تعمیر طرح مبلمان
بسط دادن
خانه ›

ویژگی های تعیین رسانایی حرارتی مصالح ساختمانی. اندازه گیری هدایت حرارتی سنسورهای هدایت حرارتی سنسورهای دمای پل لایه نازک

آژانس فدرال برای مقررات فنی و مترولوژی

ملی

استاندارد

روسی

فدراسیون ها

کامپوزیت ها

نسخه رسمی

Stshdfttftsm

GOST R 57967-2017

پیشگفتار

1 تهیه شده توسط شرکت فدرال واحد ایالتی "موسسه تحقیقاتی مواد هوانوردی همه روسیه" همراه با سازمان غیر تجاری خودمختار "مرکز استانداردسازی، استانداردسازی و طبقه بندی کامپوزیت ها" با مشارکت انجمن اشخاص حقوقی "اتحادیه کامپوزیت ها" سازندگان" بر اساس ترجمه رسمی به روسی نسخه انگلیسی زبان مشخص شده در بند 4 استاندارد که توسط TC 497 پیاده سازی شده است.

2 معرفی شده توسط کمیته فنی استاندارد TK 497 "کامپوزیت ها، سازه ها و محصولات از آنها"

3 مورد تأیید و اجرا به دستور آژانس فدرال مقررات فنی و اندازه‌شناسی شماره 1785-st مورخ 21 نوامبر 2017

4 این استاندارد از ASTM E1225-13 "روش تست استاندارد برای هدایت حرارتی جامدات با استفاده از تکنیک گارد ed-Comparative -Longitudinal Heat Flow "، MOD) با تغییر ساختار آن برای منطبق کردن با قوانین تعیین شده در GOST 1.5 اصلاح شده است. -2001 (بخش های فرعی 4.2 و 4.3).

این استاندارد شامل بندهای 5. 12. زیرشاخه های 1.2، 1.3 استاندارد ASTM کاربردی نمی باشد. استفاده از آنها در استاندارد ملی روسیه به دلیل افزونگی غیرعملی است.

بندها و زیرمجموعه های مشخص شده که در قسمت اصلی این استاندارد گنجانده نشده است در پیوست اضافی YES آورده شده است.

نام این استاندارد از نام استاندارد ASTM مشخص شده تغییر کرده است تا با GOST R 1.5-2012 (فرعی 3.5) مطابقت داشته باشد.

مقایسه ساختار این استاندارد با ساختار استاندارد ASTM مشخص شده در پیوست اضافی DB آورده شده است.

اطلاعات مربوط به انطباق استاندارد ملی مرجع با استاندارد ASTM. به عنوان مرجع در استاندارد ASTM کاربردی استفاده می شود. در پیوست تکمیلی DV آورده شده است

5 برای اولین بار معرفی شد

قوانین استفاده از این استاندارد در ماده 26 قانون فدرال 29 ژوئن 2015 N9 162-FZ "در مورد استانداردسازی در فدراسیون روسیه" تعیین شده است. اطلاعات مربوط به تغییرات این استاندارد در فهرست اطلاعاتی سالانه (از اول ژانویه سال جاری) "استانداردهای ملی" منتشر می شود و متن رسمی تغییرات و نیمی از مطبوعات در فهرست اطلاعات ماهانه "ملی" منتشر می شود. استانداردها". در صورت بازنگری (تعویض) یا لغو این استاندارد، اطلاعیه مربوطه در شماره بعدی فهرست اطلاعات ماهانه «استانداردهای ملی» منتشر خواهد شد. اطلاعات مرتبط. اطلاعیه و متون نیز در سیستم اطلاعات عمومی ارسال می شود - در وب سایت رسمی آژانس فدرال مقررات فنی و اندازه شناسی در اینترنت ()

© Stamdartinform. 2017

این استاندارد را نمی توان به طور کامل یا جزئی تکثیر کرد، تکثیر کرد و به عنوان یک نشریه رسمی بدون اجازه آژانس فدرال مقررات فنی و اندازه شناسی منتشر کرد.

GOST R 57967-2017

1 منطقه مورد استفاده ...................................... ....................یک

3 اصطلاحات، تعاریف و نمادها ............................................ .......یک

4 ماهیت روش ...................................... .................... 2

5 تجهیزات و مواد ...................................... ..........4

6 آمادگی برای آزمایش ................................................ . ...... یازده

7 تست ................................ ...................... ..............12

8 پردازش نتایج آزمون ...................................... .......سیزده

9 گزارش آزمایش ..................................................... ..................سیزده

پیوست بله (آموزنده) متن اصلی عناصر ساختاری غیر شامل

استاندارد ASTM کاربردی ...................................... 15

پیوست DB (آموزنده) مقایسه ساختار این استاندارد با ساختار

استاندارد ASTM اعمال شده در آن ...................................... 18

پیوست DV (مرجع) اطلاعات مربوط به انطباق استاندارد ملی مرجع با استاندارد ASTM. به عنوان مرجع در استاندارد ASTM کاربردی ................................... ............. نوزده


GOST R 57967-2017

استاندارد ملی فدراسیون روسیه

کامپوزیت ها

تعیین رسانایی حرارتی جامدات به روش شار حرارتی ثابت یک بعدی با گرمکن محافظ

کامپوزیت ها تعیین رسانایی حرارتی soHds توسط جریان گرمای ثابت یک بعدی

با تکنیک گرمکن محافظ

تاریخ معرفی - 2018-06-01

1 منطقه استفاده

1.1 این استاندارد تعیین رسانایی حرارتی کامپوزیت های پلیمری جامد مات همگن، سرامیکی و فلزی را با روش شار حرارتی ثابت یک بعدی با گرمکن محافظ مشخص می کند.

1.2 این استاندارد برای استفاده در آزمایش مواد با هدایت حرارتی تأثیرگذار در محدوده 0.2 تا 200 W / (m-K) در محدوده دمایی 90 K تا 1300 K در نظر گرفته شده است.

1.3 این استاندارد را می توان در هنگام آزمایش مواد با رسانایی گرمایی موثر در خارج از محدوده های مشخص شده با دقت کمتر نیز اعمال کرد.

