Egy anyag hővezető képességének tanulmányozására két módszercsoportot alkalmaznak: álló és nem álló.
A stacionárius módszerek elmélete egyszerűbb és kidolgozottabb. De a nem stacionárius módszerek elvileg a hővezetési együttható mellett lehetővé teszik a hődiffúzivitás és hőkapacitás információszerzését. Ezért be Utóbbi időben Nagy figyelmet fordítanak az anyagok termofizikai tulajdonságainak meghatározására szolgáló nem stacionárius módszerek kidolgozására.
Itt néhány stacionárius módszert veszünk figyelembe az anyagok hővezető képességének meghatározására.
a) Lapos réteg módszer. Lapos rétegen áthaladó egydimenziós hőáram esetén a hővezetési együtthatót a képlet határozza meg
ahol d- vastagság, T 1 és T 2 - a minta "meleg" és "hideg" felületének hőmérséklete.
A hővezető képesség ezzel a módszerrel történő tanulmányozásához egydimenziós hőáramot kell létrehozni.
A hőmérsékletet általában nem a minta felületén, hanem attól bizonyos távolságban mérik (lásd 2. ábra), ezért a mért hőmérséklet-különbségbe korrekciókat kell bevezetni a fűtőtest rétegében, ill. hűtő, az érintkezők hőellenállásának minimalizálása érdekében.
A folyadékok vizsgálatakor a konvekció jelenségének kiküszöbölésére a hőmérsékleti gradienst a gravitációs tér mentén (lefelé) kell irányítani.
Rizs. 2. A hővezetőképesség mérésének síkrétegű módszereinek vázlata.
1 – vizsgálati minta; 2 - fűtőtest; 3 - hűtőszekrény; 4, 5 - szigetelő gyűrűk; 6 – biztonsági fűtőtestek; 7 - hőelemek; 8, 9 - differenciális hőelemek.
b) Jaeger módszere. A módszer egy egydimenziós hőegyenlet megoldásán alapul, amely leírja a hő terjedését egy elektromos árammal felmelegített rúd mentén. A módszer alkalmazásának nehézsége abban rejlik, hogy a minta külső felületén nem lehet szigorú adiabatikus feltételeket létrehozni, ami sérti a hőáram egydimenziósságát.
A számítási képlet így néz ki:
(14)
ahol s- a vizsgálati minta elektromos vezetőképessége, U a feszültségesés a rúd végének szélső pontjai között, DT a hőmérséklet különbség a rúd közepe és a rúd végén lévő pont között.
Rizs. 3. A Jaeger-módszer vázlata.
1 - elektromos kemence; 2 - minta; 3 - csavarok a minta rögzítéséhez; T 1 ¸ T 6 - hőelem végpontok.
Ezt a módszert elektromosan vezető anyagok vizsgálatára használják.
v) Hengeres réteg módszer. A vizsgált folyadék (az ömlesztett anyag két koaxiális hengerből kialakított hengeres réteget tölt meg. Az egyik henger, leggyakrabban belső, fűtőtest (4. ábra).
4. ábra A hengeres rétegeljárás vázlata
1 - belső henger; 2 - fő fűtés; 3 - a vizsgált anyag rétege; 4 - külső henger; 5 - hőelemek; 6 - biztonsági hengerek; 7 - kiegészítő fűtőelemek; 8 - test.
Tekintsük részletesebben a hővezetés stacionárius folyamatát egy hengeres falban, amelynek külső és belső felületének hőmérséklete állandó és egyenlő T 1 és T 2 (esetünkben ez az anyag rétege) vizsgálat alatt 5). Határozzuk meg a falon áthaladó hőáramot azzal a feltétellel, hogy a hengeres fal belső átmérője d 1 = 2r 1, a külső átmérője pedig d 2 = 2r 2, l = const, és a hő csak sugárirányban terjed. .
A probléma megoldásához a (12) egyenletet használjuk. Hengeres koordinátákban mikor 
; a (12) egyenlet a (10) szerint vit:
. (15)
Bemutatjuk a jelölést dT/dr= 0, azt kapjuk
Ezt a kifejezést integrálva és potencírozva, áttérve az eredeti változókra, a következőt kapjuk:
. (16)
Amint ebből az egyenletből látható, a T=f(r) függés logaritmikus.
