За изследване на топлопроводимостта на веществото се използват две групи методи: стационарни и нестационарни.
Теорията на стационарните методи е по-проста и по-пълно разработена. Но нестационарните методи по принцип, в допълнение към коефициента на топлопроводимост, позволяват да се получи информация за коефициентите на топлопроводимост и топлинен капацитет. Следователно, в Напоследъкголямо внимание се отделя на разработването на нестационарни методи за определяне на топлофизичните свойства на веществата.
Тук са разгледани някои стационарни методи за определяне на коефициента на топлопроводимост на веществата.
а) Метод на плосък слой.При едномерен топлинен поток през плосък слой коефициентът на топлопроводимост се определя по формулата
където д -дебелина, т 1 и т 2 - температури на "горещата" и "студената" повърхност на пробата.
За изследване на топлопроводимостта по този метод е необходимо да се създаде топлинен поток, близък до едномерен.
Обикновено температурите се измерват не на повърхността на пробата, а на известно разстояние от тях (виж фиг. 2.), следователно е необходимо да се въведат корекции за температурната разлика в слоевете на нагревателя и хладилника в измерената температурна разлика , за да се сведе до минимум термичното съпротивление на контактите.
При изследване на течности, за да се елиминира явлението на конвекция, температурният градиент трябва да бъде насочен по протежение на гравитационното поле (надолу).
Ориз. 2. Схема на методите на плоския слой за измерване на топлопроводимост.
1 - тестова проба; 2 - нагревател; 3 - хладилник; 4, 5 - изолационни пръстени; 6 - охранителни нагреватели; 7 - термодвойки; 8, 9 - диференциални термодвойки.
б) Методът на Йегер.Методът се основава на решаване на едномерно уравнение за топлопроводимост, описващо разпространението на топлина по протежение на прът, нагрят от електрически ток. Трудността при използването на този метод се състои в невъзможността да се създадат строги адиабатични условия на външната повърхност на пробата, което нарушава едномерността на топлинния поток.
Формулата за изчисление е:
(14)
където с- електрическа проводимост на изпитваната проба, У- спад на напрежението между крайните точки в краищата на пръта, DT- температурната разлика между средата на пръчката и точка в края на пръчката.
Ориз. 3. Схема на метода на Йегер.
1 - електрическа пещ; 2 - проба; 3 - щифтове за закрепване на пробата; Т 1 ¸ Т 6 - крайни точки на термодвойка.
Този метод се използва при изследване на електропроводими материали.
v) Метод на цилиндричен слой.Изследваната течност (насипен материал запълва цилиндричен слой, образуван от два коаксиално разположени цилиндъра. Единият от цилиндрите, най-често вътрешният, е нагревател (фиг. 4).
Фиг. 4 Схематична диаграма на метода на цилиндричния слой
1 - вътрешен цилиндър; 2 - основен нагревател; 3 - слой от изследваното вещество; 4 - външен цилиндър; 5 - термодвойки; 6 - защитни цилиндри; 7 - допълнителни нагреватели; 8 - случай.
Нека разгледаме по-подробно стационарния процес на топлопроводимост в цилиндрична стена, температурата на външната и вътрешната повърхност на която се поддържа постоянна и равна на T 1 и T 2 (в нашия случай това е слой от изследваните вещество 5). Нека определим топлинния поток през стената, при условие че вътрешният диаметър на цилиндричната стена е d 1 = 2r 1, а външният диаметър е d 2 = 2r 2, l = const и топлината се разпространява само в радиална посока .
За да решим задачата, използваме уравнение (12). В цилиндрични координати, когато 
; уравнение (12), според (10), приема vit:
. (15)
Нека представим нотацията dT/д-р= 0, получаваме
След интегриране и потенциране на този израз, преминаване към оригиналните променливи, получаваме:
. (16)
Както се вижда от това уравнение, зависимостта T = f (r) е логаритмична.