2 مراجع هنجاری

این استاندارد از ارجاعات هنجاری به استانداردهای زیر استفاده می کند:

GOST 2769 زبری سطح. پارامترها و خصوصیات

GOST R 8.585 سیستم دولتی برای اطمینان از یکنواختی اندازه گیری ها. ترموکوپل. ویژگی های تبدیل استاتیک رتبه بندی شده

توجه - هنگام استفاده از این استاندارد، توصیه می شود اعتبار استانداردهای مرجع را در سیستم اطلاعات عمومی - در وب سایت رسمی آژانس فدرال مقررات فنی و اندازه گیری در اینترنت یا بر اساس شاخص اطلاعات سالانه "استانداردهای ملی" بررسی کنید. "، که از اول دی ماه سال جاری منتشر شد و در مورد شماره های شاخص اطلاعات ماهانه "استانداردهای ملی" برای سال جاری منتشر شد. اگر استاندارد ارجاعی که یک مرجع بدون تاریخ به آن داده شده است جایگزین شده باشد، توصیه می شود که از نسخه فعلی آن استاندارد استفاده شود، مشروط به هر گونه تغییر در آن نسخه. اگر استاندارد ارجاعی که مرجع تاریخ به آن داده شده است جایگزین شود، توصیه می شود از نسخه آن استاندارد با سال تایید (پذیرش) فوق استفاده شود. اگر پس از تصویب این استاندارد، تغییری در استاندارد ارجاعی که مرجع تاریخ به آن داده شده است، ایجاد شود که بر مفاد مرجعی که به آن ارجاع شده است تأثیر بگذارد، توصیه می‌شود که این ماده بدون در نظر گرفتن این تغییر اعمال شود. اگر استاندارد مرجع بدون جایگزینی لغو شود، توصیه می شود مقرراتی که در آن به آن ارجاع داده شده است در بخشی اعمال شود که این مرجع را تحت تأثیر قرار نمی دهد.

3 اصطلاحات، تعاریف و نمادها

3.1 عبارات زیر در این استاندارد با تعاریف مربوطه استفاده می شود:

3.1.1 هدایت حرارتی / .. W / (m K): نسبت چگالی شار حرارتی در شرایط ثابت از طریق یک واحد سطح به واحد گرادیان دما در جهت عمود بر سطح.

نسخه رسمی

GOST R 57967-2017

3.1.2 هدایت حرارتی ظاهری: در صورت وجود روش های دیگر انتقال حرارت از طریق مواد، علاوه بر هدایت حرارتی، نتایج اندازه گیری های انجام شده بر اساس این روش آزمایش *. هدایت حرارتی ظاهری یا مؤثر را نشان می دهد.

3.2 8 این استاندارد از نمادهای زیر استفاده می شود:

3.2.1 X M (T)، W / (m K) - هدایت حرارتی نمونه های مرجع بسته به دما.

3.2.2 Etsi، W / (m K) - هدایت حرارتی نمونه مرجع بالایی.

3.2.3 Xjj '. 8t / (m K) - هدایت حرارتی نمونه مرجع پایین تر.

4 edT)، W / (m K) - هدایت حرارتی نمونه آزمایش، برای انتقال حرارت در موارد ضروری تصحیح شده است.

3.2.5 X "$ (T)، W / (m K) هدایت حرارتی نمونه آزمایش است که بدون در نظر گرفتن تصحیح انتقال حرارت محاسبه می شود.

6> у (7)، W / (m K) - هدایت حرارتی عایق بسته به دما.

3.2.7 گرم، K - دمای مطلق.

3.2.8 Z، m - فاصله اندازه گیری شده از انتهای بالایی بسته.

3.2.9 /، m طول نمونه آزمایشی است.

3.2.10 G (، K دما در Z r است

3.2.11 q "، W / m 2 - شار گرما در واحد سطح.

3.2.12 ЗХ ЬТ، دیگران - انحرافات X. G. دیگران.

3.2.13 g A, m شعاع نمونه آزمایشی است.

3.2.14 گرم اینچ، متر - شعاع داخلی پوسته محافظ.

15 f 9 (Z)، K دمای محفظه بسته به فاصله Z است.

4 ماهیت روش

4.1 طرح کلی روش شار حرارتی ثابت یک بعدی با استفاده از یک بخاری محافظت شده در شکل 1 نشان داده شده است. نمونه آزمایشی با هدایت حرارتی ناشناخته X s. داشتن رسانایی حرارتی فرضی X s // s. تحت بار بین دو نمونه مرجع با رسانایی حرارتی X m دارای سطح مقطع یکسان و رسانایی حرارتی X ^ // ^. این طرح یک بسته متشکل از یک بخاری دیسکی با یک قطعه آزمایش و قطعات مرجع در هر طرف بین بخاری و هیت سینک است. یک گرادیان دما در بسته مورد مطالعه ایجاد می شود، تلفات حرارتی با استفاده از یک بخاری امنیتی طولی با گرادیان دما تقریباً یکسان به حداقل می رسد. حدود نیمی از انرژی از طریق هر نمونه جریان می یابد. در حالت تعادل، ضریب هدایت حرارتی از گرادیان های دمایی اندازه گیری شده نمونه آزمایشی و نمونه های مرجع مربوطه و هدایت حرارتی مواد مرجع تعیین می شود.

4.2 برای اطمینان از تماس خوب بین نمونه ها، به کیسه نیرو وارد کنید. این بسته توسط یک ماده عایق با هدایت حرارتی احاطه شده است.عایق در یک پوسته محافظ با شعاع r 8 که در دمای Td (2) قرار دارد محصور شده است. گرادیان دما را در بسته بندی با نگه داشتن قسمت بالایی در دمای T t و قسمت پایینی در دمای T in تنظیم کنید. دمای T 9 (Z) معمولاً یک گرادیان دما خطی است که تقریباً مطابق با گرادیان تعیین شده در بسته آزمایشی است. آیا می توان از بخاری ایمنی همدما با دمای T نیز استفاده کرد؟ (ز). برابر با میانگین دمای نمونه آزمایشی است. استفاده از طرح سلول اندازه گیری دستگاه بدون گرمکن محافظ به دلیل تلفات حرارتی زیاد احتمالی به خصوص در دماهای بالا توصیه نمی شود. در حالت پایدار، گرادیان دما در امتداد مناطق از دماهای اندازه گیری شده در امتداد دو نمونه مرجع و نمونه آزمایش محاسبه می شود. مقدار X "s بدون در نظر گرفتن تصحیح انتقال حرارت با فرمول محاسبه می شود (افسانه در شکل 2 نشان داده شده است).