A C 1 és C 2 integrációs állandók úgy határozhatók meg, hogy a peremfeltételeket behelyettesítjük ebbe az egyenletbe:
nál nél r \u003d r 1 T \u003d T 1és T 1 \u003d C 1 ln r1+C2,
nál nél r=r2 T=T2és T 2 \u003d C 1 ln r2+C2.
Ezen egyenletek megoldása tekintetében VAL VEL 1 és 2-től ad:
; 
Ezeket a kifejezéseket a következőre helyettesítve 1-tőlés 2-től az (1b) egyenletbe, azt kapjuk
(17)
hőáramlás egy sugarú hengeres felület területén rés a hosszt a Fourier-törvény segítségével határozzák meg (5)
.
Csere után kapjuk
. (18)
Hővezetési együttható l ismert értékek mellett K, T 1 , T 2 , d 1 , d 2 képlet alapján számítva
. (19)
A konvekció visszaszorítása érdekében (folyadék esetén) a hengeres rétegnek kis vastagságúnak kell lennie, jellemzően egy milliméter töredéke.
A végveszteségek csökkentése a hengeres réteges módszernél a / arány növelésével érhető el dés biztonsági fűtőtestek.
G) forró drót módszer. Ennél a módszernél a / d csökkenésével növekszik d. A belső hengert vékony huzal váltja fel, amely fűtő és ellenálláshőmérő is volt (5. ábra). A tervezés viszonylagos egyszerűsége és az elmélet részletes kidolgozása következtében a fűtött huzalos módszer az egyik legfejlettebb és legpontosabb módszerré vált. A folyadékok és gázok hővezető képességének kísérleti vizsgálatának gyakorlatában vezető helyet foglal el.
Rizs. 5. Fűtött huzalos módszerrel készült mérőcella vázlata. 1 - mérőhuzal, 2 - cső, 3 - vizsgált anyag, 4 - áramvezetékek, 5 - potenciálcsapok, 6 - külső hőmérő.
Abban a feltételben, hogy az AB szakasz teljes hőárama sugárirányban terjed, és a T 1 - T 2 hőmérséklet-különbség nem nagy, tehát l = const ezeken a határokon belül tekinthető, az anyag hővezető képességét a képlet határozza meg.
, (20)
ahol K AB = T×U AB a vezetéken disszipált teljesítmény.
e) labda módszer. Alkalmazást talál a folyadékok és ömlesztett anyagok hővezető képességének vizsgálatának gyakorlatában. A vizsgált anyag egy gömb alakú réteg alakját kapja, ami elvileg lehetővé teszi az ellenőrizetlen hőveszteségek kizárását. Technikailag ez a módszer meglehetősen bonyolult.
Bármi is legyen az építkezés mértéke, az első lépés egy projekt kidolgozása. A rajzok nemcsak a szerkezet geometriáját tükrözik, hanem a fő termikus jellemzők számítását is. Ehhez ismerni kell a hővezető képességet építőanyagok. Az építkezés fő célja tartós szerkezetek építése, tartós szerkezetek, amelyek kényelmesek, túlzott fűtési költségek nélkül. Ebben a tekintetben rendkívül fontos az anyagok hővezetési együtthatóinak ismerete.
A tégla a legjobb hővezető képességgel rendelkezik
A mutató jellemzői
A hővezető képesség kifejezés a hőenergia átadását jelenti a melegebb tárgyakról a hidegebbekre. A csere a hőmérsékleti egyensúly eléréséig folytatódik.
A hőátadást az az időtartam határozza meg, amely alatt a helyiség hőmérséklete összhangban van a környezeti hőmérséklettel. Minél kisebb ez az intervallum, annál nagyobb az építőanyag hővezető képessége.
A hővezető képesség jellemzésére a hővezetési együttható fogalmát használjuk, amely azt mutatja meg, hogy mennyi hő halad át ilyen-olyan felületen ilyen-olyan idő alatt. Minél magasabb ez a szám, annál nagyobb a hőátadás, és az épület sokkal gyorsabban hűl le. Így a szerkezetek felállításakor minimális hővezető képességű építőanyagok használata javasolt.
Ebből a videóból megtudhatja az építőanyagok hővezető képességét:
Hogyan határozzuk meg a hőveszteséget
Az épület fő elemei, amelyeken keresztül a hő távozik:
- ajtók (5-20%);
- nem (10-20%);
- tető (15-25%);
- falak (15-35%);
- ablakok (5-15%).
