук

Кузнецов Вадим Львович профессор, доктор физико-математических наук Попель Петр Станиславович Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук Объединенный институт высоких температур РАН г. Москва

Защита состоится " 9" июня 2009 года в 15 00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.285.13 при ГОУ ВПО "Уральский государственный технический университет - УПИ имени первого президента России Б.Н.Ельцина" в аудитории I главного учебного корпуса по адресу: г. Екатеринбург, ул. Мира, 19.

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки ГОУ ВПО "УГТУ-УПИ".

Ваш отзыв в одном экземпляре, заверенный гербовой печатью, просим направить по адресу: 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19, ГОУ ВПО "УГТУ-УПИ имени первого президента России Б.Н.Елыдана", ученому секретарю университета.

Автореферат разослан "_" апреля 2009 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, профессор, к.ф.м.н.

В.И.Рогович

/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Предметом исследования является теплообмен з системе «нагреватель-зонд, погруженный в изучаемое вещество» в условиях мощного 1 МВт/м2) импульсного тепловыделения. В виду существенности масштаба изменения температуры в опыте (Т ~ 102 К), значение имеют как зависимость теплофизи-ческих свойств зонда и вещества от температуры, так и соотношение характерных времен опыта (7 ~ 10"3 с) и релаксации вещества, перегретого относительно температуры равновесия жидкость-пар или температуры начала терморазрушения вещества в квазистатическом процессе Т^.

Работа направлена на разработку экспериментального метода и устройства стабилизации мощности импульсного нагрева зонда, а также метода численного моделирования параметров теплообмена по массиву данных опыта в области устойчивых и термонеустойчивых (Т> Т^) [1] состояний вещества.

Объектами для испытания метода и устройства служили низкомолекулярные углеводороды, как общепринятые системы сравнения в теплофизических опытах, растворы органических жидкостей, технические образцы масел, а также высокомолекулярных соединений, полученных из жидкой фазы полимеризацией мономера.

Актуальность темы. Для надежной работы оборудования и конструкций, вовлеченных в процессы переноса тепла, разрабатываются специальные технологические среды - смазочно-охлаждающие и закалочные жидкости, теплоносители, связующие, материалы тепловой защиты и т.д. Существует проблема обоснованного выбора технологических сред и рабочих тел термически напряженных процессов, а также оценки пределов «выживаемости» этих сред под действием мощного тепловыделения [2]. Основой решения проблемы служит знание теплофизических свойств веществ в условиях значительного и быстрого (относительно характерных значений скорости нагрева, принятых в традиционных теплофизических измерениях [3-7]) изменения температуры. Применительно к жидким средам эти данные могут быть получены преимущественно опытным путем.

Количество и качество данных по искомым теплофизическим свойствам связано с уровнем развития быстродействующих методов измерений. Обычно свойства веществ измеряются в устойчивых состояниях, которые сохраняются сколь угодно долго при неизменных внешних условиях. Применительно к таким условиям разработаны надежные экспериментальные методы [3-7]. Наибольшее распространение получили методы импульсного нагрева проволочного зонда - термометра сопротивления [1, 5-7]. Значения теплофизических свойств вещества определяются из аналитического решения модели теплообмена зонда со средой. В опытах определяется изменение температуры зонда во времени T(t), где t ~ 10"3 ^ 10° с, ДT(t) ~ 10° К, при заданной мощности нагрева. Модель построена в предположении постоянства мощности нагрева и независимости свойств от температуры.

Несмотря на широкое применение данной группы методов в традиционной теплофизике, средства управления мощностью импульсного нагрева в соответствии с выбранной моделью теплообмена не найдены. Обычно в опытах применяется генератор напряжения, а условие постоянства мощности нагрева выполняется за счет подбора номиналов для компонентов мостовой схемы. Подобный подход в приемлемом приближении работает при сравнительно небольших значениях температурного напора. Естественным выглядит стремление исследователя ослабить ограничение на значение А7"(/) и получить инструмент изучения теплообмена в широкой области изменения температуры в импульсе (AT(t) ~ 101 -ь 103 К), сохранив при этом строгую определенность режима нагрева. В этой связи, востребована разработка метода и устройства генерирования постоянной мощности на фоне изменения с температурой теплофизических свойств как зонда, так и вещества. Параметры теплообмена в такой задаче должны рассчитываться численными методами.

Цель работы состояла в разработке метода исследования теплообмена в условиях мощного тепловыделения. Метод объединяет экспериментальный метод нагрева зонда импульсом постоянной мощности и метод численного моделирования параметров теплообмена на основе результатов опытов.

Научная новизна.

1. Разработан метод электронной стабилизации мощности нагрева зонда в среде посредством следящей системы с отрицательной обратной связью для исследования переноса тепла в быстрых (миллисекундных) процессах.

2. Метод осуществлен в автоматизированном устройстве с возможностями задания значений мощности и длительности нагрева, записи в память компьютера, математической обработки и графического представления отслеживаемых в опыте параметров.

3. Развиты основы метода численного моделирования параметров теплообмена в импульсных процессах с учетом температурной зависимости теплофизиче-ских свойств зонда и вещества. Суть вычислений состоит в минимизации рассогласования между моделирующим полиномом и опытной термограм-мой путем итеративного подбора параметров.

4. Получено новое знание о теплообмене при импульсном тепловыделении в веществе, в том числе, на фоне фазового перехода жидкость-пар и/или химических превращений, в условиях поддержания постоянного значения мощности нагрева во времени.

Практическая ценность работы обусловлена широким применением жидких сред и полимерных материалов в технологических процессах с мощным тепловыделением. Развиваемый подход, основанный на комплексном использовании результатов импульсного эксперимента и численного моделирования, служит удобным инструментом для изучения параметров теплообмена при импульсном нагреве вещества в широкой области изменения температуры. Сфера действия метода распространяется на область термически неустойчивых состояний вещества, недоступную традиционным теплофизическим методам. Разработанное устройство может быть применено для быстрого сопоставления теплового сопротивления и кратковременной термоустойчивости конкурирующих образцов, синтезированных под определенную технологическую задачу. Посредством соответствующего выбора амплитудных значений мощности нагрева, устройство может быть применено для косвенного контроля текущего

5

состояния жидких сред в процессах, сопровождающихся их старением или изменением состава.

Автор защищает:

•. метод стабилизации мощности импульсного нагрева зонда в масштабе характерных значений скорости нагрева вплоть до 1-Ю6 К/с и плотности теп:, лового потока от зонда в вещество - МО'МВТ/М2;

• метод предсказания температурной зависимости теплофизических свойств вещества по результатам однократного измерения и минимальному массиву исходных данных. - Апробация работы.

Результаты работы докладывались на международной конференции «СВЯЗЬ-ПРОМ 2005» в рамках II Евро-Азиатского международного форума «СВЯЗЬ-ПРОМЭКСПО 2005» (Екатеринбург, 2005), научной конференции «Демидовские чтения на Урале» (Екатеринбург, 2006), 16-м симпозиуме по те-плофизическим свойствам (г. Боулдер, США), IV Российском совещании «Ме-тастабильные состояния и флуктуационные явления» (Екатеринбург, 2007), VI международной теплофизической школе "Теплофизика в энергосбережении и управлении качеством" (Тамбов, 2007), 8-й международной теплофизической конференции "VIII IWST" (Москва, 2007), 18-й европейской конференции по теплофизическим свойствам (г. По, Франция, 2008), IX молодёжном семинаре по проблемам физики конденсированного состояния вещества (Екатеринбург, 2008).

Публикации. Материалы диссертации изложены в 14 работах, включая 3 работы в рекомендованных ВАК изданиях, 6 статей в сборниках научных трудов и материалов конференций и 5 тезисов докладов. Список статей представлен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы; содержит 111 страниц текста, включая 51 рисунок и 1 таблицу. Список литературы содержит 93 работы.

Содержание работы Во введении обсужден выбор направления исследования, намечена его цель и объекты для изучения, представлена структура диссертации.