Т 4 -Г 3 2 U 2 -Z، Z e -Z 5

که در آن Г، دما در Z، است. K T 2 - دما در Z 2، K G 3 - دما در Z 3. به

GOST R 57967-2017

Г 4 - دما در Z 4. به؛

Г 5 - دما در Z s. به:

Г в - دما در Z e. به:

Z، - مختصات سنسور دما 1، m.

Zj - مختصات سنسور دما 2، m.

Z 3 - مختصات سنسور دما 3، m.

Z 4 - مختصات سنسور دما 4، m.

Z 5 - مختصات سنسور دما 5، m.

Z e - مختصات سنسور دما 6، m.

این آرایش ایده آل است زیرا انتقال حرارت بین بسته و عایق در هر نقطه و انتقال حرارت یکنواخت در هر رابط بین نمونه های مرجع و نمونه آزمایش را در نظر نمی گیرد. عدم قطعیت های ناشی از این دو فرض می تواند بسیار متفاوت باشد. به دلیل این دو عامل، باید محدودیت هایی برای این روش تست در نظر گرفت. اگر می خواهید به دقت مورد نیاز دست یابید.

1 - گرادیان دما در پوسته محافظ؛ 2 - گرادیان دما در بسته. 3 - ترموکوپل : 4 - گیره.

S - بخاری بالا. ب - نمونه مرجع بالا : 7 - نمونه مرجع پایین ، ج - بخاری پایین : ج - یخچال. 10 - بخاری امنیتی فوقانی: I - بخاری تزریقی و امنیتی

شکل 1 - نمودار یک بسته آزمایشی معمولی و محفظه، که مطابقت گرادیان های دما را نشان می دهد.

GOST R 57967-2017

7

ب

سرد شده nzh

اوه اویمشپرمی

عایق؛ 2 - بخاری امنیتی. E - غلاف محافظ فلزی یا سرامیکی: 4 - بخاری. S - نمونه مرجع، b - نمونه آزمایشی، x - محل تقریبی ترموکوپل ها

شکل 2 - نمودار روش شار حرارتی ثابت یک بعدی با استفاده از بخاری امنیتی با نشان دادن مکان های احتمالی نصب سنسورهای دما

5 تجهیزات و مواد

5.1 نمونه های مرجع

5.1.1 برای نمونه های مرجع، باید از مواد مرجع یا مواد مرجع با مقادیر هدایت حرارتی شناخته شده استفاده شود. جدول 1 برخی از مواد مرجع پذیرفته شده را فهرست می کند. شکل 3 یک نمونه تغییر را نشان می دهد. متر با دما * ture.

GOST R 57967-2017

Typlofoaodoost، EGL ^ m-K)

شکل 3 - مقادیر مرجع هدایت حرارتی مواد مرجع

توجه: ماده انتخاب شده برای نمونه های مرجع باید دارای رسانایی گرمایی نزدیک به رسانایی حرارتی ماده مورد اندازه گیری باشد.

5.1.2 جدول 1 جامع نیست و سایر مواد را می توان به عنوان مرجع استفاده کرد. ماده مرجع و منبع مقادیر Xm باید در گزارش تست مشخص شود.

جدول 1 - داده های مرجع خصوصیات مواد مرجع

GOST R 57967-2017

انتهای جدول 1

جدول 2 - هدایت حرارتی آهن الکترولیتی

درجه حرارت. به

رسانایی گرمایی. W / (m K)

GOST R 57967-2017

جدول 3 - هدایت حرارتی تنگستن

دما، K

رسانایی گرمایی. 6 تن / (mK)

GOST R 57967-2017

جدول 4 - هدایت حرارتی فولاد آستنیتی

درجه حرارت. به

هدایت حرارتی، W / (m K)

GOST R 57967-2017

انتهای جدول 4

5.1.3 الزامات برای هر ماده مرجع شامل پایداری خواص در کل محدوده دمای عملیاتی، سازگاری با سایر اجزای سلول اندازه‌گیری ابزار، سهولت نصب سنسور دما، و رسانایی حرارتی دقیق شناخته شده است. از آنجایی که خطاهای ناشی از اتلاف حرارت برای افزایش خاصی در k با تغییر k و Jk s متناسب است، ماده مرجع c) باید برای نمونه های مرجع استفاده شود. متر نزدیکترین به>. س

5.1.4 اگر رسانایی حرارتی k s نمونه آزمایش بین مقادیر رسانایی حرارتی دو ماده مرجع باشد، باید از ماده مرجع با رسانایی گرمایی k بالاتر استفاده شود. برای کاهش افت دمای کلی در طول بسته.

5.2 مواد عایق

مواد پودری، پراکنده و فیبری به عنوان مواد عایق برای کاهش شار حرارتی شعاعی به فضای حلقوی اطراف بسته و تلفات حرارتی در طول بسته استفاده می شود. هنگام انتخاب عایق باید چندین فاکتور را در نظر گرفت:

عایق باید در محدوده دمایی مورد انتظار پایدار باشد، رسانایی حرارتی پایینی داشته باشد و کار با آن آسان باشد.

عایق نباید اجزای سلول اندازه گیری مانند سنسورهای دما را آلوده کند، باید سمیت کمی داشته باشد و نباید جریان الکتریکی را هدایت کند.

پودرها و جامدات معمولاً استفاده می شوند زیرا به راحتی فشرده می شوند. می توان از تشک های الیافی با چگالی کم استفاده کرد.

5.3 سنسورهای دما

5-3-1 هر نمونه مرجع باید حداقل دو سنسور دما و دو سنسور روی نمونه آزمایشی داشته باشد. در صورت امکان، نمونه های مرجع و نمونه آزمایشی باید هر کدام دارای سه پروب دما باشند. سنسورهای اضافی برای تأیید خطی بودن توزیع دما در امتداد بسته یا تشخیص خطاهای ناشی از سنسور دمای کالیبره نشده مورد نیاز است.