A hőveszteség mértékét hőkamerával határozzuk meg. A piros a legnehezebb területeket, a sárga és a zöld pedig a kisebb hőveszteséget jelzi. A legkisebb veszteséget okozó zónák kék színnel vannak kiemelve. A hővezető képesség értékét a laboratóriumban határozzák meg, az anyagra minőségi tanúsítványt állítanak ki.
A hővezető képesség értéke a következő paraméterektől függ:
- Porozitás. A pórusok a szerkezet heterogenitását jelzik. Amikor a hő áthalad rajtuk, a hűtés minimális lesz.
- Páratartalom. A magas páratartalom kiváltja a száraz levegő folyadékcseppek általi kiszorítását a pórusokból, aminek következtében az érték többszörösére nő.
- Sűrűség. A nagyobb sűrűség elősegíti a részecskék aktívabb kölcsönhatását. Ennek eredményeként a hőátadás és a hőmérséklet-kiegyenlítés gyorsabban megy végbe.
Hővezetési tényező
A házban a hőveszteség elkerülhetetlen, és akkor fordul elő, ha az ablakon kívül alacsonyabb a hőmérséklet, mint a szobákban. Az intenzitás változó, és számos tényezőtől függ, amelyek közül a legfontosabbak a következők:
- A hőátadásban érintett felület.
- Építőanyagok és építőelemek hővezető képességének mutatója.
- hőmérséklet különbség.
A görög λ betű az építőanyagok hővezető képességének jelölésére szolgál. A mértékegység W/(m×°C). A számítás 1 m² méter vastag falra történik. Itt 1°C hőmérséklet-különbséget feltételezünk.
Esettanulmány
Hagyományosan az anyagokat hőszigetelő és szerkezeti anyagokra osztják. Ez utóbbiak a legnagyobb hővezető képességgel rendelkeznek, falakat, mennyezeteket és egyéb kerítéseket építenek belőlük. Az anyagtáblázat szerint vasbeton falak építésekor az alacsony hőcsere biztosítása érdekében környezet vastagságuk megközelítőleg 6 m legyen.De akkor az épület terjedelmes és drága lesz.
Abban az esetben, ha a tervezés során hibásan számítják ki a hővezető képességet, a leendő ház lakói az energiaforrásokból származó hőnek csak 10% -ával elégedettek. Ezért a szabványos építőanyagokból készült házakat ajánlatos további szigeteléssel ellátni.
A szigetelés megfelelő vízszigetelése során a magas páratartalom nem befolyásolja a hőszigetelés minőségét, és az épület hőátadási ellenállása sokkal nagyobb lesz.
A legtöbb legjobb lehetőség- fűtőtestet használjon
A legelterjedtebb lehetőség a nagy szilárdságú anyagokból készült tartószerkezet kombinációja további hőszigeteléssel. Például:
- Favázas épület. Az oszlopok közé szigetelés kerül. Néha a hőátadás enyhe csökkenésével további szigetelésre van szükség a fő kereten kívül.
- Szabványos anyagok felépítése. Ha a falak tégla vagy salaktömb, a szigetelés kívülről történik.
Építőanyagok külső falakhoz
A falak ma ebből épülnek különböző anyagok, azonban a legnépszerűbbek: fa, tégla és építőkockák. A fő különbség az építőanyagok sűrűsége és hővezető képessége. Összehasonlító elemzés lehetővé teszi, hogy megtalálja az arany középutat e paraméterek közötti arányban. Minél nagyobb a sűrűség, annál nagyobb az anyag teherbíró képessége, és ezáltal az egész szerkezet. De a hőellenállás kisebb lesz, vagyis az energiaköltségek nőnek. Általában kisebb sűrűségnél porozitás van.
Hővezetési együttható és sűrűsége.
Falszigetelés
A fűtőtesteket akkor használják, ha a külső falak hőellenállása nem elegendő. Általában a helyiségben kényelmes mikroklíma létrehozásához elegendő 5-10 cm vastagság.
A λ együttható értékét a következő táblázat tartalmazza.
A hővezető képesség egy anyag azon képességét méri, hogy hőt vezet át önmagán. Erősen függ az összetételtől és a szerkezettől. A sűrű anyagok, például a fémek és a kő jó hővezetők, míg az alacsony sűrűségű anyagok, például a gáz és a porózus szigetelés rossz vezetők.
A hővezető képesség az anyagok legfontosabb termofizikai jellemzője. Figyelembe kell venni a fűtőberendezések tervezésénél, a védőbevonatok vastagságának megválasztásánál, a hőveszteségek figyelembevételével. Ha nincs kéznél vagy nem áll rendelkezésre megfelelő referenciakönyv, és az anyag összetétele nem pontosan ismert, akkor a hővezető képességét ki kell számítani vagy kísérletileg meg kell mérni.