В первой главе обоснованы преимущества метода импульсного нагрева проволочного зонда - термометра сопротивления - применительно к определению теплофизических свойств жидких сред. Последовательно обсуждены экспериментальные и расчетные детали подходов, развитых сотрудниками известных в теплофизическом мире школ, в частности, подразделения Национального института стандартов и технологий (NIST) в г. Боулдер (США), Университета г. Салоники в Греции (Aristotle University of Thessaloniki), Института изучения перспективных материалов (Institute of Advanced Material Study, Kyushu University) в Японии и Института теплофизики УрО РАН [5-7, 1]. Представлены полученные в рамках этих подходов результаты измерения теплофизических свойств жидкостей и расплавов полимеров. Свойства жидкостей были измерены как в устойчивых состояниях [5-7], так и в состояниях, кратковременно перегретых относительно линии равновесия жидкость-пар [1]. Перегрев осуществлен изотермическим сбросом давления.

Методики представленных подходов обсуждены применительно к цели нашего исследования. Длительность импульса составляет от 1 мс [1] до 1 с [57]. Полученные в опыте данные по изменению температуры зонда во времени подставляются в линейную модель теплообмена. Требуемое моделью условие постоянства мощности источника тепла удается в первом приближении выполнить за счет соответствующего подбора номиналов резисторов измерительной схемы и сравнительно небольшого температурного напора в опыте (единицы К по порядку величины). Размеры зонда уточняются в опытах на веществах с хорошо известными свойствами. Современные версии метода импульсного нагрева дополнительно включают процедуру конечно-элементного моделирования для «чистового» согласования результатов измерения теплофизических свойств с моделью теплообмена.

Глава завершается постановкой задачи исследования.

Вторая глава посвящена описанию экспериментальной установки. Приведены блок-схема и принципиальная схема устройства стабилизации мощности при импульсном нагреве, изложены основные принципы работы установки. Даны пояснения по назначению и критериям выбора отдельных компонентов устройства. Описано программное обеспечение, разработанное для управления процессом сбора и обработки опытных данных. Обсуждены основные источники погрешностей измерения.

Для решения задачи разработан метод электронного управления мощностью при импульсном нагреве зонда. Выбранный нами подход позволяет создать, во-первых, практическую основу для сопоставления параметров теплообмена'в разных объектах при строго заданных условиях тепловыделения P(t), где Р - мощность нагрева, t - время. Различие в текущей температуре зонда при заданной мощности нагрева в разных объектах отражает различие в их тепло-физических свойствах. Во-вторых, формируются удобные стартовые условия для моделирования параметров теплообмена в импульсно нагреваемом веществе по данным опыта 1\t), где Т- среднемассовая температура зонда.

Выбранный нами подход к решению задачи ориентирован на создание аналогового электронного устройства, которое осуществляет автоматическое управление мощностью посредством следящей системы с отрицательной обратной связью. Устройство сравнивает управляющий сигнал (импульс напряжения заданной формы) с выходным сигналом измерителя электрической мощности нагрева зонда. В защищаемом режиме P(t) = const управляющий импульс имеет строго прямоугольную форму. При выборе подхода мы учли опыт разработки й применения следящих систем в устройствах термостабилизации зонда в процессах быстрого перегрева зонда относительно температуры термостата [8].

Блок-схема установки для импульсного нагрева вещества в режиме стабилизации мощности нагрева зонда во времени P(t) показана на рис. 1. Проволочный зонд (материал - платина, диаметр - 10 мкм или 20 мкм) включен в полумостовую схему последовательно с калиброванным резистором R/, предназначенным для измерения тока в цепи зонда /(/). Действие основного элемента

блок-схемы - устройства автоматического управления мощностью - построено на основе типовой структуры следящей системы. Устройство предназначено для поддержания режима постоянной мощности в ходе нагрева зонда на фоне изменения свойств собственно зонда и изучаемой среды.

Рис. 1. Блок-схема установки: Яг - проволочный зонд (термометр сопротивления), Я/ - калиброванный «токовый» резистор, ГФ - генератор функций - импульсов напряжения избранной формы £/с(/), П - перемножитель аналоговых сигналов (на базе микросхемы АВ734, ошибка перемножения составляет 0.1 %), ЭС - элемент сравнения, СЭ - силовой элемент (па базе транзистора КТ872А), ЛЦП - аналого-цифровой преобразователь ЬсаМ 14-440 (14 Бит, частота преобразования 400 кГц), ПК - компьютер.

Принцип работы устройства состоит в сравнении амплитуды сигнала, пропорционального подводимой к нагревателю мощности Р(/) = /(?)-£/(г), с правляющим сигналом напряжения £/с(г) на входе устройства. Разностный сигнал усиливается и служит для управления силовым элементом таким обра-ом, чтобы компенсировать возможные отклонения импульса мощности от за-■ анной формы. Характерный вид сигналов, поступающих на перемножитель, редставлен на рис. 2. На выходе перемножителя формируется сигнал, пропор-иональный подводимой к зонду мощности, см. рис. 3. .

Рис. 2. Схема опыта в режиме постоянной мощности нагрева зонда. Пояснения в тексте.

Рис. 3. Изменение мощности нагреьа зонда (правда ось) и температуры зонда в этаноле (левая ось) в зависимости ог длительности греющего импульса. Исходные сигналы представлены на рис. 2. Момент спонтанного вскипания отмечен стрелочкой. Данный момент определяется блоком аналоговой фильтрации либо дифференцированием в программной оболочке.

Суть управления состоит в минимизации отклонений импульса мощности от заданной по условиям задачи формы. Общее усиление в петле обратной связи имеет значение 103 по порядку величины, что позволяет получить ошибку поддержания заданного значения мощности на уровне 0.2 %. Одновременно с запуском импульсного нагрева, АЦП переходит в режим записи сигналов, поступающих на его входы. В опыте сохраняются массивы данных U(t) и I(t). Запись этих массивов данных сопровождается расчётом изменения мощности нагрева, сопротивления R(T) = U(t)/I(t) и температуры зонда во времени. Полученные в опыте данные выводятся в графическом виде в соответствующих вкладках программной оболочки.

Устойчивость работы устройства управления мощностью по отношению к резким изменениям условий теплообмена зонда с веществом проверена в опытах по импульсному нагреву жидкостей при значениях давления ниже термодинамического критического давления жидкости. Значения мощности и длительности импульса выбирались таким образом, чтобы наблюдался процесс спонтанного вскипания. Выяснено, что устройство успешно отрабатывает сосредоточенные во времени возмущения теплового потока, сопровождающие процесс спонтанного вскипания низкомолекулярных жидкостей, см., например, рис. 3. Следовательно, есть основания предполагать заведомое выполнение условия P(t) ~ const при фазовых и структурных превращениях другой природы (фазовое разделение в растворе на две жидкие фазы, плавление, терморазрушение отвержденного связующего), с меньшим масштабом тепловых эффектов, чем при спонтанном вскипании.

Глава завершается анализом присущих разработанному устройству погрешностей измерения.

В третьей главе изложена суть метода численного моделирования параметров теплообмена в области устойчивых и термонеустойчивых состояний вещества с учетом данных импульсного опыта. Описан подход к восстановлению температурного поля в интересующие нас моменты времени по справочным данным для тегогофизических свойств материала зонда и вещества, а также

к предсказанию вида температурных зависимостей теплофизических свойств с использованием генетических алгоритмов [9], как возможного метода решения задачи параметрической идентификации объекта.

Для получения численного решения прямой задачи теплопроводности применен метод конечных разностей. Инструментом построения устойчивой конечно-разностной схемы служит интегро-интерполяционный метод. Исходное дифференциальное уравнение теплопроводности интегрируется по ячейкам, на которые разбивается область изменения независимых переменных. Интегралы и производные, входящие в эти соотношения, заменяются разностями таким образом, чтобы соблюсти выполнение закона сохранения энергии и условие непрерывности теплового потока и температуры на границах ячеек. Такой подход делает возможным прямое применение метода к уравнениям с разрывными коэффициентами теплопроводности. Получаемая система линейных уравнений решается методом прогонки. Работоспособность алгоритма проверена на задачах, имеющих аналитическое решение.