5.3.2 نوع سنسور دما به اندازه سلول اندازه گیری دستگاه، محدوده دما و محیط در سلول اندازه گیری دستگاه بستگی دارد که توسط عایق، نمونه های مرجع، نمونه آزمایش و گاز تعیین می شود. برای اندازه گیری دما می توان از هر سنسوری با دقت کافی استفاده کرد و سلول اندازه گیری دستگاه باید به اندازه ای بزرگ باشد که اختلال شار حرارتی سنسورهای دما ناچیز باشد. معمولاً از ترموکوپل ها استفاده می شود. اندازه کوچک و سهولت اتصال آنها از مزایای واضح است.

5.3.3 ترموکوپل ها باید از سیم با قطر حداکثر 0.1 میلی متر ساخته شوند. تمام اتصالات سرد باید در دمای ثابت نگهداری شوند. این دما توسط دوغاب سرد، ترموستات یا نقطه مرجع جبران شده الکترونیکی حفظ می شود. تمام ترموکوپل ها باید از سیم یا سیم کالیبره شده ساخته شده باشند که توسط تامین کننده تایید شده است تا محدودیت های خطای مشخص شده در GOST R 8.585 را رعایت کند.

5-3-4 روش های تثبیت ترموکوپل ها در شکل 4 نشان داده شده است. تماس های داخلی را می توان در فلزات و آلیاژها با جوش دادن ترموکوپل های جداگانه به سطوح به دست آورد (شکل 4a). ترموکوپل ها، جوش لب به لب یا یقه را می توان با آهنگری، دوغاب کاری یا جوشکاری در شیارهای باریک یا سوراخ های کوچک به طور صلب وصل کرد (شکل های 4b، 4c و 4

5.3.5 در شکل 46، ترموکوپل در یک شکاف شعاعی قرار دارد و در شکل 4c، ترموکوپل از طریق یک سوراخ شعاعی در ماده کشیده شده است. 8 در مورد استفاده از ترموکوپل در غلاف محافظ یا ترموکوپل که هر دو عنصر حرارتی آن در یک عایق الکتریکی با دو

GOST R 57967-2017

سوراخ ها، پایه ترموکوپل نشان داده شده در شکل 4d را می توان استفاده کرد. در سه مورد آخر، ترموکوپل باید با چسب مناسب یا سیمان با دمای بالا به سطح جامد چسبانده شود. هر چهار روش نشان داده شده در شکل 4 باید شامل سخت شدن سطحی سیم ها، سیم پیچی سیم در مناطق همدما، اتصال زمین حرارتی سیم ها روی محفظه یا ترکیبی از هر سه باشد.

5.3.6 از آنجایی که عدم دقت مکان سنسور دما منجر به خطاهای بزرگ می شود. برای تعیین فاصله صحیح بین سنسورها و محاسبه خطای احتمالی ناشی از هرگونه نادرستی باید دقت خاصی صورت گیرد.

ج - کفشک پنیر داخلی با عناصر حرارتی جدا شده، به نمونه آزمایشی یا نمونه های مرجع جوش داده شده تا سیگنال از مواد عبور کند. 6 - شیار شعاعی روی سطح صاف سیم لخت یا سنسور ترموکوپل با عایق سرامیکی. ج - یک سوراخ شعاعی کوچک که از طریق نمونه آزمایشی یا نمونه های مرجع حفر شده و یک ترموکوپل بدون عایق (در صورتی که مواد عایق الکتریکی باشد قابل قبول است) یا عایق شده از طریق سوراخ کشیده شده است: د - یک سوراخ شعاعی کوچک که از طریق نمونه آزمایش یا نمونه های مرجع حفر شده است. یک ترموکوپل روی سوراخ قرار داده شده است

شکل 4 - نصب ترموکوپل

یادآوری در همه موارد، ترموکوپل ها باید از نظر حرارتی سخت شده یا از نظر حرارتی به محفظه متصل شوند تا خطای اندازه گیری به دلیل شار گرما به یا از محل اتصال داغ به حداقل برسد.

5.4 سیستم بارگیری

5-4-1 روش آزمایش مستلزم انتقال حرارت یکنواخت در سطح مشترک بین نمونه های مرجع و نمونه آزمایشی است زمانی که پروب های دما در rk سطح مشترک قرار دارند. برای این، لازم است از مقاومت تماس یکنواخت اطمینان حاصل شود

GOST R 57967-2017

افزایش نواحی مجاور نمونه های مرجع و نمونه آزمایشی که می تواند با اعمال بار محوری در ترکیب با یک محیط رسانا در سطح مشترک ایجاد شود. انجام اندازه گیری در خلاء توصیه نمی شود مگر اینکه برای اهداف حفاظتی لازم باشد.

5.4.2 هنگام آزمایش مواد با رسانایی حرارتی کم، از قطعات آزمایشی نازک استفاده می شود، بنابراین سنسورهای دما باید نزدیک به سطح نصب شوند. در چنین مواردی، یک لایه بسیار نازک از مایع بسیار رسانای حرارتی، خمیر، فویل فلزی نرم یا سپر باید در سطح مشترک وارد شود.

5-4-3 باید وسایلی در طراحی دستگاه اندازه گیری برای اعمال یک بار تکرارپذیر و ثابت در سرتاسر پشته به منظور به حداقل رساندن مقاومت های رابط در فصل مشترک بین نمونه های مرجع و نمونه آزمایش ارائه شود. بار را می توان به صورت پنوماتیک، هیدرولیکی، با عمل فنر یا با قرار دادن وزن اعمال کرد. مکانیسم های اعمال بار بالا زمانی که دمای بسته تغییر می کند ثابت هستند. در برخی موارد، مقاومت فشاری قطعه آزمایش ممکن است به قدری کم باشد که نیروی اعمالی باید توسط وزن قطعه مرجع بالایی محدود شود. در این مورد، باید به خطاهایی که می تواند در اثر تماس ضعیف ایجاد شود، توجه ویژه ای شود، که برای آن سنسورهای دما باید به دور از هرگونه اختلال در شار حرارتی در رابط ها قرار گیرند.

5.5 پوسته امنیتی

5-5-1 کیسه متشکل از قطعه آزمایش و قطعات مرجع باید در یک محفظه محافظ با تقارن دایره ای صحیح محصور شود. محفظه می تواند فلزی یا سرامیکی باشد و شعاع داخلی آن باید به گونه ای باشد که نسبت r ^ r A در محدوده 2.0 تا 3.5 باشد. محفظه باید دارای حداقل یک بخاری امنیتی برای تنظیم مشخصات دمای پوشش باشد.