Az anyagok hővezető képességének összetevői
A hővezető képesség egy bizonyos méretű homogén testben a hőátadás folyamatát jellemzi. Ezért a mérés kezdeti paraméterei a következők:
- A hőáramlás irányára merőleges irányú terület.
- Az az idő, amely alatt a hőenergia átadása megtörténik.
- Egy alkatrész vagy próbatest különálló, legtávolabbi részei közötti hőmérséklet-különbség.
- Hőforrás teljesítménye.
Az eredmények maximális pontosságának megőrzése érdekében állandó (időben letelepedett) hőátadási feltételeket kell kialakítani. Ebben az esetben az időtényező figyelmen kívül hagyható.
A hővezető képesség kétféleképpen határozható meg - abszolút és relatív.
Abszolút módszer a hővezető képesség értékelésére
Ebben az esetben meghatározzák a hőáram közvetlen értékét, amely a vizsgált mintára irányul. Leggyakrabban a mintát rúdként vagy lemezként veszik, bár bizonyos esetekben (például koaxiálisan elhelyezett elemek hővezető képességének meghatározásakor) üreges hengernek tűnhet. A lamellás minták hátránya, hogy az ellentétes felületek szigorú síkpárhuzamosságára van szükség.
Ezért a nagy hővezető képességgel jellemezhető fémeknél gyakrabban vesznek mintát rúd formájában.
A mérések lényege a következő. Ellentétes felületeken állandó hőmérsékletet tartanak fenn, amely hőforrásból ered, amely szigorúan merőleges a minta egyik felületére.
Ebben az esetben a kívánt hővezetési paraméter λ lesz
λ=(Q*d)/F(T2-T1), W/m∙K, ahol:
Q a hőáramlási teljesítmény;
d a minta vastagsága;
F a hőáram által érintett mintaterület;
T1 és T2 a mintafelületek hőmérséklete.
Mivel az elektromos fűtőtestek hőáram-teljesítménye kifejezhető teljesítményük UI-val, és a mintához csatlakoztatott hőmérséklet-érzékelők használhatók a hőmérséklet mérésére, nem lesz nehéz kiszámítani a λ hővezetési indexet.
Az improduktív hőveszteség kiküszöbölése és a módszer pontosságának javítása érdekében a mintát és a fűtőegységet hatékony hőszigetelő térfogatban kell elhelyezni, például egy Dewar-edényben.
Relatív módszer a hővezető képesség meghatározására
A hőáram teljesítménytényezőjét kizárhatjuk a számításból, ha az összehasonlító értékelési módszerek valamelyikét alkalmazzuk. Ebből a célból referenciamintát helyezünk a rúd közé, amelynek hővezető képességét kell meghatározni, és a hőforrás közé, amelynek anyagának hővezető képessége λ 3 ismert. A mérési hibák kiküszöbölése érdekében a mintákat szorosan egymáshoz nyomják. A mért minta másik végét hűtőfürdőbe merítjük, majd mindkét rúdra két hőelemet csatlakoztatunk.
A hővezető képességet a kifejezésből számítjuk ki
λ=λ 3 (d(T1 3 -T2 3)/d 3 (T1-T2)), ahol:
d a vizsgált mintában lévő hőelemek közötti távolság;
d 3 a referenciamintában lévő hőelemek közötti távolság;
T1 3 és T2 3 - a referenciamintába szerelt hőelemek leolvasása;
A T1 és T2 a vizsgált mintába helyezett hőelemek leolvasása.
A hővezető képesség a mintaanyag ismert γ elektromos vezetőképességéből is meghatározható. Ehhez vizsgálati mintának egy huzalvezetőt vesznek, amelynek végein bármilyen módon állandó hőmérsékletet tartanak fenn. A vezetőn I erővel egyenáramot vezetnek át, és a kapocsérintkezőnek az ideálishoz kell közelítenie.
A stacionárius termikus állapot elérésekor a T max hőmérsékleti maximum a minta közepén helyezkedik el, a T1 és T2 minimum értékekkel a végein. A minta szélső pontjai közötti U potenciálkülönbség mérésével a hővezető képesség értéke meghatározható a függésből.
A hővezetési tényező becslésének pontossága a vizsgált minta hosszával, valamint a rajta áthaladó áram növekedésével nő.