Модельным уравнением служило осесимметричное нелинейное уравнение теплопроводности

,тлдт 1 а

от г ог

ог

д + —

дг

02

+ 9, (г).

Здесь: ср - удельная изобарная теплоёмкость, Я- теплопроводность, р- плотность, <?„ - объемная плотность мощности внутренних источников тепла, г - координата, направленная по оси зонда, г - текущая координата в радиальном направлении.

Решение задачи организовано в специально созданной программной оболочке. Уравнение теплопроводности приводится к системе линейных разностных уравнений. В результате решения этой системы определяется поле температур в виде массива значений температуры в узловых точках расчетной сетки. Программа предусматривает возможность задания зависимости от температуры для свойств материала зонда и свойств образца.

При решении задачи вводятся следующие допущения: в каждой точке системы выполняется гипотеза Фурье; жидкость неподвижна; теплообмен происходит только за счет теплопроводности; торцы зонда и внутренние стенки камеры, в которой находится жидкость, находятся при постоянной температуре; в начальный момент времени температурное поле однородно.

В ходе расчеты определялось: изменение температуры зонда во времени; радиальное распределение температуры в зонде и жидкости; распределение температуры по оси зонда; изменение теплового потока на границе зонд-жидкость.

Работа программы была проверена, в соответствии с принятой для линейных моделей теплообмена (глава 1) практикой [3-7], сопоставлением результатов расчета с данными опыта на предельных углеводородах. Характерные результаты такого сопоставления приведены на рис. 4.

Рис. 4. Изменение температуры зонда во времени при постоянной мощности его нагрева в гексане под давлением 10 МПа. 1 - опыт, 2 - расчет. На врезке приведены те же данные в более подробном масштабе.

Решение прямой задачи позволяет соотнести различные варианты температурных зависимостей задаваемых в модели теплофизических свойств с термограммой опыта. Следующий шаг исследования состоит в выборе фор-

малыю наиболее вероятных значений параметров теплообмена. Выбор реализован при помощи процедуры итерационного подбора, основанной на применении генетических алгоритмов. Генетические алгоритмы относятся к методам имитационного моделирования. Комбинируя переборный и градиентный методы, этот алгоритм обеспечивает эффективный поиск решения разных типов задач. Поиск оптимального варианта состоит в многократном решении прямой задачи.

В расчете отслеживается относительная величина рассогласования между термограммами, полученными в опыте и расчетным путем. Суть процедуры состоит в минимизации рассогласования между моделирующим полиномом и опытными данными путем подбора параметров. Параметрами модели служат зависимости теплопроводности и объемной теплоемкости от температуры жидкости, аппроксимированные полиномами второй степени, а также величина удельной мощности нагрева, отягощенная погрешностями определения геометрических параметров. Теплофизические свойства при начальных температурах предполагались известными. Применение описанного алгоритма позволяет получить набор близких решений, разница в значении отслеживаемого параметра которых составляет для эталонов 0.01 % по порядку величины. Данная стадия расчета требует нескольких сотен итераций при количестве варьируемых параметров не более десяти. Применение процедуры подбора при использовании в качестве изменяемых параметров геометрических размеров зонда и фиксации остальных параметров модели (известных в случае эталонных веществ) позволяет уточнить размеры зонда. Такой подход применяется для каждого зонда и соответствует общепринятой методике калибровки.

Необходимо подобрать оптимальные значения коэффициентов полиномов для описания температурных зависимостей параметров теплообмена, имеющих смысл обобщенных значений теплопроводности и объемной теплоемкости жидкости. При этом фиксируются значения диаметра зонда, а также удельной мощности нагрева на единицу длины зонда.

Для кодирования в генетическом алгоритме все параметры должны быть представлены конечным набором значений. В этой связи, температурные зави-

симости тешюфюических свойств заданы полиномами второй степени. Решение ■задачи закодировано набором чисел с плавающей точкой, в который входят коэффициенты полиномов, а также значение мощности нагрева и геометрические размеры зонда. Каждому решению соответствует некоторое оценочное значение, обратно пропорциональное наибольшему значению рассогласования подгоняемых функций. Предусмотрена возможность ограничения диапазона регулирования для каждого из перебираемых параметров. Наличие этой функции позволило исключить из числа полученных решений результаты, противоречащие физическому смыслу. Окно программной оболочки, выводимое при подборе оптимальных значений параметров, представлено на рис. 5. На экран выводится таблица десяти формально лучших на текущий момент решений.

Рис. 5. Рабочее окно программы подбора. Каждое решение может быть представлено в графической форме.

В четвертой главе приведены результаты опытов и моделирований. Результаты опытов представлены в порядке нарастания сложности объекта изучения, Глава завершается обсуждением результатов.

Се пенс А(е>ог ¡Шп !.еа1лтр.

Погры^-ь з^ёэтЁПтазяа

Гвпп.-товживг« г о™, 1згггЧ'7 п.янгЕ«! 1 сгеге, ^.ЮвШЗИВДУЮ? [-

: Те^клрмкдго^ь. О етгг*^- о (0.23751

Туим^иль.г сгег*№. .1,20*031 ЙЕе35Н (-1 2£Э] 1.зшзятажб ..-.V.и

1я1ге»*«ть. Ост-лета (Платность. & КП

I Плетись. 1 етегки^й (1!|

1 ГТЧгРчСтй, 0 СТИ1&*' 1 Г'1

промели 1.МК-05 [1.ИКС5] гтиклхи 0.01136 10.01136) ишшсгь Т41Я9ДО т -с* 2Я

0.301769611 1

о.глкзка 1

о.гмггзгт2 1

ошеям 1

ъагпвтао 1

о.гяю&зг 1

0,83117И1 1

о.гзэ^сбз г

мюгтяяг г

0.286757355 1

1611491

В опыте записываются кривые изменения температуры зонда и мощности его нагрева во времени. Различие в температуре зонда на избранном отрезке времени At(P = const) в разных средах отражает различие в значениях их теплового сопротивления:

R = i)m9dt

1 At J P(t) '

где ДГ = Т - Г0, / - длина зонда, P(t) - мощность, рассеиваемая на зонде, за вычетом ее доли, затрачиваемой на разогрев собственно зонда. Определение из опытных данных интегральной характеристики позволяет выявлять изменения в теплофизических свойствах вещества, сопровождающие малые изменения параметров системы. В частности, установлена взаимосвязь теплового сопротивления с появлением растворимых примесей, структурными преобразованиями в ходе химической реакции в жидкости или в полимерном материале. Опыты проводились сериями однократных импульсов при ступенчатом повышении значения мощности. Размеры зонда уточнялись в калибровочном опыте.

Применимость изложенного в главах 2 и 3 метода оценки наиболее вероятного вида температурной зависимости теплофизических свойств вещества в широкой области изменения температуры из результатов одного импульсного опыта была первоначально проверена на предельных углеводородах - гексане, гептане, тетрадекане и гексадекане. Один из вариантов такой оценки показан на рис. 6. Результаты свидетельствуют о применимости нашего подхода к описанию реального теплообмена при наличии данных по теплофизическим свойствам вещества в некотором интервале температур.

Далее метод был испытан на сложных объектах с неизвестными свойствами, в частности, на полимерах (рис. 7) и маслах теплоэнергетического оборудования (рис. 8). Зонд в опытах с полимерами имплантировался в массив образца в ходе реакции полимеризации. На основе анализа кривых 1\t) выявлена чувствительность метода к изменению текущего состояния объектов в процессах, сопровождающихся их старением (терморазрушением) и/или изменением состава, в частности, появлением летучих примесей в маслах.

т, К т, к

Рис. 6. Приближение для теплофизических свойств имнульсно нагреваемого гексадекана, полученное в модели (линии). Точками показаны справочные данные. Давление 10 МПа.

