Одређивање специфичне топлоте и специфичне електричне отпорности чврстих електропроводних материјала струјно импулсном методом у широком опсегу температура

Abstract

Овај рад приказује нумеричка и експериментална истраживања која су извршена у циљу даљег развоја и примене струјно-импулсне методе за одређивање специфичне топлоте и специфичне електричне отпорности чврстих електропроводних материјала у широком опсегу температура. У првом делу рада је истражен ефекат аксијалне и радијалне неуниформности температуре унутар ефективне зоне узорка. Применом комерцијалног програма COMSOL је развијен и верификован 3D нумерички модел постојеће експерименталне поставке у Институту ВИНЧА и извршене су одговарајуће симулације за различите димензије узорка, материјале и брзине загревања узорка. Добијени резултати сугеришу да је за минимизацију утицаја неуниформности температуре на компоненте мерних несигурности поменутих термофизичких величина неопходна оптимизација експерименталних параметара, тј. димензија узорка, његове ефективне дужине и брзине загревања узорка. У другом делу рада су приложене детаљне једначине за обраду експерименталних података, тј. одређивање термофизичких особина и процену мерне несигурности. Обрада резултата је побољшана увођењем два нова корекциона фактора који се односе на време одзива термопара и појаву паразитног напона између интринсично заварених жица термопара. У последњем делу рада су приказани резултати експерименталних истраживања који су рађени на узорцима волфрама, молибдена и легуре молибдена TZM. У склопу ових истраживања је извршено одређивање специфичне топлоте и специфичне електричне отпорности ових материјала у широком температурном опсегу и дат је пример буџета мерне несигурности.

Numerical and experimental research presented in this thesis have been conducted with goal to improve the state and application of the current-pulse method for specific heat and specific electrical resistivity measurement in solid, electrically conductive materials over a wide temperature range. In its’ first part, the effect of radial and axial temperature non-uniformity over specimens’ effective measurement zone has been researched. Using a commercially available COMSOL software a 3D numerical model of the INN VINČA experimental setup has been developed and verified before a number of simulations using various specimen dimensions, materials and heating rate have been computed. The obtained results indicate that minimization of temperature non- uniformity effect on mentioned thermophysical quantities measurement uncertainty requires specific experimental parameters to be optimized, i.e. specimen diameter, total and effective specimen length, and the specimen heating rate. The equations for calculating the thermophysical properties with the corresponding uncertainties, are given in the second part of the thesis. Data reduction procedure has been improved by introducing two correctional factors referring to the thermocouple response time and parasitic voltage drop over the intrinsic thermocouple junctions. The final part of the thesis contains results of the experimental research performed using the tungsten, pure molybdenum and molybdenum alloy TZM specimens. Specific heat and specific electrical resistivity over an extended temperature range have been measured within this research, and finally, an example of the uncertainty budget is given.