A hővezetőképesség mérésének relatív módszerei pontosabbak, mint az abszolútek, és kényelmesebbek praktikus alkalmazás azonban jelentős időbefektetést igényel a mérések elvégzése. Ez annak köszönhető, hogy a mintában stacioner hőállapot jön létre, amelynek hővezető képességét meghatározzuk.
hőmozgásuk során. Folyadékokban és szilárd anyagokban - dielektrikumokban - a hőátadás a molekulák és atomok hőmozgásának közvetlen átvitelével történik a szomszédos anyagrészecskékre. A gáz halmazállapotú testekben a hő hővezetéssel történő terjedése a különböző hőmozgási sebességű molekulák ütközése során bekövetkező energiacsere miatt következik be. A fémekben a hővezető képességet elsősorban a szabad elektronok mozgása okozza.
A hővezető képesség fő fogalma számos matematikai fogalmat foglal magában, amelyek definícióit célszerű felidézni és megmagyarázni.
hőmérsékleti mező- ezek a hőmérsékleti értékek halmazai a test minden pontján egy adott pillanatban. Matematikailag így írják le t = f(x, y, z, t). Megkülönböztetni álló hőmérséklet mező, amikor a hőmérséklet a test minden pontján nem függ az időtől (időben nem változik), és nem stacionárius hőmérsékleti mező. Ezenkívül, ha a hőmérséklet csak egy vagy két térbeli koordináta mentén változik, akkor a hőmérsékleti mezőt egy- vagy kétdimenziósnak nevezzük.
Izoterm felület az azonos hőmérsékletű pontok helye.
hőmérséklet gradiens — grad t van egy vektor, amely a normál mentén az izotermikus felületre irányul, és számszerűen egyenlő a hőmérséklet ezen irányú deriváltjával.
A hővezetés alaptörvénye szerint - a törvény Fourier(1822) szerint a hővezetés által továbbított hőáram-sűrűségvektor arányos a hőmérsékleti gradienssel:
q = - λ grad t, (3)
ahol λ - az anyag hővezető képességének együtthatója; annak mértékegysége kedd/(m K).
A (3) egyenlet mínuszjele azt jelzi, hogy a vektor q a vektorral ellentétes irányban grad t, azaz a legalacsonyabb hőmérséklet felé.
hőáramlás δQ tetszőlegesen orientált elemi területen keresztül dF egyenlő a vektor skaláris szorzatával q az elemi területvektorhoz dF, és a teljes hőáram K a teljes felületen F Ezt a terméket a felületre integrálva határozzuk meg F:
HŐVEZETÉSI EGYÜTTŐ
Hővezetési tényező λ törvényben Fourier(3) egy adott anyag hővezető képességét jellemzi. A hővezetési együtthatók értékeit az anyagok termofizikai tulajdonságairól szóló referenciakönyvek adják meg. Számszerűen a hővezetési együttható λ = q/ grad t egyenlő a hőáram sűrűségével q hőmérséklet gradienssel grad t = 1 K/m. A legkönnyebb gáz, a hidrogén rendelkezik a legnagyobb hővezető képességgel. Nál nél szobaviszonyok a hidrogén hővezető képessége λ = 0,2 kedd/(m K). A nehezebb gázok hővezető képessége kisebb – a levegő λ = 0,025 kedd/(m K), szén-dioxidban λ = 0,02 kedd/(m K).
A tiszta ezüst és a réz a legmagasabb hővezető képességgel rendelkezik: λ = 400 kedd/(m K). Szénacélokhoz λ = 50 kedd/(m K). Folyadékokban a hővezető tényező általában kisebb, mint 1 kedd/(m K). A víz számára az egyik legjobb folyékony hővezető λ = 0,6 kedd/(m K).
A nem fémes szilárd anyagok hővezetési együtthatója általában 10 alatt van kedd/(m K).
A porózus anyagok - parafa, különféle rostos töltőanyagok, például szerves gyapjú - rendelkeznek a legalacsonyabb hővezető képességgel λ <0,25 kedd/(m K), alacsony tömítési sűrűséggel megközelíti a pórusokat kitöltő levegő hővezetőképességi együtthatóját.
A hőmérséklet, nyomás és porózus anyagok esetén a páratartalom is jelentős hatással lehet a hővezető képességre. A referenciakönyvek mindig megadják, hogy egy adott anyag hővezető képességét milyen feltételek mellett határozták meg, más körülményekre ezek az adatok nem használhatók fel. Értéktartományok λ ábrán láthatók különféle anyagok. egy.