Рис. 7. Кривые нагрева зонда в полиметилметакрилате. Нижняя кривая - расчет по модели в предположении независимости свойств от температуры; верхние - опыт при Р = 4.63 Вт. Числа у кривых показывают номер импульса в серии. Расслоение кривых в серии связано с терморазрушением полимера. На врезке показано изменение теплового сопротивления.

Рис. 8. Изменение температуры зонда во времени в опытах с маслом МС-20, в том числе, па фоне его спонтанного вскипания, Параметром служило значение мощности (на врезке). Момент спонтанного вскипания отмечен стрелочкой для верхнего значения мощности.

Обсуждение результатов посвящено, в основном, оценке возможностей численного моделирования параметров теплообмена в импульсных процессах при повышении температуры зонда вплоть до области температур нарушения сплошности вещества. Расширение области изменения температуры в опыте сопровождается увеличением числа параметров в модели. По-видимому, для подобной задачи не существует универсального метода, который позволял бы достаточно быстро найти точное решение. Однако, комбинируя переборный и градиентный методы, можно получить приближенные решения, точность которых будет возрастать при увеличении времени расчета. Генетический алгоритм представляет собой именно такой комбинированный метод.

Важным свойством генетических алгоритмов является многовариантность решения задачи. Данное обстоятельство позволяет исследователю «присмотреться» к развитию процесса в интересующем месте фазовой диаграммы, предоставив машине рутинную работу. Графики искомых параметров теплооб-

мена (см. рис. 6), соответствующие десяти приоритетным решениям, приведены на рис. 9.

Л , мВт/м-К

*

рср , кДж/м3'К й*, Вт с"2/м2-К

БрСр= 1,3 % 5й= 0,3 %

75,0-

74,5-

74,0-

73,5-

73,0-

665

т, к

г, к

т, к

Рис. 9. Фрагмент десятки приоритетных результатов моделирования параметров теплообмена (слева и в центре). Справа показаны эти же результаты, пересчитанные в значения тепловой активности. Разброс 52,6Ь и 6рср определялся соотношением (на примере 82) при 680К: [С^шах — 2])' Хтах"'],100%, где 2тах - наибольшее значение 2; 1\ - наименьшее значение 2.

Очевидно, что эффект от повышения X может быть скомпенсирован уменьшением рс и наоборот. При переходе к значениям тепловой активности

Ъ = ^Хрср различие между решениями существенно уменьшается. Следовательно, представление результатов моделирования в виде температурной зависимости тепловой активности является более надежным. Для разделения вкладов теплопроводности и объемной теплоемкости необходимо вводить дополнительные критерии, учитывающие модельные требования к изменению этих параметров с температурой.

В заключении подведены итоги исследования, описаны задачи, решаемые при помощи разработанного метода, сформулированы выводы. Основным

результатом является разработка метода и устройства стабилизации мощности нагрева зонда, предназначенных для исследования параметров теплообмена в импульсных процессах. Тем самым создана практическая основа для решения задачи об оценке теплофизических свойств вещества в широкой области изменения температуры (до МО3 К) по результатам однократного опыта. Действительно, метод позволяет по термограмме опыта проводить вычисления теплового сопротивления образца - обобщенной характеристики теплообмена в процессах с мощным тепловыделением, рассчитывать приближение для температурной зависимости тепловой активности образца и отслеживать динамику спонтанного вскипания жидкости при строго заданном значении мощности нагрева. Достигнутый уровень быстродействия устройства позволяет работать в миллисекундном масштабе характерных времен и, как следствие, включить в исследование область термически неустойчивых состояний вещества, недоступную для традиционных теплофизических методов [3-7]. Для повышения достоверности результатов защищаемый метод целесообразно применять совместно с методом термостабилизации импульсно нагретого зонда [8].

Разработанные метод и устройство, помимо их основного предназначения, могут найти применение при решении прикладных задач. В частности, устройство востребовано в традиционных методиках импульсных теплофизических измерений, направленных на получение справочных данных при ЛГ(Г) ~ 10° К. Уместно применение устройства и в качестве ключевого компонента прибора экспресс-контроля состояния жидких сред в процессах, сопровождающихся старением или изменением состава контролируемых сред.

Основные результаты и выводы. 1. На основе оригинального схемотехнического решения разработан метод стабилизации мощности нагрева зонда - термометра сопротивления - в изучаемой среде. Метод предназначен для исследования переноса тепла в масштабе характерных времен процесса от 1-Ю"3 с, скоростей нагрева до МО6 К/с и плотностей теплового потока до МО1 МВт/м2 при заданном значении мощности нагрева.

2. Метод осуществлен в автоматизированном устройстве для теплофизических опытов. Устройство обеспечивает поддержание постоянной мощности на избранной длительности импульса нагрева, в том числе, на фоне резких возмущений плотности теплового потока, характерных для спонтанного вскипания. Опытное значение мощности соответствует заданному значению с ошибкой 0,3 % и воспроизводится в серии импульсов с ошибкой менее 0,1 %. В опыте сохраняются массивы данных о падении напряжения С/(г) и токе через зонд /(/). Запись этих массивов данных сопровождается расчётом изменения мощности нагрева, сопротивления и температуры зонда во времени и, в итоге, теплового сопротивления образца с погрешностью 1 %.

3. Развит новый метод численного моделирования параметров теплообмена в импульсных процессах с учетом температурной зависимости теплофизиче-ских свойств зонда и вещества. В общем случае, теплофизические свойства вещества при исходной температуре считаются известными. Суть вычислений состоит в минимизации рассогласования между моделирующим полиномом и опытной термограммой путем итеративного подбора параметров. Выяснено, что наиболее надежным является представление результатов моделирования в виде температурной зависимости тепловой активности вещества. Применимость метода была проверена на предельных углеводородах -общепринятых системах сравнения в теплофизических измерениях.

4. Разработанный метод служит удобным инструментом получения нового знания о теплообмене в процессах с мощным тепловыделением в веществе. Метод позволяет выяснять специфику теплообмена в области термически неустойчивых состояний вещества. Применительно к этой области традиционные экспериментальные методы и процедуры экстраполирования свойств вещества или неприемлемы, или недостаточно надежны. В работе выполнено сопоставление теплового сопротивления образцов масел теплоэнергетического оборудования - типичных термически неустойчивых объектов и восстановление из результатов опытов температурной зависимости тепловой активности предельных углеводородов в области термонеустойчивости.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Скрипов П.В., Смотрицкий A.A., Старостин A.A., Шишкин A.B. Автоматизированная установка для исследования теплофизических свойств веществ в режиме ударного импульсного нагрева // Вестник УГТУ-УПИ. Екатеринбург, 2004. № 20(50). С. 233-236.

2. Скрипов П.В., Старостин A.A., Смотрицкий A.A., Рютин С.Б. Метод экспресс-контроля содержания летучих примесей в промышленных маслах // Научные труды межд. научно-практической конференции «СвязьПром 2005». Екатеринбург: ЗАО «Компания Реал-Медиа», 2005. С. 325-328.

3. Волосников Д.В., Рютин B.C., Смотрицкий A.A.. Шишкин A.B. Метод импульсного нагрева. Практические приложения // Сборник тезисов Российского научного форума «Демидовские чтения на Урале». Екатеринбург,

2006. С.75-76.

4. А. V. Shishkin, P.V. Skripov, A.A. Smotritskiy, A.A. Starostin. Relaxation of Extremely Superheated States of Liquids and Polymeric Compounds // Abstracts of 16th Symposium on Thermophysical Properties. 2006. Boulder: NIST P. 72-73.

5. Skripov P.V., Smotritskiy A.A., Starostin A.A., Shishkin A.V. A Method of Controlled Pulse Heating: Applications // Journal of Engineering Thermophysics.

2007. Vol. 16(3). P. 155-163.

6. Горбатов В.И., Скрипов П.В., Смотрицкий A.A. Метод исследования тепло-физических свойств масел в перегретом состоянии // Теплофизика в энергосбережении и управлении качеством. Материалы 6-ой Межд. теплофизиче-ской школы. Ч. 1. Тамбов: ТГТУ, 2007. С. 180-183.