Интеграционните константи C 1 и C 2 могат да бъдат определени, ако граничните условия се заместят в това уравнение:
в r = r 1 T = T 1и T 1 = C 1вътрешен r 1 + C 2,
в r = r 2 T = T 2и T 2 = C 1вътрешен r 2 + C 2.
Решението на тези уравнения за С 1 и C 2дава:
; 
Заместване на тези изрази вместо на C 1и C 2в уравнение (1b), получаваме
(17)
топлинен поток през площта на цилиндрична повърхност с радиус rи дължината се определя по закона на Фурие (5)
.
След замяна получаваме
. (18)
Коефициент на топлопроводимост l при известни стойности В, т 1 , т 2 , д 1 , д 2, изчислено по формулата
. (19)
За да се потисне конвекцията (в случай на течност), цилиндричният слой трябва да има малка дебелина, обикновено част от милиметъра.
Намаляване на крайните загуби при метода на цилиндричния слой се постига чрез увеличаване на съотношението / ди охранителни нагреватели.
ж) Метод на нагрявана тел.При този метод съотношението / днараства чрез намаляване д... Вътрешният цилиндър се заменя с тънък проводник, който е едновременно нагревател и съпротивителен термометър (фиг. 5). В резултат на относителната простота на дизайна и подробното развитие на теорията, методът на нагрята тел се превърна в един от най-напредналите и точни. В практиката на експериментални изследвания на топлопроводимостта на течности и газове тя заема водещо място.
Ориз. 5. Схема на измервателната клетка, направена по метода на нагрят проводник. 1 - измервателен проводник, 2 - тръба, 3 - изпитвано вещество, 4 - токови проводници, 5 - потенциални изходи, 6 - външен термометър.
При условие, че целият топлинен поток от участък AB се разпространява радиално и температурната разлика T 1 - T 2 не е голяма, така че l = const може да се разглежда в тези граници, коефициентът на топлопроводимост на веществото се определя по формулата
, (20)
където ВАБ = T × U AB е мощността, разсеяна на проводника.
д) Метод на топка.Използва се в практиката за изследване на топлопроводимостта на течности и насипни материали. Тестваното вещество получава формата на сферичен слой, което по принцип позволява да се изключи неконтролирана загуба на топлина. Технически този метод е доста сложен.
Какъвто и да е мащабът на строителството, първата стъпка е разработването на проект. Чертежите отразяват не само геометрията на конструкцията, но и изчисляването на основните топлинни характеристики. За да направите това, трябва да знаете топлопроводимостта строителни материали... Основната цел на строителството е да се изградят трайни конструкции, масивни конструкции, които са удобни без прекомерни разходи за отопление. В тази връзка е изключително важно да се знаят коефициентите на топлопроводимост на материалите.
Тухлата има най-добра топлопроводимост
Характеристики на индикатора
Терминът топлопроводимост се отнася до преноса на топлинна енергия от по-нагрети обекти към по-малко нагрети. Обменът продължава, докато настъпи температурно равновесие.
Преносът на топлина се определя от продължителността на времето, през което вътрешната температура е в съответствие с температурата на околната среда. Колкото по-малък е този интервал, толкова по-голяма е топлопроводимостта на строителния материал.
За характеризиране на топлопроводимостта се използва понятието коефициент на топлопроводимост, което показва колко топлина преминава през такава и такава повърхност за дадено време. Колкото по-висок е този индикатор, толкова по-голям е топлопреносът и сградата се охлажда много по-бързо. По този начин при изграждане на конструкции се препоръчва използването на строителни материали с минимална топлопроводимост.
В това видео ще научите за топлопроводимостта на строителните материали:
Как да определим загубата на топлина
Основните елементи на сградата, през които топлината излиза:
- врати (5-20%);
- пол (10-20%);
- покрив (15-25%);
- стени (15-35%);
- прозорци (5-15%).
