Određivanje toplinskih svojstava građevnih materijala Neven Ukrainczyk

Zavod za anorg. kem. tehn. i nemetaleFakultet kemijskog inženjerstva i tehnologijeSveučilište u Zagrebu Određivanje toplinskih svojstava građevnih materijala NevenUkrainczyk ZAGREBAČKI ENERGETSKI TJEDAN 2010

Toplinska svojstva • primjena materijala • prijenos topline (proračuni) • ušteda energije • Kontrola kvalitete Q

Prijenos topline • heterogeni i višefazni materijali (l, s, v): • Mehanizmi prijenosa topline • Kondukcija • Konvekcija • Radiacija • Prijenos latentne topline • Praktično - model kondukcije • Prividni (efektivni) parametri λ, a

METODE • Metode u ustaljenom stanju (statičke) • Prednost: jednostavni model • Nedostatak • dugo vrijeme mjerenja, transport vode • Dinamičke metode • Radijalni ili aksijalni 1D tok topline • Metoda vruće žice, ploče, sonde... T(x,y,z,) = Konst. T(x,y,z,) = f(t)

1. Metoda vruće žice • Tri osnovne izvedbe metode vruće žice: • paralelna (mjerna nesigurnost>4%) • poprečna žica • otpornička žica (mjerna nesigurnost~2%)

1. Izvedba s paralelnom žicom

1. Izvedba s poprečnom žicom

1. Izvedba s otporničkom žicom

1. Model vruće žice • Idealni linearni izvor topline: • l →∞ • m→ 0 • Porast temperature:

1. Eksperimentalni postav 2r = 76 μm l = 176.0 mm 2R = 51 mm

1. Reprezentativni odziv • t<120 s • Konačne dimenzije ispitivanog uzorka • Rubni uvjet plašta uzorka utječe na • temp. žice t<0.5s Realna žica - konačne duljine, mase i cp

1. Procjene toplinske vodljivosti

1. Linearna metoda

2. Metoda sonde • Dva tipa: • prodiru u materijal (npr. praškasti ili kapljeviti materijali) • na površini (kruti materijali) • Prednosti • Terenska ispitivanja (realni uvjeti) • Nedostaci • Utjecaj sonde (složeni model) • Prijelazni otpor • Kalibracija • Točnost > 5 %

2. Metoda sonde Uvjeti modela 1D: ls > 100d ws > 1.5ls Okolina: ds > 20 d ws – mjerna zona ls – aktivna duljina sonde Фd – promjer sonde Фs – promjer uzorka

3. Metoda vruće ploče:ustaljeno stanje • Zaštićena vruća ploča (eng. guarded hot plate) • Točnost 2-3 % • suhi homogeni uzorci • ~ 0,5 x 0,5 m • ustaljeno stanje! • Dugotrajno, transport vlage

3. Metoda vruće ploče: ustaljeno stanje

4. Impulsna pobuda

4. Temperaturno polje u uzorku Uzorak GRIJAČ

4. Temperaturni odziv

4. Reprezentativni temperaturni odziv • Reprezentativni temperaturni odziv • Početni dio odziva: kontaktni otpor, cp, masa grijaća • Realna pobuda (kašnjenje u isporučivanju snage grijanja) • Gubitak topline kroz izvode za napajanje grijača • Konačne dimenzije uzorka (gubici u okolinu)

4. Impulsna pobuda Heterogeni materijali: h > 10 dim. karakter. Heterogenosti Uklanjanje utjecaja okoline: w > 5h h alfa /λ < 0.1 Beskonačni uzorak u smjeru Q: l > 1.4h Dirac toplinski impuls: tm > 10t0

5. Skokovita pobuda: Gusstafson • Prednosti • mali i tanki uzorci (filmovi) • a[m2/s]i λ[W/mK] • mj. nesig. λ 2-5%, a 5-10% • bez nesigurnosti h (grijač – temp. osjetilo) • Nedostaci • Složena analiza (model)

5. Gusstafson Rs – promjer grijača R – promjer uzorka w – debljina uzorka tmax- trajanje grijanja Uvjet beskonačnosti uzorka:

5. Gusstafson • bifilarno motani grijač • Model: aproksimacija s m koncentričnih grijača, m > 10

6. Mjerenje toplinske difuzivnosti, a [m2/s]

6. Mjerenje a materijala pri nagloj promjeni temperature stijenke materijala praćen temperaturni odziv u osi valjkastog uzorka

6. 1D model Idealna skokovita pobuda Analitičko rješenje:

6. Toplinska difuzivnost Primjer procjene toplinske difuzivnosti materijala

6. Mjerenje aporoznih materijala • Unaprijeđena metoda određivanja a poroznih materijala • utjecaj kalupa • mjeri se i temp. ruba materijala • numerička obrada rezultata • Rješavanje PDJ • LM algoritam optimiranja

6. Izrađen rač. program s GUI

6. Primjer rezultata procjene a

1-6. Vrednovanje metoda-> referentni materijali • NIST SRM • Pyrex 7740, Pyroceram 9606 • PMM (plexiglass) =f(ro)~0,190W/mK • Glicerol (higroskopan!) • ~ Stiropor • Gelirana voda (Agar gel 0.7%) • Spriječena prirodna konvekcija • Quartz (Ottawa) sand • Sferična zrna 600 um – 850 um

Rezultati vrednovanja eksp. metoda

7. Ukupni koeficijent prolaza toplineU-vrijednost [W/m2K] • Serijski vezani otpori • kondukcija, konvekcija i radijacija

ZAKLJUČAK • Metode u ustaljenom stanju (statičke) • Prednost: jednostavni model • Nedostatak • dugo vrijeme mjerenja, transport vode • Dinamičke metode • Grijač/temp. osjetilo -> bolja mj. nesig. • Radijalni ili aksijalni 1D tok topline • Metoda vruće žice, ploče, sonde...

ZAKLJUČAK • Uklanjanje sustavnih pogrešaka: • Reprezentativni temperaturni odziv • kritični odabir eksperimentalnog postava • Dimenzije (uzorka, osjetila,...), t, snaga,... • približni model vs. realni sustav • Neidealnost grijača (x, m, cp) • Konačne dimenzije uzorka • kontaktni otpor • stvarna snaga grijača (gubici)

HVALA NA POZORNOSTI!

Određivanje toplinskih svojstava građevnih materijala Neven Ukrainczyk

Télécharger la présentation

Plus de contenu associé