7. Шангин В.В., Смотрицкий A.A., Волосников Д.В., Старостин A.A. Устройство экспресс-контроля летучих примесей в маслах // Теплофизика в энергосбережении и управлении качеством. Материалы 6-ой Межд. теплофизиче-ской школы. Ч. 1. Тамбов: ТГТУ, 2007. С. 252-253.

8. Смотрицкий A.A., Скрипов П.В., Старостин A.A. Метод изучения теплофизических свойств импульсно перегретых масел // IV Российское совещание «Метастабильные состояния и флуктуационные явления». Тез. докл. Екатеринбург: Институт теплофизики УрО РАН, 2007. С. 49.

9. Скрипов П.В., Пучинскис С.Э., Смотрицкий A.A., Шишкин A.B., Игнатен-ко Н.К., Ишметова Р.И. Импульсное тепловое исследование систем, претерпевающих химическое превращение под действием давления и температуры // Региональный конкурс РФФИ «Урал», Свердловская область. Екатеринбург: РНТЦ, 2007. С. 118-120.

10. A.B. Багинский, Д.В. Волосников, П.В. Скрипов, A.A. Смотрицкий. Изучение теплового сопротивления растворов в широкой области изменения температуры. 1. Методика опытов // Теплофизика и аэромеханика. Новосибирск: ИТФ СО РАН. 2008. Том 15, № 3. С. 399-405.

11. Смотрицкий A.A., Волосников Д.В. Метод нагрева проволочного зонда импульсом постоянной мощности. Сб. тез. IX Молодежной школы-семинара по проблемам физики конденсированного состояния вещества. Екатеринбург: ИФМ УрО РАН, 2008. С. 65.

12. Скрипов П.В., Смотрицкий A.A., Старостин A.A., Окуловский Ю.С. Оценка теплофизических свойств импульсно перегретых веществ. Эксперимент и моделирование // Физика экстремальных состояний вещества - 2008. Черноголовка: ИПХФ РАН, 2008. С. 76-79.

13. Skripov P.V., Smotritskiy A.A., Volosnikov D.V. Thermophysical properties of doubly metastable fluid. Experiment and modeling. 18th European Conference on Thermophysical Properties. Book of abstracts. France: University of Pau, 2008. P. 152-153.

14. Скрипов П.В., Волосников Д.В., Демин B.A., Пучинскис С.Э., Смотрицкий A.A., Старостин A.A., Шангин В.В. Исследование теплофизических свойств многокомпонентных жидкостей применительно к рабочим телам энергетического оборудования Свердловской области // Региональный конкурс РФФИ «Урал», Свердловская область. Екатеринбург: РНТЦ, 2008. С. 58-60.

Список литературы

1. Павлов П.А. Динамика вскипания сильно перегретых жидкостей. Свердловск: УрО РАН, 1988.

2. Полежаев Ю.В., Юревич Ф.Б. Тепловая защита. М.: Энергия, 1976.

3. Филиппов Л.П. Измерения теплофизических свойств веществ методом периодического нагрева. М.: Энергоатомиздат, 1984.

4. Кравчун С.Н., Липаев А.А. Метод периодического нагрева в экспериментальной теплофизике. Казань: Изд-во Казанского ун-та, 2006.

5. Perkins R.A., Roder Н.М., Nieto de Castro C.A. A high-temperature transient hot-wire thermal conductivity apparatus for fluids // J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 1991. V. 96, № 3. P. 247-269.

6..,Assael M.J., Karagianndis L., Malamataris N., Wakeham W.A. The Transient Hot-Wire Technique: A Numerical Approach // Int. Journ. Thermophys. 1998. V.19, № 2. P. 379-389.

7. Xie H., Gu H., Fujii M., Zhang X. Short hot wire technique for measuring ther-- mal conductivity and thermal diffusivity of various materials // Meas. Sci. Technol. 2006. V. 17. P. 208-214.

8. Скрипов П.В., Старостин A.A., Волосников Д.В. Перенос тепла в импульсно перегретых жидкостях // Доклады РАН. 2003. Т. 390. № 2. С. 192-195.

9. Рутковский Л., Рутковская Д., Пильинский М. Нейронные сети, генетические алгоритмы и нечеткие системы. М.: Горячая Линия - Телеком, 2007.

Отпечатано в типографии ООО «Издательство УМЦ УПИ» 620078, Екатеринбург, ул. Гагарина, 35а, оф. 2. тел. (343) 362-91-16,362-91-17 Заказ ¿У У У Тираж УаЯР

1. Введение.

2. Исследование теплофизических свойств жидкостей методом импульсного нагрева проволочного зонда.

2.1. Классический метод импульсного нагрева проволочного зонда.

2. 1. 1. Измерительная установка.

2. 1.2. Измерение уровня мощности.

2.1. 3. Обработка данных.

2.2. Разновидность классического метода импульсного нагрева проволочного зонда.

2. 2. 1. Схема измерительного моста.

2. 2. 2. Процедура проведения измерения.

2. 3. Метод импульсного нагрева короткого проволочного зонда.

2. 3. 1. Физическая модель и численный анализ.

2. 3. 2. Измерительная установка.

2. 3. 3. Процедура проведения измерения.

2.4. Метод иррегулярного нагрева для измерения свойств короткоживущих жидкостей.

2.5. Постановка задачи исследования.

3. Устройство электронного управления мощностью при импульсном нагреве

3.1. Схемные решения.

3.2. Детали реализации.

3.2. Программное обеспечение.

3.3 Анализ решения.

3.4. Оценка погрешностей.

4. Метод численного моделирования параметров теплообмена в области устойчивых и термонеустойчивых состояний вещества.

4.1. Метод построения температурного поля по известным ТФС с использованием метода конечных разностей.

4.1.1. Задание геометрии модели.

4.1.2. Ввод исходных данных.

4.1.3. Расчет.

4.2. Численное моделирование температурно-зависимых параметров теплообмена с использованием метода генетических алгоритмов.

4.2.1. Блок-схема генетического алгоритма.

4.2.2. Реализация расчетного метода.

5. Результаты опытов и их обсуждение.

5.1. Методика проведения опытов.

5.2. Результаты опытов.

5.3. Обсуждение результатов.

5.3.1. Устройство: возможности и пути усовершенствования.

5.3.2. Обсуждение метода моделирования параметров теплообмена.

Природные явления и технологические процессы сопровождаются, в общем случае, переносом тепла. Предметом нашего исследования является теплообмен в системе «нагреватель-зонд - изучаемое вещество» в условиях мощного (1 МВт/м" по порядку величины) импульсного тепловыделения. В развитие процесса вносит вклад как зависимость теплофизических свойств зонда и вещества от температуры, так и соотношение характерных времен опыта и релаксации вещества, перегретого относительно температуры равновесия жидкость-пар и/или температуры начала терморазрушения вещества в квазистатическом процессе Tdia. Соответствующие значения плотности теплового потока наблюдаются при взаимодействии с веществом импульсных источников энергии [1-4]. Технические характеристики таких источников постоянно совершенствуются, а сфера их применения расширяется.

Для надежной работы оборудования и конструкций, вовлеченных в процессы переноса тепла, разрабатываются специальные технологические среды - смазочно-охлаждающие и закалочные жидкости, теплоносители, связующие, материалы тепловой защиты и т.д. Существует проблема обоснованного выбора технологических сред и рабочих тел термически напряженных процессов, а также оценки пределов «выживаемости» этих сред под действием мощного тепловыделения [5]. Основой решения проблемы служит знание теплофизических свойств веществ в условиях значительного и быстрого (относительно характерных значений скорости нагрева, принятых в традиционных теплофизических измерениях [6-12]) изменения температуры. Применительно к жидким средам эти данные могут быть получены преимущественно опытным путем.