Нивото на топлинните загуби се определя с помощта на термовизор. Червеното показва най-трудните зони, жълтото и зеленото означават по-малки загуби на топлина. Зоните с най-ниски загуби са подчертани в синьо. Стойността на топлопроводимостта се определя в лабораторни условия, а на материала се издава сертификат за качество.
Стойността на топлопроводимостта зависи от следните параметри:
- порьозност. Порите показват хетерогенността на структурата. Когато топлината преминава през тях, охлаждането ще бъде минимално.
- влажност. Високото ниво на влажност провокира изместването на сух въздух от капчици течност от порите, поради което стойността се увеличава многократно.
- Плътност. По-високата плътност насърчава по-активното взаимодействие на частиците. В резултат на това преносът на топлина и температурното уравновесяване са по-бързи.
Коефициент на топлопроводимост
Загубите на топлина в къщата са неизбежни, но възникват, когато температурата извън прозореца е по-ниска, отколкото в помещенията. Интензивността е променлива и зависи от много фактори, основните от които са следните:
- Площта на повърхностите, участващи в преноса на топлина.
- Индекс на топлопроводимост на строителни материали и строителни елементи.
- Температурна разлика.
За обозначаване на коефициента на топлопроводимост на строителните материали се използва гръцката буква λ. Мерната единица е W / (m × ° C). Изчислението се прави за 1 m² стена с дебелина метър. Тук се приема температурна разлика от 1 ° C.
Практически пример
Обикновено материалите се разделят на топлоизолационни и конструктивни материали. Последните имат най-висока топлопроводимост, те се използват за изграждане на стени, тавани и други огради. Според таблицата на материалите, при изграждане на стени от стоманобетон, за да се осигури нисък топлопренос с заобикаляща средадебелината им трябва да е около 6 м. Но тогава структурата ще бъде обемиста и скъпа.
В случай на неправилно изчисление на топлопроводимостта при проектирането, жителите на бъдещата къща ще се задоволят само с 10% от топлината от енергийни източници. Ето защо се препоръчва допълнително да се изолират къщи, изработени от стандартни строителни материали.
При извършване на правилната хидроизолация на изолацията високата влажност не влияе на качеството на топлоизолацията и устойчивостта на конструкцията към топлопреминаване ще стане много по-висока.
Повечето най-добрият вариант- използвайте изолация
Най-често срещаният вариант е комбинация от носеща конструкция от високоякостни материали с допълнителна топлоизолация. Например:
- Рамкова къща. Между стойките се поставя изолация. Понякога, с леко намаляване на топлопреминаването, е необходима допълнителна изолация извън основната рамка.
- Изграждане от стандартни материали. Когато стените са тухлени или шлака, изолацията се извършва отвън.
Строителни материали за външни стени
Стените се строят днес от различни материали, обаче, най-популярните остават: дърво, тухла и изграждащи блокове... Основната разлика е плътността и топлопроводимостта на строителните материали. Сравнителен анализви позволява да намерите средно положение във връзката между тези параметри. Колкото по-висока е плътността, толкова по-голяма е носещата способност на материала, а оттам и на цялата конструкция. Но топлинното съпротивление става по-малко, тоест разходите за енергия се увеличават. Обикновено при по-ниска плътност има порьозност.
Коефициент на топлопроводимост и неговата плътност.
Изолация за стени
Изолационните материали се използват, когато няма достатъчно топлинно съпротивление на външните стени. Обикновено, за да създадете комфортен микроклимат в стаите, е достатъчна дебелина от 5-10 см.
Стойността на коефициента λ е дадена в следващата таблица.
Топлопроводимостта измерва способността на материала да предава топлина през себе си. Тя силно зависи от състава и структурата. Плътните материали като метали и камък са добри топлопроводници, докато материалите с ниска плътност като газ и пореста изолация са лоши проводници.