5-5-2 محفظه باید به گونه ای طراحی و کار کند که دمای سطح آن یا همدما و تقریباً برابر با میانگین دمای نمونه آزمایشی باشد یا دارای یک نیمرخ خطی تقریبی باشد که در انتهای بالایی و پایینی محفظه تراز شده باشد. موقعیت های مربوطه در امتداد بسته در هر مورد، حداقل سه سنسور دما باید روی پوسته امنیتی در نقاط از پیش هماهنگ شده نصب شود (شکل 2) را برای اندازه گیری مشخصات دما.

5.6 تجهیزات اندازه گیری

5.6.1 ترکیب سنسور دما و متری که برای اندازه گیری خروجی سنسور استفاده می شود باید برای ارائه دقت اندازه گیری دما 0.04 ± K و خطای مطلق کمتر از 0.5 ± کافی باشد.

5-6-2 تجهیزات اندازه گیری برای این روش باید دمای مورد نیاز را حفظ کرده و تمام ولتاژهای خروجی مربوطه را با دقتی متناسب با دقت اندازه گیری دما سنسورهای دما اندازه گیری کند.

6 آمادگی برای آزمایش

6.1 الزامات برای نمونه های آزمایشی

6.1.1 نمونه های آزمایش شده با این روش به هندسه آب نبات محدود نمی شوند. ترجیحاً از نمونه های استوانه ای یا منشوری استفاده می شود. مناطق رسانایی نمونه آزمایش و نمونه های مرجع باید تا 1% یکسان باشند و هر گونه تفاوت در سطح باید هنگام محاسبه نتیجه در نظر گرفته شود. برای پیکربندی های استوانه ای، شعاع های قطعه آزمایش و قطعات مرجع باید با دقت 1 ± سازگار باشد. و شعاع نمونه آزمایش، r A، باید به گونه ای باشد که rB fr A بین 2.0 و 3.5 باشد. هر سطح صاف از نمونه های آزمایش شده و مرجع باید مسطح با زبری سطح نه بیشتر از Ra 32 مطابق با GOST 2789 باشد. و نرمال هر سطح باید موازی با محور نمونه با دقت ± 10 دقیقه باشد.

نکته - در برخی موارد این الزام ضروری نیست. به عنوان مثال، برخی از ابزارها ممکن است از قطعات مرجع و قطعات آزمایشی با مقادیر بالا تشکیل شوند. m و>. س که در آن خطاهای ناشی از اتلاف حرارت برای مقاطع طولانی ناچیز است. چنین بخش هایی می توانند از طول کافی برخوردار باشند

GOST R 57967-2017

تثبیت سنسورهای دما در فاصله کافی از نقاط تماس، در نتیجه یکنواختی شار گرما را تضمین می کند. طول قطعه آزمایش باید بر اساس اطلاعات مربوط به شعاع و هدایت حرارتی انتخاب شود. چه زمانی). و بالاتر از رسانایی حرارتی فولاد زنگ نزن، می توان از قطعات آزمایشی طولانی با طول 0g A ”1 استفاده کرد، چنین قطعه های آزمایشی طولانی فاصله زیادی بین پروب های دما ایجاد می کند و این باعث کاهش خطای ناشی از مکان نادرست پروب می شود. چه زمانی). متر کمتر از هدایت حرارتی فولاد ضد زنگ، طول قطعه آزمایش باید کاهش یابد، زیرا خطای اندازه گیری به دلیل از دست دادن گرما بسیار زیاد می شود.

6.1.2 مگر در مواردی که در سند هنجاری یا مستندات فنی برای مواد مشخص شده باشد. یک نمونه آزمایش برای آزمایش استفاده می شود.

6.2 راه اندازی سخت افزار

1 کالیبراسیون و تأیید تجهیزات در موارد زیر انجام می شود:

پس از مونتاژ تجهیزات:

اگر نسبت X m به X s کمتر از 0.3 باشد. یا بیش از 3. و امکان انتخاب مقادیر هدایت حرارتی وجود ندارد.

اگر شکل قطعه آزمایش پیچیده است یا قطعه آزمایش کوچک است:

اگر تغییراتی در پارامترهای هندسی سلول اندازه گیری دستگاه ایجاد شده باشد.

اگر تصمیم به استفاده از مواد مرجع یا مواد عایق غیر از موارد ذکر شده در بخش‌های 6.3 و 6.4 گرفته شده است:

اگر تجهیزات قبلاً در دمایی به اندازه کافی بالا کار کرده باشند که ممکن است خواص اجزاء تغییر کند، مانند. به عنوان مثال، حساسیت یک ترموکوپل.

6.2.2 این بررسی ها باید با مقایسه حداقل دو ماده مرجع به شرح زیر انجام شود:

یک ماده مرجع با رسانایی حرارتی نزدیک به رسانایی حرارتی مورد انتظار نمونه آزمایشی انتخاب کنید:

رسانایی حرارتی X یک قطعه آزمایش ساخته شده از یک ماده مرجع با قطعات مرجع ساخته شده از ماده مرجع دیگری که یک مقدار X نزدیک به مقدار قطعه آزمایش دارد، اندازه گیری می شود. به عنوان مثال، آزمایشی را می توان بر روی یک نمونه سیتال انجام داد. با استفاده از مواد مرجع ساخته شده از فولاد ضد زنگ. اگر رسانایی حرارتی اندازه گیری شده نمونه با مقدار جدول 1 پس از اعمال تصحیح انتقال حرارت مطابقت نداشته باشد، منابع خطا باید شناسایی شوند.

7 تست

7.1 نمونه های مرجع را به گونه ای انتخاب کنید که رسانایی حرارتی آنها به همان ترتیبی باشد که برای نمونه آزمایشی انتظار می رود. پس از تجهیز نمونه های مرجع مورد نیاز به سنسورهای دما و نصب آنها در سلول اندازه گیری، نمونه آزمایشی را به وسایل مشابه مجهز کنید. قطعه آزمایش را به گونه ای در کیسه قرار دهید که بین قطعات مرجع قرار گیرد و حداقل 99٪ از سطح هر سطح با قطعات مرجع مجاور تماس پیدا کند. برای کاهش مقاومت سطح، می توان از فویل نرم یا سایر مواد تماسی استفاده کرد. اگر قرار است سلول اندازه‌گیری در برابر اکسیداسیون در طول آزمایش محافظت شود، یا اگر اندازه‌گیری به فشار گاز یا گاز معینی برای کنترل X/t نیاز دارد، سلول اندازه‌گیری با فشار تنظیم‌شده پر شده و با گاز فعال پاک می‌شود. برای بارگیری بسته، نیروی لازم را برای کاهش اثرات مقاومت حرارتی ناهموار در سطح مشترک اعمال کنید.