Количество и качество данных по искомым теплофизическим свойствам связано с уровнем развития быстродействующих методов измерений. Обычно свойства веществ измеряются в устойчивых состояниях, которые сохраняются сколь угодно долго при неизменных внешних условиях. Применительно к таким условиям разработаны надежные экспериментальные методы [6-9].

Наибольшее распространение в мировом теплофизическом сообществе получили методы импульсного нагрева проволочного зонда - термометра сопротивления [3, 8-12]. Значения теплофизических свойств вещества определяются из аналитического решения модели теплообмена зонда со средой. В опытах определяется изменение температуры зонда во времени T(t), где t ~ 10"3 + 10° с, ДГ(/) ~ 10° К, при заданной мощности нагрева. Модель построена в предположении постоянства мощности нагрева и независимости свойств от температуры.

Несмотря на широкое применение данной группы методов в традиционной теплофизике, средства управления мощностью импульсного нагрева в соответствии с выбранной моделью теплообмена не найдены. Обычно в опытах применяется генератор напряжения, а условие постоянства мощности нагрева выполняется за счет подбора номиналов для компонентов мостовой схемы. Подобный подход в приемлемом приближении работает при сравнительно небольших (A T{t) ~ 10° К, см. раздел 2.1) значениях температурного напора. Естественным выглядит стремление исследователя ослабить ограничение на значение AT(t) и получить инструмент изучения теплообмена в широкой области изменения температуры в импульсе (АГ(/) ~

1 ^

10 10 К), сохранив при этом строгую определенность режима нагрева. В этой связи, востребована разработка метода и устройства генерирования постоянной мощности на фоне изменения с температурой теплофизических свойств как зонда, так и вещества. Факт изменения с температурой теплофизических свойств делает неприемлемым применение аналитического решения [3, 8-12]. Параметры теплообмена в такой задаче должны рассчитываться численными методами.

Представленная работа направлена на развитие экспериментальной и вычислительной базы метода импульсного нагрева зонда применительно к изучению теплообмена в процессах мощного тепловыделения. Стержнем работы послужило создание метода постоянной мощности нагрева. Заданное значение мощности воспроизводится от опыта к опыту с ошибкой менее 0,1 %.

Опытные данные, полученные в рамках метода, позволяют, во-первых, рассчитывать значения теплового сопротивления различных образцов в заданном процессе и, во-вторых, определять эффективные теплофизические свойства численным моделированием теплообмена в системе «зонд/вещество», в том числе, в области термически неустойчивых (Т > Тйоа [3, 16]) состояний вещества.

Исследовательские возможности представленного метода существенно дополняют возможности развитого ранее метода термостабилизации импульсно нагретого зонда. В нашей разработке преодолены главные недостатки, присущие методу термостабилизации. Во-первых, в ней предусмотрена возможность определения температурной зависимости теплофизических свойств вещества за одно измерение. Это обстоятельство является важным при изучении термонеустойчивых объектов, доступных для опытов в малых количествах. Во-вторых, методика управления мощностью нагрева не связана с необходимостью борьбы за расширение полосы пропускания полного сигнала, присущей прототипу. Это обстоятельство позволяет избежать проведения дополнительных настроек параметров системы обратной связи в серии опытов с объектами, свойства которых существенно различаются.

Цель работы состояла в разработке нового метода исследования теплообмена в условиях мощного тепловыделения. Метод объединяет экспериментальный метод нагрева зонда импульсом постоянной мощности и метод численного моделирования параметров теплообмена на основе результатов опытов.

Объектами для испытания метода и устройства служили низкомолекулярные углеводороды, как общепринятые системы сравнения в теплофизических опытах, растворы органических жидкостей, а также масла теплотехнического оборудования и высокомолекулярные соединения, полученные из жидкой фазы полимеризацией мономера.

Практическая ценность работы обусловлена широким применением жидких сред и полимерных материалов в технологических процессах с мощным тепловыделением. Развиваемый подход, основанный на комплексном использовании результатов импульсного эксперимента и численного моделирования, служит удобным инструментом для изучения параметров теплообмена при импульсном нагреве вещества в широкой области изменения температуры. Сфера действия метода распространяется на область термически неустойчивых состояний вещества, недоступную традиционным теплофизическим методам. Разработанное устройство может быть применено для быстрого сопоставления теплового сопротивления и кратковременной термоустойчивости конкурирующих образцов, синтезированных под определенную технологическую задачу. Посредством соответствующего выбора амплитудных значений мощности нагрева, устройство может быть применено для косвенного контроля текущего состояния жидких сред в процессах, сопровождающихся их старением или изменением состава.

Автор защищает:

• возможность стабилизации мощности импульсного нагрева зонда в масштабе характерных значений скорости нагрева вплоть до МО6 К/с и плотности теплового потока от зонда в вещество - МО1 МВт/м2;

• возможность предсказания температурной зависимости теплофизических свойств вещества по результатам однократного измерения и минимальному массиву исходных данных.

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Во введении обоснована актуальность выбранного направления исследования, приведены положения, выносимые на защиту, а также дана общая характеристика работы. В первой главе представлен обзор работ по методикам измерения теплофизических свойств жидкостей в рамках метода импульсного нагрева проволочного зонда при заданной мощности тепловыделения. Глава завершается постановкой задачи исследования. Вторая глава посвящена описанию экспериментальной части работы. Приведены блок-схема и принципиальная схема устройства электронного управления мощностью при импульсном нагреве, изложены основные принципы работы установки,

5.4. Основные результаты и выводы.

1. На основе оригинального схемотехнического решения разработан метод стабилизации мощности нагрева зонда - термометра сопротивления - в изучаемой среде. Метод предназначен для исследования переноса тепла в масштабе характерных времен процесса от 1 ■ 10"3 с, скоростей нагрева до 1 • 106

1 1

К/с и плотностей теплового потока до 1-10 МВт/м при заданном значении мощности нагрева.

2. Метод осуществлен в автоматизированном устройстве для теплофизических опытов. Устройство обеспечивает поддержание постоянной мощности на избранной длительности импульса нагрева, в том числе, на фоне резких возмущений плотности теплового потока, характерных для спонтанного вскипания. Опытное значение мощности соответствует заданному значению с ошибкой 0,3 % и воспроизводится в серии импульсов с ошибкой менее 0,1 %. В опыте сохраняются массивы данных о падении напряжения U(t) и токе через зонд /(/). Запись этих массивов данных сопровождается расчётом изменения мощности нагрева, сопротивления и температуры зонда во времени и, в итоге, теплового сопротивления образца с погрешностью 1 %.

3. Развит новый метод численного моделирования параметров теплообмена в импульсных процессах с учетом температурной зависимости теплофизических свойств зонда и вещества. В общем случае, теплофизические свойства вещества при исходной температуре считаются известными. Суть вычислений состоит в минимизации рассогласования между моделирующим полиномом и опытной термограммой путем итеративного подбора параметров. Выяснено, что наиболее надежным является представление результатов моделирования в виде температурной зависимости тепловой активности вещества. Применимость метода была проверена на предельных углеводородах — общепринятых системах сравнения в теплофизических измерениях.

4. Разработанный метод служит удобным инструментом получения нового знания о теплообмене в процессах с мощным тепловыделением в веществе. Метод позволяет выяснять специфику теплообмена в области термически неустойчивых состояний вещества. Применительно к этой области традиционные экспериментальные методы и процедуры экстраполирования свойств вещества или неприемлемы, или недостаточно надежны. В работе выполнено сопоставление теплового сопротивления образцов масел теплоэнергетического оборудования — типичных термически неустойчивых объектов и восстановление из результатов измерений температурной зависимости тепловой активности предельных углеводородов в области термической неустойчивости.

1. Вершинин Ю.Н. Электронно-тепловые и детонационные процессы при электрическом пробое твердых диэлектриков. Екатеринбург: УрО РАН, 2000.

2. Фортов В.Е. Теплофизические свойства веществ в экстремальных условиях // Материалы X Российской конф. по теплофизическим свойствам веществ. Казань: Редакция "Бутлеровские сообщения", 2002. С. 1-7.