Топлопроводимостта е най-важната топлофизична характеристика на материалите. Трябва да се вземе предвид при проектирането на отоплителни уреди, избора на дебелината на защитните покрития, като се вземат предвид топлинните загуби. Ако няма под ръка или наличен съответен справочник и съставът на материала не е известен точно, неговата топлопроводимост трябва да се изчисли или измери експериментално.
Компоненти на топлопроводимостта на материалите
Топлопроводимостта характеризира процеса на пренос на топлина в хомогенно тяло с определени размери. Следователно, първоначалните параметри за измерване са:
- Площ в посока, перпендикулярна на посоката на топлинния поток.
- Времето, през което се осъществява преносът на топлинна енергия.
- Температурна разлика между отделни, най-отдалечени една от друга части на част или тестова проба.
- Мощност на източника на топлина.
За да се поддържа максимална точност на резултатите, е необходимо да се създадат стационарни (установени във времето) условия за пренос на топлина. В този случай факторът време може да бъде пренебрегнат.
Топлопроводимостта може да се определи по два начина - абсолютен и относителен.
Абсолютен метод за оценка на топлопроводимостта
В този случай се определя директната стойност на топлинния поток, който се насочва към изследваната проба. Най-често пробата се взема като пръчка или плоча, въпреки че в някои случаи (например при определяне на топлопроводимостта на коаксиално разположени елементи) може да изглежда като кух цилиндър. Недостатъкът на ламелните проби е необходимостта от строг равнинен паралелизъм на противоположните повърхности.
Следователно, за метали, характеризиращи се с висока топлопроводимост, по-често се приема проба под формата на пръчка.
Същността на измерванията е следната. На противоположни повърхности се поддържат постоянни температури, произтичащи от източник на топлина, който е разположен строго перпендикулярно на една от повърхностите на пробата.
В този случай търсеният параметър на топлопроводимост λ ще бъде
λ = (Q * d) / F (T2-T1), W / m ∙ K, където:
Q е мощността на топлинния поток;
d е дебелината на пробата;
F е площта на пробата, която се влияе от топлинния поток;
Т1 и Т2 са температури на повърхностите на пробата.
Тъй като мощността на топлинния поток за електрически нагреватели може да бъде изразена чрез техния потребителски интерфейс за мощност и температурните сензори, свързани към пробата, могат да се използват за измерване на температурата, няма да е трудно да се изчисли топлопроводимостта λ.
За да се елиминират непродуктивните топлинни загуби и да се увеличи точността на метода, пробата и нагревателят трябва да се поставят в ефективен топлоизолационен обем, например в съд на Дюар.
Относителен метод за определяне на топлопроводимостта
Факторът мощност на топлинния поток може да бъде изключен от разглеждане, ако се използва един от методите за сравнителна оценка. За целта се поставя еталонна проба между пръта, чиято топлопроводимост се изисква да се определи, и източника на топлина, топлопроводимостта на материала на който е известна λ 3. За да се премахнат грешките в измерването, пробите се притискат плътно един към друг. Противоположният край на пробата за измерване се потапя в охлаждаща баня, след което две термодвойки се свързват към двата пръта.
Топлопроводимостта се изчислява от израза
λ = λ 3 (d (T1 3 -T2 3) / d 3 (T1-T2)), където:
d е разстоянието между термодвойките в тестовата проба;
d 3 е разстоянието между термодвойките в еталонната проба;
T1 3 и T2 3 - показания на термодвойки, инсталирани в референтната проба;
T1 и T2 - показанията на термодвойките, инсталирани в тестовата проба.
Топлопроводимостта може да се определи и от известната електропроводимост γ на материала на пробата. За това като тестова проба се взема тел проводник, в краищата на който по всякакъв начин се поддържа постоянна температура. През проводника преминава постоянен електрически ток със сила I и контактът на клемата трябва да бъде близо до идеалния.
