4.8 Determinarea conductivităţii termice şi a difuzivităţii termice în cazul materialelor solide

HTML
DOWNLOAD

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "4.8 Determinarea conductivităţii termice şi a difuzivităţii termice în cazul materialelor solide"

Σίβύλλα Παπαδόπουλος
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 . Determinarea conductivităţii termice şi a difuzivităţii termice în cazu materiaeor soide Conductivitatea termică (reaţia.0) şi difuzivitatea termică a (reaţia (.)) sunt două mărimi de materia care caracterizează transportu de energie termică prin conducţie. Cee două mărimi sunt egate între ee prin reaţia: a (.66) c ρ unde c este cădura specifică a materiauui, iar ρ este densitatea materiauui. Ca urmare, determinând una dintre aceste două mărimi termice şi cunoscând cădura specifică şi densitatea materiauui o putem cacua pe ceaată. entru determinarea conductivităţii termice a materiaeor se poate foosi una din reaţiie (.0) sau (.). În cazu genera a unui câmp de temperatură variabi în timp şi spaţiu (descris de reaţia.) este difici de determinat conductivitatea termică, motiv pentru care metodee experimentae reaizează, prin aranjamentu experimenta utiizat, o particuarizare a câmpuui de temperatură, de obicei cazurie de câmp staţionar şi uniaxia (reaţia.6a) sau câmp nestaţionar şi uniaxia (reaţia.6b). Din acest punct de vedere metodee de determinare a conductivităţii termice se împart în două categorii: metode staţionare, / τ 0 ; metode nestaţionare, / τ 0 entru determinarea conductivităţii termice cu reaţia (.0) este nevoie să determinăm gradientu de temperatură şi fuxu de cădură care trece prin probă. Determinarea precisă a fuxuui de cădură care trece prin probă poate ridica anumite probeme egate de pierderie de cădură, motiv pentru care unee montaje experimentae înătură necesitatea determinării fuxuui de cădură introducând în schimb o determinare a conductivităţii termice a probei prin comparare cu conductivitatea termică a unei probe etaon. Ca urmare, se mai poate face o casificare a metodeor de determinare a conductivităţii termice în: metode absoute, care necesită determinarea precisă a fuxuui de cădură; metode reative, care necesită utiizarea unei probe etaon. În genera, toate metodee utiizate pentru determinarea conductivităţii termice trebuie să rezove probemee tehnice egate de eiminarea pierderior de fux termic prin convecţie, prin radiaţie şi prin conducţie... Determinarea conductivităţii termice prin metode staţionare şi reative Metodee staţionare şi reative înătură dezavantaju metodeor staţionare şi absoute dat de necesitatea determinării precise a fuxuui de cădură transmis prin probă, dar necesită utiizarea unei probe etaon a cărei conductivitate termică trebuie cunoscută cu precizie, întrucât conductivitatea

2 termică a probei este determinată prin comparaţie cu conductivitatea termică a etaonuui. În practică se utiizează metode cu unu sau cu două etaoane. În cee ce urmează vom prezenta o astfe de metodă care utiizează două etaoane pentru determinarea conductivităţii termice. Să considerăm un ansambu etaon - probă - etaon, precum ce din figura.7. Să presupunem că prin partea superioară introducem în sistem un fux de cădură &, care este evacuat prin partea inferioară, sistemu fiind în contact termic cu un corp de capacitate caorică 0 z C taon robă taon Figura.7. Schema de principiu a metodei staţionare şi reative cu două etaoane. infinită, şi că avem îndepinite condiţiie de câmp de temperatură staţionar şi unidimensiona, transportu termic făcându-se numai după axa z a sistemuui. Cu aceste condiţii îndepinite, neavând pierderi de cădură prin radiaţie şi convecţie, putem scrie că fuxurie de cădură prin cee două etaoane ( şi ) şi prin proba sunt egae, adică; & & & (.7) p Dacă,, şi sunt respectiv temperaturie de a partea superioară a etaonuui, de a interfeţee etaon - probă şi probă - etaon şi de a partea inferioară a etaonuui, atunci putem scrie fuxurie de cădură prin cee două etaoane şi prin probă: S (.7) unde: şi, şi, şi sunt respectiv conductivităţie termice, secţiunie S S transversae şi ungimie etaonuui, respectiv etaonuui, iar p, S, şi p sunt respectiv conductivitatea termică, secţiunea transversaă şi ungimea probei. Din reaţia (.7) putem scrie că fuxu termic prin probă este media aritmetică a fuxurior termice care străbat cee două etaoane, adică:

3 & & + (.7) Din reaţiie (.7) şi (.7), considerând că cee două etaoane sunt din aceaşi materia ) şi constructiv identice şi că au secţiunea transversaă egaă cu cea a probei, ( adică şi S S S S următoarea reaţie:, obţinem pentru conductivitatea termică a probei ( + ) ( + ) (.75) Schiţa de principiu a unei instaaţii de aborator, foosită pentru determinarea conductivităţii termice a metaeor şi care are a bază metoda descrisă mai sus, este prezentată în figura.. Capătu de sus a etaonuui superior este încăzit cu ajutoru unui cuptor tubuar aimentat de a o sursă de tensiune variabiă şi stabiizată, asigurând în feu acesta un fux termic constant în timp. taonu inferior este înfietat într-un orificiu din capacu rezervoruui metaic prin care circuă apa de răcire furnizată printr-un termostat şi care joacă rou corpuui de capacitate caorică infinită. entru a eimina pierderie de cădură prin convecţie şi prin radiaţie şi pentru a asigura un gradient termic unidimensiona, ansambu etaon - probă - etaon este strâns fixat între doi semiciindri cu pereţi groşi, construiţi dintrun materia ceramic foarte bun izoator termic. Diferenţa dintre conductivitatea termică a metaeor şi aiajeor (foosite ca probe) şi conductivitatea termică a semiciindrior izoatori este de ce puţin două ordine de mărime, ceea ce înseamnă că pierderie radiae de cădură prin conducţie sunt sub %. entru a reaiza un contact termic foarte bun a cee două interfeţe etaon - probă, suprafeţee de contact sunt şefuite şi ustruite şi înainte de efectuarea măsurătorior, aceste suprafeţe se decapează de eventuaii oxizi şi se degresează cu acoo etiic. ot pentru îmbunătăţirea contactuui termic a interfeţe, ansambu etaon - probă - etaon este presat cu ajutoru unei tije şurub înfietată în cadru metaic a instaaţiei.

4 U CM HO C HO VD 9 Figura.. Schiţa de principiu a unei instaaţii pentru determinarea conductivităţii termice prin măsurători staţionare şi reative. ) etaon, ) proba, ) izoator termic, ) cuptor tubuar, 5) piesă de fixare, 6) suport, 7) sursă de aimentare, ) termocupe, 9) apă cu gheaţă (termostat), 0) comutator, ) votmetru digita, ) răcitor. entru determinarea gradientuui de temperatură din etaoane şi din probă sunt utiizate termocupe crome - aume. Sudurie cade ae termocupeor sunt fixate pe axa ongitudinaă a ceor două etaoane, iar sudurie reci sunt termostatate a 0 C într-un vas cu apă şi gheaţă. Firee de preungire ae termocupeor sunt egate a un comutator de puncte de măsură (pe figură CM), de unde sunt apoi conectate pe rând a instrumentu de măsurare a tensiunii termoeectromotoare, acesta fiind un votmetru digita (pe figură VD). Măsurarea temperaturior se face a atingerea stării staţionare, stare care se atinge în timp, menţinând puterea cuptoruui de încăzire constantă. Întrucât, pentru a permite o confecţionare simpă a probeor de măsurare, termocupee şi nu sunt fixate în probă, acestea nu măsoară temperaturie şi, care intră în reaţia (.75) pentru determinarea conductivităţii termice. Măsurându-se temperaturie şi cu termocupee şi, cunoscând distanţee dintre termocupee - şi - şi distanţee de a termocupee şi a cee două interfeţe etaon - probă, temperaturie şi care intră în reaţia (.75) pot fi cacuate din următoaree reaţii: (.76)

5 unde s-a considerat faptu că, în regim staţionar, gradientu de temperatură în etaoane este aceaşi indiferent unde sunt măsurate cee două temperaturi pe axa etaoaneor. O instaaţie de aborator de tipu ceei prezentate mai sus se afă în aboratoaree Catedrei de Ştiinţa şi ehnoogia Materiaeor a Universităţii ehnice din Cuj-Napoca şi are următoaree eemente constructive: cee două etaoane sunt din cupru eectroitic ( 96 W/mK), 5 mm, 50 mm, materiau din care sunt făcuţi cei doi semiciindri izoatori este BCA (beton ceuar autocavizat).

Σχετικά έγγραφα

a. 11 % b. 12 % c. 13 % d. 14 %

a. 11 % b. 12 % c. 13 % d. 14 % 1. Un motor termic funcţionează după ciclul termodinamic reprezentat în sistemul de coordonate V-T în figura alăturată. Motorul termic utilizează ca substanţă de lucru un mol de gaz ideal având exponentul