7.2 بخاری های بالا و پایین را در دو سر کیسه روشن کنید و تا آن زمان تنظیم کنید. در حالی که اختلاف دما بین نقاط 2 و Zj. Z3 و Z 4. و Z s و 2 ^ بیش از 200 برابر خطای سنسور دما نخواهد بود، اما بیش از 30 کلوین نخواهد بود و نمونه آزمایشی در دمای متوسط ​​مورد نیاز برای اندازه گیری نخواهد بود. با وجود. که پروفیل دمایی دقیق در امتداد پوسته محافظ مورد نیاز نیست. ایکسحدود 10_6 (رسانایی گرمایی کم رساناترین گازها).

رسانایی حرارتی گازها با افزایش دما بسیار افزایش می یابد. برای برخی از گازها (GH 4: NH 3)، هدایت حرارتی نسبی با افزایش دما به شدت افزایش می یابد و برای برخی (Ne) کاهش می یابد. بر اساس تئوری جنبشی، هدایت حرارتی گازها نباید به فشار بستگی داشته باشد. با این حال، دلایل مختلف منجر به این واقعیت می شود که با افزایش فشار، هدایت حرارتی کمی افزایش می یابد. در محدوده فشار از اتمسفر تا چند میلی‌بار، هدایت حرارتی به فشار بستگی ندارد، زیرا میانگین مسیر آزاد مولکول‌ها با کاهش تعداد مولکول‌ها در واحد حجم افزایش می‌یابد. در فشار 20- میلی بار، مسیر آزاد مولکول ها مطابق با اندازه محفظه اندازه گیری است.

اندازه گیری هدایت حرارتی قدیمی ترین روش تجزیه و تحلیل گاز فیزیکی است. در سال 1840، به ویژه در آثار A. Schleiermacher (1888-1889) توصیف شد و از سال 1928 در صنعت استفاده شده است. در سال 1913 زیمنس یک متر غلظت هیدروژن برای کشتی های هوایی ساخت. پس از آن، برای چندین دهه، دستگاه های مبتنی بر اندازه گیری هدایت حرارتی با موفقیت زیادی توسعه یافتند و به طور گسترده در صنایع شیمیایی به سرعت در حال رشد مورد استفاده قرار گرفتند. به طور طبیعی، در ابتدا تنها مخلوط گازهای دوتایی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. بهترین نتایج با اختلاف زیادی در هدایت حرارتی گازها به دست می آید. در بین گازها، هیدروژن بالاترین رسانایی حرارتی را دارد. در عمل، اندازه گیری غلظت COs در گازهای دودکش نیز توجیه شده است، زیرا رسانایی حرارتی اکسیژن، نیتروژن و مونوکسید کربن به یکدیگر بسیار نزدیک است، که اجازه می دهد مخلوطی از این چهار جزء به عنوان شبه در نظر گرفته شود. دودویی.

ضرایب دمایی هدایت حرارتی گازهای مختلف یکسان نیست، بنابراین می توانید دمایی را پیدا کنید که در آن رسانایی حرارتی گازهای مختلف همزمان است (به عنوان مثال، 490 درجه سانتیگراد - برای دی اکسید کربن و اکسیژن، 70 درجه سانتیگراد - برای آمونیاک و هوا، 75 درجه سانتیگراد - برای دی اکسید کربن و آرگون) ... هنگام حل یک مسئله تحلیلی خاص، این تصادفات را می توان با پذیرش مخلوط گاز سه تایی به عنوان شبه دوتایی استفاده کرد.

در تجزیه و تحلیل گاز می توان چنین فرض کرد که هدایت حرارتی یک ویژگی افزودنی است.با اندازه گیری رسانایی حرارتی مخلوط و دانستن رسانایی حرارتی اجزای خالص مخلوط دوتایی، می توان غلظت آنها را محاسبه کرد. با این حال، این رابطه ساده را نمی توان برای هر مخلوط باینری اعمال کرد. بنابراین، به عنوان مثال، مخلوطی از هوا - بخار آب، هوا - آمونیاک، مونوکسید کربن - آمونیاک و هوا - استیلن با نسبت مشخصی از اجزاء دارای حداکثر هدایت حرارتی هستند. بنابراین، کاربرد روش هدایت حرارتی به محدوده غلظت خاصی محدود می شود. برای بسیاری از مخلوط ها، یک وابستگی غیرخطی هدایت حرارتی و ترکیب وجود دارد. بنابراین لازم است منحنی کالیبراسیون که بر اساس آن مقیاس دستگاه ضبط ساخته شود حذف شود.

سنسورهای هدایت حرارتی(سنسورهای هدایت حرارتی) شامل چهار محفظه کوچک پر از گاز با حجم کم با هادی های پلاتینی نازک هم اندازه و مقاومت الکتریکی جدا شده از بدنه در آنها قرار می گیرد. همان جریان ثابت با قدر ثابت از هادی ها عبور می کند و آنها را گرم می کند. هادی ها - عناصر گرمایش - توسط گاز احاطه شده اند. دو محفظه حاوی گاز اندازه گیری شده، دو محفظه دیگر حاوی گاز مرجع هستند. تمام عناصر گرمایشی در پل ویتون گنجانده شده است که اندازه گیری اختلاف دما در حد 0.01 درجه سانتیگراد با آن دشوار نیست. چنین حساسیت بالایی مستلزم برابری دقیق دمای اتاق‌های اندازه‌گیری است؛ بنابراین، کل سیستم اندازه‌گیری در یک ترموستات یا در مورب اندازه‌گیری پل قرار می‌گیرد و یک مقاومت برای جبران دما روشن می‌شود. تا زمانی که حرارت حذف شده از عناصر گرمایشی در اتاقک های اندازه گیری و مقایسه یکسان باشد، پل در حالت تعادل است. هنگامی که گازی با هدایت حرارتی متفاوت به محفظه‌های اندازه‌گیری وارد می‌شود، این تعادل نقض می‌شود، دمای عناصر حساس تغییر می‌کند و در کنار آن، مقاومت آنها نیز تغییر می‌کند. جریان حاصل در قطر اندازه گیری متناسب با غلظت گاز اندازه گیری شده است. برای افزایش حساسیت، دمای عملیاتی عناصر حساس باید افزایش یابد، اما باید مراقب بود که اختلاف زیادی در هدایت حرارتی گاز حفظ شود. بنابراین، برای مخلوط‌های گازی مختلف، دمای بهینه از نظر هدایت حرارتی و حساسیت وجود دارد. اغلب تفاوت بین دمای عناصر حساس و دمای دیواره های اتاقک از 100 تا 150 درجه سانتیگراد انتخاب می شود.