При достигане на стационарно термично състояние, температурният максимум T max ще бъде разположен в средата на пробата, с минималните стойности на T1 и T2 в нейните краища. Чрез измерване на потенциалната разлика U между крайните точки на пробата може да се установи стойността на топлопроводимостта от зависимостта
Точността на оценка на топлопроводимостта се увеличава с увеличаване на дължината на тестовата проба, както и с увеличаване на тока, който преминава през него.
Относителните методи за измерване на топлопроводимостта са по-точни от абсолютните и са по-удобни практическо приложение, обаче, изискват значителна инвестиция от време за извършване на измервания. Това се дължи на продължителността на установяване на стационарно топлинно състояние в пробата, чиято топлопроводимост се определя.
В процеса на тяхното топлинно движение. В течности и твърди тела - диелектрици - преносът на топлина се осъществява чрез директно пренасяне на топлинното движение на молекули и атоми към съседни частици материя. В газообразните тела разпространението на топлина чрез топлопроводимост се дължи на обмена на енергия по време на сблъсък на молекули с различни скорости на топлинно движение. В металите топлопроводимостта се осъществява главно поради движението на свободните електрони.
Основната топлопроводимост zek включва редица математически понятия, чиито дефиниции е препоръчително да се припомнят и обяснят.
Температурно полеТова е набор от температурни стойности във всички точки на тялото в даден момент от време. Математически се описва като т = е(x, y, z, τ). Разграничаване стационарна температураполе, когато температурата във всички точки на тялото не зависи от времето (не се променя във времето), и нестабилно температурно поле... Освен това, ако температурата се променя само по една или две пространствени координати, тогава температурното поле се нарича съответно едно- или двумерно.
Изотермична повърхност- това е мястото на точките, при което температурата е еднаква.
Температурен градиент — град те вектор, насочен по нормалата към изотермичната повърхност и числено равен на производната на температурата в тази посока.
Според основния закон за топлопроводимостта - законът Фурие(1822), векторът на плътността на топлинния поток, предаван чрез топлопроводимост, е пропорционален на температурния градиент:
q = - λ град т, (3)
където λ - коефициент на топлопроводимост на веществото; неговата мерна единица У/(м К).
Знакът минус в уравнение (3) показва, че векторът qнасочена срещу вектора град т, т.е. към най-голямо понижение на температурата.
Топлинен поток δQпрез произволно ориентирана елементарна област dFе равно на точковото произведение на вектора qвърху вектора на елементарен сайт dF, и общият топлинен поток Впо цялата повърхност Фсе определя чрез интегриране на този продукт върху повърхността F:
КОЕФИЦИЕНТ НА ТЕРМОПРОВОДНОСТ
Коефициент на топлопроводимост λ в правото Фурие(3) характеризира способността на дадено вещество да провежда топлина. Стойностите на коефициентите на топлопроводимост са дадени в справочници за топлофизичните свойства на веществата. Числено, коефициентът на топлопроводимост λ = q /град те равна на плътността на топлинния поток qпри температурен градиент град т = 1 К/м... Лекият газ, водородът, има най-висока топлопроводимост. В условия на закритотоплопроводимост на водорода λ = 0,2 У/(м К). По-тежките газове имат по-ниска топлопроводимост - въздух λ = 0,025 У/(м К), във въглероден диоксид λ = 0,02 У/(м К).
Чистото сребро и мед имат най-висока топлопроводимост: λ = 400 У/(м К). За въглеродни стомани λ = 50 У/(м К). При течности коефициентът на топлопроводимост обикновено е по-малък от 1 У/(м К). Водата е един от най-добрите течни топлопроводници за него λ = 0,6 У/(м К).
Топлопроводимостта на неметалните твърди материали обикновено е под 10 У/(м К).
Порестите материали - корк, различни влакнести пълнители като органична вълна - имат най-ниски коефициенти на топлопроводимост λ <0,25 У/(м К), приближаващ се при ниска плътност на опаковане до коефициента на топлопроводимост на въздуха, запълващ порите.