1. ábra. Különböző anyagok hővezetési együtthatóinak intervallumai.
Hőátadás hővezetéssel
Homogén lapos fal.
A hőátadás elmélete által megoldott legegyszerűbb és nagyon gyakori probléma az, hogy meghatározzuk a vastagságú lapos falon áthaladó hőáram sűrűségét. δ , amelynek felületén hőmérsékletet tartanak fenn tw1és t w2 .(2. ábra). A hőmérséklet csak a lemez vastagsága mentén változik - egy koordináta X. Az ilyen problémákat egydimenziósnak nevezzük, megoldásuk a legegyszerűbb, és ebben a kurzusban csak az egydimenziós problémákra szorítkozunk.
Tekintettel arra, hogy az egyszámú esetre:
grad t = dt/dх, (5)
és a hővezetés alaptörvényét (2) felhasználva differenciálegyenletet kapunk síkfal stacionárius hővezetésére:
Álló körülmények között, amikor az energiát nem fordítják fűtésre, a hőáram sűrűsége q falvastagsága változatlan. A legtöbb gyakorlati feladatban hozzávetőlegesen feltételezzük, hogy a hővezetési együttható λ nem függ a hőmérséklettől, és a fal teljes vastagságában azonos. Jelentése λ kézikönyvekben található a következő hőmérsékleten:
átlagosan a falfelületek hőmérséklete között. (A számítási hiba ebben az esetben általában kisebb, mint a kezdeti adatok és a táblázatos értékek hibája, és a hővezetési együttható lineáris függése a hőmérséklettől: λ = a + bt pontos számítási képlet q nem különbözik a hozzávetőlegestől). Nál nél λ = állandó:
(7)
azok. hőmérséklet-függés t a koordinátától x lineáris (2. ábra).
2. ábra. Álló hőmérséklet-eloszlás a lapos fal vastagságában.
A (7) egyenletben szereplő változók felosztása és átintegrálása t tól től tw1 előtt tw2és által x 0-tól δ :
, (8)
megkapjuk a hőáram-sűrűség számításának függőségét:
, (9)
vagy hőáramlási teljesítmény (hőáramlás):
(10)
Ezért az 1-en keresztül átadott hőmennyiség m 2 falak, egyenesen arányos a hővezetési együtthatóval λ és a fal külső felületeinek hőmérséklet-különbsége ( t w1 - t w2) és fordítottan arányos a falvastagsággal δ . A teljes hőmennyiség a falfelületen keresztül F e terület arányában is.
Az így kapott legegyszerűbb (10) képletet nagyon széles körben használják a hőszámításoknál. Ez a képlet nemcsak a sík falakon keresztüli hőáram-sűrűséget számítja ki, hanem bonyolultabb esetekre is becsléseket készít, leegyszerűsítve a bonyolult konfigurációjú falakat lapos falra cserélve a számításokban. Néha már egy értékelés alapján elutasítják egyik vagy másik lehetőséget anélkül, hogy további időt fordítanának a részletes tanulmányozására.
Testhőmérséklet egy ponton x képlet határozza meg:
t x = t w1 - (t w1 - t w2) × (x × d)
Hozzáállás λF/δ a fal hővezető képességének nevezzük, és a reciprok δ/λF a fal hő- vagy hőellenállása és jelölése Rλ. A hőellenállás fogalmát használva a hőáram kiszámításának képlete a következőképpen ábrázolható:
A függőség (11) hasonló a törvényhez Ohma az elektrotechnikában (az elektromos áram erőssége egyenlő a potenciálkülönbség osztva annak a vezetőnek az elektromos ellenállásával, amelyen az áram folyik).
Nagyon gyakran a hőellenállást δ / λ értéknek nevezik, amely egyenlő egy 1-es területű lapos fal hőellenállásával. m 2.
Számítási példák.
1. példa. Határozza meg a hőáramot egy 200 vastag épület betonfalán mm, magasság H = 2,5 més hossza 2 m ha a felületein a hőmérséklet: t с1\u003d 20 0 C, t с2\u003d - 10 0 С, és a hővezető képesség együtthatója λ =1 kedd/(m K):
= 750 kedd.
2. példa. Határozza meg az 50-es vastagságú falanyag hővezető képességét! mm, ha a hőáram sűrűsége rajta keresztül q = 100 kedd/m 2, és a felületek hőmérséklet-különbsége Δt = 20 0 C.
kedd/(m K).