سلول‌های اندازه‌گیری آنالایزرهای هدایت حرارتی صنعتی معمولاً از یک محفظه فلزی عظیم تشکیل شده‌اند که در آن محفظه‌های اندازه‌گیری سوراخ می‌شوند. این توزیع یکنواخت دما و ثبات کالیبراسیون خوب را تضمین می کند. از آنجایی که قرائت سنج هدایت حرارتی تحت تأثیر نرخ جریان گاز قرار می گیرد، گاز از طریق کانال بای پس به محفظه های اندازه گیری تزریق می شود. راه حل های سازنده های مختلف برای اطمینان از تبادل گاز مورد نیاز در زیر آورده شده است. در اصل، فرض بر این است که جریان اصلی گاز با اتصال کانال‌هایی به اتاقک‌های اندازه‌گیری متصل می‌شود، که از طریق آنها گاز تحت یک دیفرانسیل کوچک جریان می‌یابد. در این حالت، انتشار و همرفت حرارتی تأثیر تعیین کننده ای بر تجدید گاز در محفظه های اندازه گیری دارند. حجم محفظه های اندازه گیری می تواند بسیار کوچک باشد (چند میلی متر مکعب)، که تأثیر کمی از انتقال حرارت همرفتی بر روی نتیجه اندازه گیری ایجاد می کند. برای کاهش اثر کاتالیزوری هادی های پلاتین، آنها به روش های مختلف در مویرگ های شیشه ای جدار نازک ذوب می شوند. برای اطمینان از مقاومت محفظه اندازه گیری در برابر خوردگی، تمام قسمت های خط لوله گاز را با شیشه بپوشانید. این به شما امکان می دهد هدایت حرارتی مخلوط های حاوی کلر، کلرید هیدروژن و سایر گازهای خورنده را اندازه گیری کنید. آنالایزرهای هدایت حرارتی با محفظه های مرجع بسته عمدتاً در صنایع شیمیایی استفاده می شوند. انتخاب گاز مرجع صحیح کالیبراسیون ابزار را ساده می کند. علاوه بر این، مقیاسی با صفر سرکوب شده نیز قابل دستیابی است. برای کاهش رانش صفر، محفظه های مرجع باید به خوبی آب بندی شوند. در موارد خاص، به عنوان مثال، با نوسانات شدید در ترکیب مخلوط گاز، می توان با اتاق های مقایسه جریان از طریق کار کرد. در این حالت، با استفاده از یک معرف مخصوص، یکی از اجزاء از مخلوط گاز اندازه گیری شده (مثلاً CO با محلول پتاسیم سوزاننده) خارج می شود و سپس مخلوط گاز به اتاق های مقایسه هدایت می شود. در این مورد، شاخه های اندازه گیری و مقایسه تنها در صورت عدم وجود یکی از اجزاء متفاوت است. این روش اغلب تجزیه و تحلیل مخلوط های گازی پیچیده را ممکن می سازد.

اخیراً به جای هادی های فلزی، گاهی اوقات از ترمیستورهای نیمه هادی به عنوان عناصر حسگر استفاده می شود. مزیت ترمیستورها این است که ضریب دمایی مقاومت 10 برابر بیشتر از ترمیستورهای فلزی است. این باعث افزایش شدید حساسیت می شود. با این حال، در همان زمان، الزامات بسیار بالاتری برای تثبیت جریان پل و دمای دیواره های اتاقک تحمیل می شود.

قبل از سایرین و به طور گسترده، از ابزارهای هدایت حرارتی برای تجزیه و تحلیل گازهای دودکش از کوره ها استفاده می شد. به دلیل حساسیت بالا، سرعت بالا، سهولت تعمیر و نگهداری و قابلیت اطمینان طراحی و همچنین هزینه کم، آنالایزرهایی از این نوع به سرعت در آینده وارد صنعت شدند.

آنالایزرهای هدایت حرارتی برای اندازه گیری غلظت هیدروژن در مخلوط ها مناسب هستند. هنگام انتخاب گازهای مرجع، مخلوط گازهای مختلف نیز باید در نظر گرفته شود. داده های زیر را می توان به عنوان نمونه ای از حداقل محدوده های اندازه گیری برای گازهای مختلف استفاده کرد (جدول 6.1).

جدول 6.1

حداقل محدوده اندازه گیری برای گازهای مختلف،

% به حجم

حداکثر محدوده اندازه گیری اغلب محدوده 0-100٪ است، در حالی که 90 یا حتی 99٪ را می توان سرکوب کرد. در موارد خاص، یک آنالایزر هدایت حرارتی این امکان را فراهم می کند که چندین محدوده اندازه گیری مختلف در یک دستگاه وجود داشته باشد. برای مثال در نظارت بر پر شدن و تخلیه ژنراتورهای توربین خنک شونده با هیدروژن در نیروگاه های حرارتی استفاده می شود. به دلیل خطر انفجار، بدنه ژنراتور از هوا پر نمی شود، بلکه ابتدا دی اکسید کربن به عنوان گاز پاک کننده و سپس هیدروژن وارد می شود. گاز به همین ترتیب از ژنراتور خارج می شود. با تکرارپذیری به اندازه کافی بالا، محدوده های اندازه گیری زیر را می توان روی یک آنالایزر به دست آورد: 0-100٪ (حجم) CO (در هوا برای تصفیه با دی اکسید کربن)، 100-0٪ H2 در CO (برای پر کردن با هیدروژن) و 100-80% H 2 (در هوا برای کنترل خلوص هیدروژن در حین کار ژنراتور). این یک روش ارزان برای اندازه گیری است.