Температурата, налягането и в порестите материали също така влажността могат да имат значителен ефект върху коефициента на топлопроводимост. Справочниците винаги дават условията, при които е определен коефициентът на топлопроводимост на дадено вещество, а за други условия тези данни не могат да се използват. Обхвати от стойности λ за различни материали са показани на фиг. един.
Фиг. 1. Интервали на стойностите на коефициентите на топлопроводимост на различни вещества.
Пренос на топлина чрез топлопроводимост
Еднаква плоска стена.
Най-простият и много често срещан проблем, решен от теорията на топлопреминаването, е да се определи плътността на топлинния поток, предаван през плоска стена с дебелина δ , върху чиито повърхности се поддържат температурите t w1и t w2.(фиг. 2). Температурата се променя само по дебелината на плочата - една координата Х.Такива задачи се наричат едномерни, техните решения са най-прости и в този курс ще се ограничим до разглеждането само на едномерни проблеми.
Като се има предвид това за случая с едно число:
град т = dt / dx, (5)
и използвайки основния закон за топлопроводимост (2), получаваме диференциалното уравнение на стационарната топлопроводимост за плоска стена:
При стационарни условия, когато енергията не се изразходва за отопление, плътността на топлинния поток qнепроменена в дебелината на стената. В повечето практически задачи приблизително се приема, че коефициентът на топлопроводимост λ не зависи от температурата и е еднаква по цялата дебелина на стената. смисъл λ намерен в справочниците при температура:
средно между температурите на стенните повърхности. (В този случай грешката в изчислението обикновено е по-малка от грешката на първоначалните данни и табличните стойности и с линейна зависимост на коефициента на топлопроводимост от температурата: λ = a + btточна формула за изчисление за qне се различава от приблизителното). В λ = const:
(7)
тези. температурна зависимост тот координати хлинеен (фиг. 2).
Фиг. 2. Стационарно разпределение на температурата по дебелината на плоска стена.
Разделяне на променливите в уравнение (7) и интегриране на тот t w1преди t w2и от хот 0 до δ :
, (8)
получаваме зависимостта за изчисляване на плътността на топлинния поток:
, (9)
или мощност на топлинния поток (топлинен поток):
(10)
Следователно количеството топлина, пренесено през 1 м 2стени, право пропорционални на коефициента на топлопроводимост λ и температурната разлика между външните повърхности на стената ( t w1 - t w2) и обратно пропорционална на дебелината на стената δ ... Общото количество топлина през стена с площ Фсъщо пропорционално на тази площ.
Получената най-проста формула (10) е много разпространена в топлинните изчисления. С помощта на тази формула се изчислява не само плътността на топлинния поток през плоски стени, но и се правят оценки за по-сложни случаи, опростени чрез замяна на стените на сложна конфигурация с плоска стена в изчисленията. Понякога, вече въз основа на оценка, един или друг вариант се отхвърля, без допълнително да се отделя време за неговото подробно проучване.
Телесната температура в дадена точка хопределя се по формулата:
t x = t w1 - (t w1 - t w2) × (x × d)
Поведение λF / δсе нарича топлопроводимост на стената, а реципрочната δ / λFтермично или термично съпротивление на стената и е посочено R λ... Използвайки концепцията за термично съпротивление, формулата за изчисляване на топлинния поток може да бъде представена като:
Зависимостта (11) е подобна на закона омв електротехниката (силата на електрическия ток е равна на потенциалната разлика, разделена на електрическото съпротивление на проводника, през който протича токът).
Много често термичното съпротивление се нарича стойност δ / λ, която е равна на топлинното съпротивление на плоска стена с площ от 1 м 2.
Примери за изчисление.
Пример 1... Определете топлинния поток през бетонна стена на сграда с дебелина 200 мм, височина Х = 2,5 ми дължина 2 мако температурите на повърхностите му са: t с1= 20 0 С, t с2= - 10 0 С, и коефициента на топлопроводимост λ =1 У/(м К):
= 750 У.