Többrétegű fal.
A (10) képlet arra is használható, hogy kiszámítsuk a hőáramot egy falon keresztül, amely több ( n) egymáshoz szorosan kapcsolódó, eltérő anyagokból álló rétegek (3. ábra), például különböző anyagokból készült hengerfej, tömítés és hengerblokk stb.
3. ábra. Hőmérséklet-eloszlás a többrétegű lapos fal vastagságában.
Egy ilyen fal hőellenállása megegyezik az egyes rétegek hőellenállásainak összegével:
(12)
A (12) képletben azokon a pontokon (felületeken) kell behelyettesíteni a hőmérséklet-különbséget, amelyek között az összes összegzett hőellenállás „beleértve”, azaz. ebben az esetben: tw1és w(n+1):
, (13)
ahol én- rétegszám.
Álló üzemmódban a többrétegű falon áthaladó fajlagos hőáram állandó, és minden rétegben azonos. A (13)-tól a következő:
. (14)
A (14) egyenletből következik, hogy egy többrétegű fal teljes hőellenállása egyenlő az egyes rétegek ellenállásainak összegével.
A (13) képlet könnyen megkapható, ha mindegyikre a (10) képlet szerint felírjuk a hőmérsékletkülönbséget P egy többrétegű fal rétegeit, és az összeset összeadjuk P kifejezéseket, figyelembe véve azt a tényt, hogy minden rétegben K ugyanaz a jelentése. Hozzáadáskor minden közbenső hőmérséklet csökken.
Az egyes rétegeken belüli hőmérséklet-eloszlás lineáris, azonban a különböző rétegekben a hőmérséklet-függés meredeksége eltérő, mivel a (7) képlet szerint ( dt/dx)én = - q/λ i. A teljes rétegen áthaladó hőáram sűrűsége stacionárius üzemmódban azonos, a rétegek hővezető képessége pedig eltérő, ezért az alacsonyabb hővezető képességű rétegekben élesebben változik a hőmérséklet. Tehát a 4. ábra példájában a második réteg anyagának (például tömítések) a legalacsonyabb a hővezető képessége, és a harmadik rétegé a legmagasabb.
A többrétegű falon áthaladó hőáram kiszámítása után a (10) összefüggés segítségével meghatározhatjuk az egyes rétegek hőmérsékletesését, és megtalálhatjuk a hőmérsékleteket az összes réteg határán. Ez nagyon fontos, ha korlátozott megengedett hőmérsékletű anyagokat használnak hőszigetelőként.
A rétegek hőmérsékletét a következő képlet határozza meg:
t sl1 \u003d t c t1 - q × (d 1 × l 1 -1)
t sl2 \u003d t c l1 - q × (d 2 × l 2 -1)
Érintkezési hőellenállás. A többrétegű falra vonatkozó képletek levezetésénél azt feltételeztük, hogy a rétegek szorosan érintkeznek egymással, és a jó érintkezés miatt a különböző rétegek érintkező felületei azonos hőmérsékletűek. Ideálisan szoros érintkezés érhető el a többrétegű fal egyes rétegei között, ha az egyik réteget folyékony állapotban vagy folyékony oldat formájában egy másik rétegre visszük fel. A tömör testek csak az érdességprofilok tetején érintik egymást (4. ábra).
A csúcsok érintkezési felülete elhanyagolható, és a teljes hőáram a légrésen halad át ( h). Ez további (érintkezési) hőellenállást hoz létre. R to. A hőérintkezési ellenállások egymástól függetlenül, a megfelelő empirikus függőségek segítségével vagy kísérleti úton határozhatók meg. Például egy rés hőellenállása 0,03 mm körülbelül egyenértékű egy körülbelül 30 vastag acélréteg hőellenállásával mm.
4. ábra. Két érdes felület érintkezőinek képe.
A termikus érintkezési ellenállás csökkentésének módszerei. Az érintkező teljes hőellenállását a feldolgozás tisztasága, a terhelés, a közeg hővezető képessége, az érintkező részek anyagainak hővezetési együtthatói és egyéb tényezők határozzák meg.
A hőellenállás csökkentésében a legnagyobb hatékonyságot a féméhez közeli hővezető képességű közegnek az érintkezési zónába történő bevezetése biztosítja.