3. Павлов П.А. Динамика вскипания сильно перегретых жидкостей. Свердловск: УрО АН СССР, 1988.

4. Безопасность критичных инфраструктур и территорий // II Всероссийская научно-техническая конференция. Тезисы докладов. Под ред. С.А. Тимашева. Екатеринбург: УрО РАН, 2008.

5. Полежаев Ю.В., Юревич Ф.Б. Тепловая защита. М.: Энергия, 1976.

6. Филиппов Л.П. Измерения теплофизических свойств веществ методом периодического нагрева. М.: Энергоатомиздат, 1984.

7. Кравчун С.Н., Липаев А.А. Метод периодического нагрева в экспериментальной теплофизике. Казань: Изд-во Казанского ун-та, 2006.

8. Габитов Ф.Р. Теплофизические свойства органических жидкостей в широком диапазоне температур, не искаженные радиационным теплопереносом. Автореферат дисс. . д.т.н. Казань: КГТУ, 2000.

9. Hakansson В., Andersson P., Backstrom G. Improved hot-wire procedure for thermophysical measurements under pressure // Rev. Sci. Instrum. 1988. V. 59, № 10. P. 2269-2276.

10. Perkins R.A., Roder H.M., Nieto de Castro C.A. A high-temperature transient hot-wire thermal conductivity apparatus for fluids // J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 1991. V. 96, № 3. P. 247-269.

11. Assael M.J., Karagianndis L., Malamataris N., Wakeham W.A. The Transient Hot-Wire Technique: A Numerical Approach // Int. Journ. Thermophys. 1998. V.19, № 2. P. 379-389.

12. Xie H., Gu H., Fujii M., Zhang X. Short hot wire technique for measuring thermal conductivity and thermal diffusivity of various materials // Meas. Sci. Technol. 2006. V. 17. P. 208-214.

13. Спирин Г.Г. Измерение теплопроводности перегретых жидкостей // ИФЖ. 1978. Т. 35, №3. С. 445-449.

14. Васильев С.Н., Волосников Д.В., Скрипов П.В., Старостин А.А., Шишкин А.В. Программируемое устройство для опытов с перегретым зондом в импульсных режимах //ПТЭ. 2004. № 4. С. 130-135.

15. Павлов П.А., Скрипов П.В. Парообразование в полимерных жидкостях при быстром разогреве // ТВТ. 1998. Т. 36, № 3. С. 448-455.

16. Д.В. Волосников, В.П. Ефремов, П.В. Скрипов, А.А. Старостин, А.В. Шишкин Экспериментальное исследование теплообмена в термонеустойчивых полимерных системах // ТВТ. 2006. Том 44, № 3. С. 465471.

17. Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. Перевод со 2-го изд. М.: Наука, 1964.

18. Roder Н.М. A Transient Hot-Wire Thermal Conductivity Apparatus for Fluids // Journ. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 1981. V. 86, № 5. P. 457-480.

19. Perkins R.A., Nieto de Castro C.A., Ramires M. L. V. Thermal Conductivity of Saturated Liquid Toluene by Use of Anodized TantalumHot Wires at High Temperatures // Journ. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 2000. V. 105, № 2. P. 255265.

20. Perkins R.A., Roder H.M., Laesecke A., Absolute Steady-State Thermal Conductivity Measurements by Use of a Transient Hot—Wire System // Journ. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. V. 105, № 2. P. 255- 265.

21. Perkins R. A., Friend D. G., Roder H. M. and Nieto de Castro C. A. Thermal conductivity surface of argon: A fresh analysis. // Int. Journ. Thermophys. 1991. V. 12, P. 965-984.

22. Ramires M. L. V., Nieto de Castro C. A. and Perkins R. A. An Improved Empirical Correlation for the Thermal Conductivity of Propane // Int. Journ. Thermophys. 2000. V.21, P. 639-650.

23. Assael M.J., Charitidou E., Dix M., Nieto de Castro C.A, Wakeham W.A. A Computer Controlled Instrument of the Thermal Conductivity of Liquids// Int. Journ. Thermophys. 1987. V.8, № 5. P. 511-519

24. Assael M.J., Charitidou E., Dix M., Nieto de Castro C.A, Wakeham W.A. The Thermal Conductivity of n-Hexane, n-Heptane and n-Decane by the Transient Hot-Wire Method // Int. Journ. Thermophys. 1987. V.8, № 6. P.663-670.

25. Charitidou E., Molidou Ch. and Assael M.J. The Thermal Conductivity and Viscosity of Benzene // Int.J. Thermophys. 1988. V.9, P.37-45.

26. Assael M.J., Charitidou E. and Avgoustiniatos S. The Thermal Conductivity of Xylene Isomers in the Temperature Range 290-360K // Int.J.Thermophys. 1988. V.9, P.501-510.

27. Assael M.J., Ramirez M.L.V. Nieto de Castro C.A. and Wakeham W.A., Benzene. A Further Liquid Thermal Conductivity Standard Meterial // J.Phys.Chem.Ref.Data. 1990 V. 19, P. 113-117.

28. Al-Harbi D.K., Assael M.J. Karagiannidis L. and Wakeham W.A., Thermal Conductivity of Iso-Pentane in the Temperature Range 307-355 К at Pressures up to 0.4 GPa//Int.J.Thermophys. 1991. V.l2, P. 17-25.

29. Assael M.J. and Dalaouti N.K. The Thermal Conductivity of Toluene + Cyclopentane Mixtures: Measurements and Prediction // Int. J.Thermophys. 2001. V.22, P.659-678.

30. Assael M.J., Charitidou E. and Nieto de Castro C.A. Absolute Measurements of the Thermal Conductivity of Alcohols by the Transient Hot-Wire Technique // Int.J.Thermophys. 1988. V.9, P.813-824.

31. Assael M.J., Charitidou E. and Wakeham W.A.The Thermal Conductivity of Mixtures of Alcohols and Water//Int. J. Thermophys. 1989. V.10, P. 793-803.

32. Assael M.J. and Charitidou E. Measurement of the Thermal Conductivity of Alcohol and n-Hexane Mixtures // Int. J. Thermophys. 1990. V.l 1, P. 1001-1009.

33. Assael M.J., Charitidou E. and Karagiannidis L. The Thermal Conductivity of n-Hexadecane and Ethanol and n-Decane and Butanol Mixtures // Int.J.Thermophys. 1991. V.12, P.491-500.

34. Assael M.J., Malamataris N. and Karagiannidis L. Measurements of the Thermal Conductivity of Refrigerants in the Vapour Phase // Int. J. Thermophys. 1997. V.18, P.341-352.

35. Assael M.J., Dalaouti N.K., Griva A.A., and Dymond J.H. Viscosity and Thermal Conductivity of Halogenated Methane and Ethane Refrigerants // Int. J. Refrig. 1999. V.22, P.525-535.

36. Gao X., Assael M.J., Nagasaka Y., and Nagashima A. Estimation & Prediction of Thermal Conductivity and Viscosity of Binary and Ternary HFC Refrigerant Mixtures. // Int. J. Thermophys. 2000. V.21, P.23-34.

37. Assael M.J., Oliveira C., Wakeham W.A. Towards the Viscosity of Refrigerant/Oil Mixtures. // Fluid Phase Equil. 2003. V. 210, P. 5-19.

38. Assael M.J., Chen C.-F., Metaxa I., and Wakeham W.A. Thermal Conductivity of Carbon Nanotube Suspensions in water. // Int. J. Thermophys. 2004. V. 25, P. 971-985.

39. Assael M.J., Metaxa I.N., Kakosimos K., and Konstandinou D. Thermal conductivity of nanofluids Experimental and Theoretical // Int. J. Thermophys. 2006. V.27.P. 997-1017.

40. Fujii M., Zhang X., Imaishi N, Fujiwara S., Sakamoto T. Simultaneous measurements of thermal conductivity and thermal diffusivity of liquids under microgravity conditions.// Int. J. Thermophys. 1997. V.2 P. 327-339

41. Zhang X., Hendro W., Fujii M., et al. Measurements of thermal conductivity and thermal diffusivity of polymer melts with the short-hot-wire method // CD-Proceedings of 14-th Symp. on Thermophys. Prop.: NIST/ASME. Boulder. June. 2000.