Пример 2... Определете коефициента на топлопроводимост на материала на стената с дебелина 50 мм, ако плътността на топлинния поток през него q = 100 У/м 2, и температурната разлика на повърхностите Δt = 20 0 С.
У/(м К).
Многослойна стена.
Формула (10) може да се използва и за изчисляване на топлинния поток през стена, състояща се от няколко ( н) плътно прилежащи слоеве от различни материали (фиг. 3), например, цилиндрова глава, уплътнение и цилиндров блок, изработени от различни материали и др.
Фиг. 3. Разпределение на температурата по дебелината на многослойна плоска стена.
Топлинното съпротивление на такава стена е равно на сумата от топлинните съпротивления на отделните слоеве:
(12)
Във формулата (12) е необходимо да се замени температурната разлика в тези точки (повърхности), между които са "включени" всички сумирани топлинни съпротивления, т.е. в такъв случай: t w1и t w (n + 1):
, (13)
където и- номер на слоя.
В стационарния режим специфичният топлинен поток през многослойната стена е постоянен и е еднакъв за всички слоеве. От (13) следва:
. (14)
От уравнение (14) следва, че общото термично съпротивление на многослойната стена е равно на сумата от съпротивленията на всеки слой.
Формула (13) може лесно да се получи, като се запише температурната разлика съгласно формула (10) за всяка от тях Пслоеве на многослойна стена и добавяне на всички Пизрази, като се вземе предвид фактът, че във всички слоеве Вима същото значение. Когато се добавят заедно, всички междинни температури ще намалеят.
Разпределението на температурата във всеки слой е линейно, но в различните слоеве стръмността на температурната зависимост е различна, тъй като съгласно формула (7) ( dt / dx)и = - q / λ i... Плътността на топлинния поток, преминаващ през всички слонове, е еднаква в стационарен режим, а коефициентът на топлопроводимост на слоевете е различен, поради което температурата се променя по-рязко в слоевете с по-ниска топлопроводимост. И така, в примера на фиг. 4, материалът на втория слой (например уплътненията) има най-ниска топлопроводимост, а най-високата - третият слой.
След изчисляване на топлинния поток през многослойната стена е възможно да се определи температурният спад във всеки слой съгласно съотношение (10) и да се намерят температурите на границите на всички слоеве. Това е много важно при използване на материали с ограничена допустима температура като топлоизолатори.
Температурата на слоевете се определя по следната формула:
t w1 = t c t1 - q × (d 1 × l 1 -1)
t w2 = t c l1 - q × (d 2 × l 2 -1)
Контактно термично съпротивление... При извеждане на формули за многослойна стена се приема, че слоевете са плътно прилепнали един към друг и поради добрия контакт контактните повърхности на различните слоеве имат еднаква температура. Идеално интимен контакт между отделните слоеве на многослойна стена се получава, ако един от слоевете се нанесе върху друг слой в течно състояние или под формата на течен разтвор. Твърдите тела се допират едно до друго само с върховете на профилите за грапавост (фиг. 4).
Контактната площ на върховете е незначителна и целият топлинен поток преминава през въздушната междина ( з). Това създава допълнително (контактно) термично съпротивление R към... Термичните контактни съпротивления могат да се определят независимо с помощта на съответните емпирични зависимости или експериментално. Например, термичното съпротивление на пролуката е 0,03 ммприблизително еквивалентно на термичното съпротивление на слой стомана с дебелина около 30 мм.
Фиг. 4. Изображение на контактите на две грапави повърхности.
Методи за намаляване на топлинното контактно съпротивление.Общото термично съпротивление на контакта се определя от чистотата на обработка, натоварването, топлопроводимостта на средата, топлопроводимостта на материалите на контактните части и други фактори.
Най-голяма ефективност за намаляване на топлинното съпротивление се осигурява от въвеждането в контактната зона на среда с топлопроводимост, близка до тази на метала.