Az érintkezési zóna anyagokkal való feltöltésére a következő lehetőségek állnak rendelkezésre:
Lágy fémből készült tömítések használata;
Jó hővezető képességű porított anyag érintkezési zónájába való bevezetés;
Jó hővezető képességű viszkózus anyag zónájába való bevezetés;
Az érdesség kiemelkedései közötti tér kitöltése folyékony fémmel.
A legjobb eredményeket akkor kaptuk, ha az érintkezési zónát megolvadt ónnal töltötték fel. Ebben az esetben az érintkező hőellenállása gyakorlatilag nulla lesz.
Hengeres fal.
Nagyon gyakran a hűtőfolyadékok csöveken (hengereken) keresztül mozognak, és ki kell számítani a cső (henger) hengeres falán keresztül továbbított hőáramot. A hengeres falon (a belső és külső felületeken ismert és állandó hőmérséklet mellett) történő hőátadás problémája is egydimenziós, ha hengeres koordinátákban vesszük figyelembe (4. ábra).
A hőmérséklet csak a sugár mentén és a cső hossza mentén változik l kerülete mentén pedig változatlan marad.
Ebben az esetben a hőáramlási egyenlet a következőképpen alakul:
. (15)
A függőség (15) azt mutatja, hogy a hengerfalon áthaladó hőmennyiség egyenesen arányos a hővezetési együtthatóval λ , csőhossz lés hőmérséklet különbség ( t w1 - t w2) és fordítottan arányos a henger külső átmérőjének arányának természetes logaritmusával d2 a belső átmérőjére d1.
Rizs. 4. A hőmérséklet változása egyrétegű hengeres fal vastagságában.
Nál nél λ = const hőmérséklet-eloszlás sugár szerint r az egyrétegű hengeres fal logaritmikus törvényének engedelmeskedik (4. ábra).
Példa. Hányszor csökken a hőveszteség az épület falán keresztül, ha két téglaréteg között, 250 vastagságú mm helyezzen be egy 50 vastag habszivacsot mm. A hővezetési együtthatók egyenlők: λ kirp . = 0,5 kedd/(m K); λ toll. . = 0,05 kedd/(m K).
Az „Energiatakarékosságról” szóló 261-FZ szövetségi törvény követelményeivel összhangban Oroszországban szigorították az épület- és hőszigetelő anyagok hővezető képességére vonatkozó követelményeket. Manapság a hővezető képesség mérése az egyik kötelező szempont annak eldöntésekor, hogy használjunk-e valamilyen anyagot hőszigetelőként.
Miért szükséges a hővezető képesség mérése az építőiparban?
Az építő- és hőszigetelő anyagok hővezető képességének ellenőrzése tanúsításuk és gyártásuk minden szakaszában laboratóriumi körülmények között történik, amikor az anyagok különböző, teljesítménytulajdonságukat befolyásoló tényezőknek vannak kitéve. Számos általános módszer létezik a hővezetőképesség mérésére. Az alacsony hővezetőképességű (0,04 - 0,05 W / m * K alatti) anyagok pontos laboratóriumi vizsgálatához helyhez kötött hőáramlásos módszerrel javasolt műszereket használni. Használatukat a GOST 7076 szabályozza.
Az "Interpribor" cég hővezetőképesség-mérőt kínál, amelynek ára kedvező a piacon kapható termékekhez képest, és megfelel minden modern követelménynek. Építési és hőszigetelő anyagok laboratóriumi minőségellenőrzésére szolgál.
Az ITS-1 hővezetőképesség-mérő előnyei
Az ITS-1 hővezetőképesség-mérő eredeti monoblokk kialakítású, és a következő előnyökkel rendelkezik:
- automatikus mérési ciklus;
- nagy pontosságú mérési út, amely lehetővé teszi a hűtőszekrény és a fűtőelem hőmérsékletének stabilizálását;
- az eszköz kalibrálásának lehetősége bizonyos típusú vizsgált anyagokhoz, ami tovább növeli az eredmények pontosságát;
- az eredmény kifejezett értékelése a mérések végrehajtása során;
- optimalizált "forró" biztonsági zóna;
- informatív grafikus kijelző, amely leegyszerűsíti a mérési eredmények ellenőrzését és elemzését.
Az ITS-1 egyetlen alapkivitelben kerül szállításra, mely a megrendelő kérésére ellenőrző mintákkal (plexi és habműanyag), ömlesztett anyagok dobozával és a készülék tárolására és szállítására szolgáló védőtokkal kiegészíthető.