42. Zhang X. and Fujii M. Simultaneous measurements of thermal conductivity and thermal diffusivity of Molten Salts with a Transient Short-Hot-Wire Method. // Int. J. Thermophys. 2000. V.21 P. 71-84.

43. Zhang X., Gu H. And Fujii M. Experimental Study on the Effective Thermal Conductivity and Thermal Diffusivity of Nanofluids. // Int. J. Thermophys. 2006. V.27, № 2, P.569 -580.

44. Мулюков P.P., Павлов П.А. Метод одновременного измерения теплопроводности и удельной теплоемкости короткоживущей жидкости // ИФЖ. 1980. Т. 38, № 4. С. 716-720.

45. Мулюков P.P. Комплексное исследование теплофизических свойств перегретой жидкости. Дисс. . канд. физ.-мат. наук, Свердловск: УПИ. 1981.

46. Мулюков P.P. Расчет поправки на теплоотдачу в токоподводы при измерениях импульсным вариантом метода зонда. // Теплофизические свойства перегретых жидкостей. Свердловск: УНЦ АН СССР. 1978. С. 5156.

47. Мулюков P.P., Павлов П.А. Экспериментальное исследование теплофизических свойств перегретого «-пентана // ТВТ. 1982. Т. 20. № 1. С. 49-53.

48. Тарзиманов А.А., Габитов Ф.Р., Поникарова И.Н. Теплопроводность высокотемпературных теплоносителей, не искаженная радиационным переносом энергии // ТВТ. 1997. Т. 35, № 5. С. 839.

49. Волосников Д.В. Экспериментальное исследование теплопереноса в термонеустойчивых жидкостях. Дисс. . к.ф.-м.н. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2002.

50. Афанасьев С.Ю., Жуков С.А., Ечмаев С.Б. Исследование теплообмена при недогретом пузырьковом кипении в условиях стабилизации температуры проволочного нагревателя // ТВТ. 1996. Т. 34, № 4. С. 583.

51. National Semiconductor December 1994. LF155/LF156/LF157 Series

52. Monolithic JFET Input Operational Amplifiers. Pp. 1-10.

53. Полупроводниковые приборы: транзисторы. Справочник Под ред. Н.Н. Горюнова. -М.: Энергоатомиздат, 1983 С. 505-509.

54. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство-М.: Мир, 1982. С.67-76.

55. Hameg Instruments Manual for Function Generator HM8131-2. Pp.27-28.

56. Внешний модуль АЦП/ЦАП на шину USB 1.1 Е 440. Техническое описание и руководство программиста. // М. 2003.

57. Шатунов Е.С., Буравой С.Е., Курепин В.В., Петров Г.С. Теплофизические измерения и приборы. JL: Машиностроение, 1986.

58. Метрология и радиоизмерения. Учебник / Под ред. проф. В.И. Нефедова. М.: Высшая школа, 2003.

59. Новицкий П.В., Зограф И. А. Оценка погрешностей результатов измерений. Л.: Энергоатомиздат, 1991. С.42-86.

60. Бурдун Г.Д., Марков Б.Н. Основы метрологии. Учебное пособие для вузов. М., Издательство стандартов, 1972. С.123-170.

61. Измеритель иммитанса LCR-816/817/819/821/827/829. Руководство по эксплуатации. // М. 2005.

62. Беляев Н.М., Рядно А.А. Методы теории теплопроводности. 4.2.- М.: Высшая школа, 1982.- 304 с.

63. Chipperfield A.J., Fleming P.J. et al. Genetic Algorithms Toolbox: Users Guide.- The Mathworks, Inc., 1994.

64. Горбатов В.И. Теплофизические свойства железа и металлов подгруппы титана вблизи точек фазовых переходов первого рода. Дис. . канд. физ.-мат. наук. - Екатеринбург, 1993, 167с.

65. Багинский А.В., Варченко А.А. Теплофизические свойства веществ и материалов. Новосибирск: ИТФ СО АН СССР, 1979. С. 132.

66. Филиппов Л.П., Нефедов С.Н., Кравчун С.Н., Бахарева JI.A. // Измерительная техника. 1980. № 6. С. 33.

67. Goldberg D. Е. Computer-aided Gas Pipeline Operation Using Genetic Algorithms and Rule Learning, 1983. Ph.D. Dissertation from the University of Michigan

68. Goldberg D. E. Genetic algorithms in search optimization and machine learning. Addison-Wesley Longman Publishing Co., Inc. Boston, MA, USA, 1989.

69. Chiwiacowsky, L.D. and Campos Velho, H.F. 2003a., Different Approaches for the Solution of a Backward Heat Conduction Problem, Inverse Problems in Engineering, Vol.l 1, Number 6, pp 471-494

70. M. Raudensky, К. A. Woodbury, J. Krai, and Т. Brezina,, "Genetic Algorithm in Solution of Inverse Heat Conduction Problems," Numerical Heat Transfer, Part B: Fundamentals, Vol 28, no 3, Oct.-Nov. 1995, pp. 293-306.

71. Deng, S. and Hwang, Y. 2006., Applying Neural Networks to the Solution of Forward and Inverse Heat Conduction Problems, International Journal of Heat and Mass Transfer, 49, pp 4732-4750.

72. Рутковский JI., Рутковская Д., Пильинский М. Нейронные сети, генетические алгоритмы и нечеткие системы. М.: Горячая Линия Телеком, 2007.

73. Б. Лю., Теория и практика неопределенного программирования. М.: Бином. Лаборатория знаний, 2005.

74. Панченко Т. Генетические алгоритмы. Учебное пособие под ред. Тарасевича. Астрахань: Астраханский университет, 2007.79. http://g-u-t.chat.ru/ga/index.htm

75. Зиновьев В.Е. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах. Справочник. М.: Металлургия, 1989. 384 с.

76. Nikitin E.D., Pavlov P. A., Skripov P. V. Measurement of the critical properties of thermally unstable substances and mixtures by the pulse-heating method // J. Chem. Thermodyn., 1993 25, 869-880.

77. Д.В. Волосников, В.П. Ефремов, П.В. Скрипов, А.А. Старостин, А.В. Шишкин Экспериментальное исследование теплообмена в термонеустойчивых полимерных системах // Теплофизика высоких температур. 2006. Том 44, № 3. С. 465-471.

78. Нефедов С.Н. Метод исследования комплекса теплофизических свойств жидкостей//Дисс. . к.ф.-м.н. М.: МГУ им. М.В. Ломоносова, 1980.

79. Кравчун С. Н. Теплопроводность бинарных жидких систем. ЖФХ, 1986, Т. 60, №9, с. 2176-2179.

80. Кравчун С.Н. Исследование теплофизических свойств жидкостей методом периодического нагрева. Дисс. . к.ф.-м.н. М.: МГУ им. М.В. Ломоносова, 1983.

81. Филиппов Л.П., Кравчун С.Н. О теплопроводности растворов жидкостей // ЖФХ. 1982. Т. 56, № 11. С. 2753-2756.

82. Skripov P.V., Smotritskiy А.А., Starostin А.А., Shishkin A.V. A Method of Controlled Pulse Heating: Applications // Journal of Engineering Thermophysics. 2007. Vol. 16(3). P. 155-163.

83. Скрипов П.В., Старостин А.А., Смотрицкий А.А., Рютин С.Б. Метод экспресс-контроля содержания летучих примесей в промышленных маслах // Научные труды межд. научно-практической конференции «СвязьПром 2005». Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2005. С. 325-328.

84. Скрипов П.В., Смотрицкий А.А., Старостин А.А., Шишкин А.В. Автоматизированная установка для исследования теплофизических свойств веществ в режиме ударного импульсного нагрева // Вестник УГТУ-УПИ. Екатеринбург, 2004. № 20 (50). С. 233-236.