Има следните възможности за запълване на контактната зона с вещества:
Използване на меки метални уплътнения;
Въвеждане в контактната зона на прахообразно вещество с добра топлопроводимост;
Въвеждане в зоната на вискозна субстанция с добра топлопроводимост;
Запълване на пространството между ръбовете на грапавостта с течен метал.
Най-добри резултати се получават при запълване на контактната зона с разтопен калай. В този случай термичното съпротивление на контакта става практически нула.
Цилиндрична стена.
Много често топлоносителите се движат през тръби (цилиндри) и е необходимо да се изчисли топлинният поток, предаван през цилиндричната стена на тръбата (цилиндъра). Проблемът с преноса на топлина през цилиндрична стена (при известни и постоянни температури на вътрешната и външната повърхност) също е едномерен, ако се разглежда в цилиндрични координати (фиг. 4).
Температурата се променя само по радиуса и по дължината на тръбата ли по периметъра му остава непроменен.
В този случай уравнението на топлинния поток има вида:
. (15)
Зависимостта (15) показва, че количеството топлина, пренесено през стената на цилиндъра, е право пропорционално на коефициента на топлопроводимост λ , дължина на тръбата ли температурна разлика ( t w1 - t w2) и обратно пропорционален на естествения логаритъм на съотношението на външния диаметър на цилиндъра г 2до вътрешния му диаметър г 1.
Ориз. 4. Промяна на температурата в дебелината на еднослойна цилиндрична стена.
В λ = постоянно разпределение на температурата по радиуса rеднослойна цилиндрична стена се подчинява на логаритмичния закон (фиг. 4).
Пример... Колко пъти намаляват топлинните загуби през стената на сградата, ако между два слоя тухли с дебелина 250 мммонтирайте подложка от пяна с дебелина 50 мм мм... Коефициентите на топлопроводимост са съответно равни: λ kirp . = 0,5 У/(м К); λ писалка. . = 0,05 У/(м К).
В съответствие с изискванията на Федералния закон № 261-FZ „За енергоспестяването“ изискванията за топлопроводимост на строителните и топлоизолационни материали в Русия са затегнати. Днес измерването на топлопроводимостта е една от задължителните точки при вземане на решение дали да се използва материал като топлоизолатор.
Защо е необходимо да се измерва топлопроводимостта в строителството?
Контролът на топлопроводимостта на строителни и топлоизолационни материали се извършва на всички етапи от тяхното сертифициране и производство в лабораторни условия, когато материалите са изложени на различни фактори, които влияят на експлоатационните му свойства. Има няколко често срещани метода за измерване на топлопроводимост. За точно лабораторно тестване на материали с ниска топлопроводимост (под 0,04 - 0,05 W / m * K) се препоръчва използването на устройства, използващи метода на стационарния топлинен поток. Тяхната употреба е регламентирана от GOST 7076.
Фирма Интерприбор предлага топломер, чиято цена е изгодна спрямо предлаганата на пазара и отговаря на всички съвременни изисквания. Предназначен е за лабораторен контрол на качеството на строителни и топлоизолационни материали.
Предимства на топлопроводимостта ITS-1
Топломерът ITS-1 има оригинален моноблоков дизайн и се характеризира със следните предимства:
- автоматичен цикъл на измерване;
- високоточен измервателен път, който позволява стабилизиране на температурите на хладилника и нагревателя;
- възможността за калибриране на устройството за определени видове изследвани материали, което допълнително повишава точността на резултатите;
- експресна оценка на резултата в хода на измерванията;
- оптимизирана "гореща" зона за сигурност;
- информативен графичен дисплей, който опростява контрола и анализа на резултатите от измерването.
ITS-1 се доставя в единична основна модификация, която по желание на клиента може да бъде допълнена с контролни проби (плексиглас и пеноплекс), кутия за насипни материали и защитен калъф за съхранение и транспортиране на устройството.