برای تعیین محتوای هیدروژن در کلر تکامل یافته در طول الکترولیز کلرید پتاسیم با استفاده از یک آنالایزر ترمو رساناسنجی، می توان هم با یک گاز مرجع مهر و موم شده (SO 2, Ar) و هم با یک گاز مرجع جاری کار کرد. در حالت دوم، مخلوط هیدروژن و کلر ابتدا به محفظه اندازه گیری و سپس به پس سوز با دمای بیش از 200 درجه سانتی گراد فرستاده می شود. هیدروژن با کلر اضافی می سوزد و هیدروژن کلرید تشکیل می دهد. مخلوط حاصل از HC و C1 2 به محفظه مقایسه وارد می شود. در این مورد، غلظت هیدروژن از تفاوت در هدایت حرارتی تعیین می شود. این روش به طور قابل توجهی اثر مقادیر کم ناخالصی هوا را کاهش می دهد.

برای کاهش خطا که هنگام تجزیه و تحلیل گاز مرطوب رخ می دهد، گاز باید خشک شود، که یا با کمک یک جاذب رطوبت یا با کاهش دمای گاز زیر نقطه شبنم انجام می شود. امکان دیگری برای جبران تأثیر رطوبت وجود دارد که فقط هنگام اندازه گیری با گاز مرجع جاری قابل استفاده است.

برای کار با گازهای انفجاری، تعدادی از شرکت ها دستگاه های ضد انفجار تولید می کنند. در این حالت، محفظه های کنتورهای هدایت حرارتی برای فشار بالا طراحی شده اند، شعله گیرها در ورودی و خروجی محفظه ها نصب می شوند و سیگنال خروجی به سطح ایمن ذاتی محدود می شود. با این حال، حتی چنین دستگاه هایی را نمی توان برای تجزیه و تحلیل مخلوط گازهای انفجاری با اکسیژن یا هیدروژن با کلر استفاده کرد.

  • سانتی متر - گرم - ثانیه سیستمی از واحدهای اندازه گیری است که قبل از تصویب سیستم بین المللی واحدها (SI) به طور گسترده استفاده می شد.

GOST 7076-99

UDC 691: 536.2.08: 006.354 گروه Ж19

استاندارد بین ایالتی

مصالح و محصولات ساختمانی

روش تعیین هدایت حرارتی و مقاومت حرارتی

در شرایط حرارتی ثابت

مصالح و محصولات ساختمانی

روش تعیین حالت پایدار حرارتی

رسانایی و مقاومت حرارتی

تاریخ معرفی 2000-04-01

پیشگفتار

1 توسعه یافته توسط موسسه تحقیقاتی فیزیک ساختمان (NIISF) فدراسیون روسیه

معرفی شده توسط گوستروی روسیه

2 تصویب شده توسط کمیسیون علمی و فنی بین ایالتی برای استانداردسازی، مقررات فنی و صدور گواهینامه در ساخت و ساز (ISTC) در 20 مه 1999

نام ایالت

نام نهاد دولتی

مدیریت ساخت و ساز

جمهوری ارمنستان

وزارت شهرسازی جمهوری ارمنستان

جمهوری قزاقستان

کمیته ساخت و ساز وزارت انرژی، صنعت و تجارت جمهوری قزاقستان

جمهوری قرقیزستان

بازرسی دولتی برای معماری و ساخت و ساز تحت حکومت جمهوری قرقیزستان

جمهوری مولداوی

وزارت توسعه سرزمینی، ساخت و ساز و تاسیسات جمهوری مولداوی

فدراسیون روسیه

گوستروی روسیه

جمهوری تاجیکستان

کمیته معماری و ساختمان جمهوری تاجیکستان

جمهوری ازبکستان

کمیته دولتی معماری و ساخت و ساز جمهوری ازبکستان

کمیته دولتی ساخت و ساز، معماری و سیاست مسکن اوکراین

3 GOST 7076-87 را جایگزین کنید

4 از 1 آوریل 2000 به عنوان استاندارد دولتی فدراسیون روسیه با فرمان Gosstroy روسیه مورخ 24 دسامبر 1999 شماره 89 به اجرا درآمد.

معرفی

این استاندارد بین المللی از نظر اصطلاحی با استانداردهای ISO 7345: 1987 و ISO 9251: 1987 هماهنگ است و با مفاد اصلی ISO 8301: 1991، ISO 8302: 1991 مطابقت دارد که روش هایی را برای تعیین مقاومت حرارتی و حرارتی مؤثر ایجاد می کند. رسانایی با استفاده از دستگاهی مجهز به متر حرارتی و دستگاهی با منطقه امنیتی گرم.

مطابق با استانداردهای ISO، این استاندارد الزاماتی را برای نمونه ها، دستگاه و کالیبراسیون آن ایجاد می کند، دو طرح آزمایش اصلی اتخاذ می شود: نامتقارن (با یک متر حرارت) و متقارن (با دو متر حرارت).

1 منطقه استفاده

این استاندارد در مورد مصالح و محصولات ساختمانی و همچنین مواد و محصولات در نظر گرفته شده برای عایق کاری حرارتی تجهیزات صنعتی و خطوط لوله اعمال می شود و روشی را برای تعیین رسانایی گرمایی موثر و مقاومت حرارتی آنها در دمای متوسط ​​نمونه از منفی 40 تا 200+ تعیین می کند. سی.

این استاندارد برای مواد و محصولات با رسانایی حرارتی بیش از 1.5 W / (m) اعمال نمی شود × K).

کولیس GOST 166-89. شرایط فنی

GOST 427-75 اندازه گیری خط کش های فلزی. شرایط فنی

GOST 24104-88 ترازوی آزمایشگاهی برای استفاده عمومی و نمونه. مشخصات عمومی

3 تعاریف و نمادها

3.1 برای اهداف این استاندارد، از اصطلاحات زیر با تعاریف مناسب استفاده می شود.

جریان دما- مقدار گرمای عبوری از نمونه در واحد زمان.

چگالی شار حرارتی- شار حرارتی که از سطح واحد عبور می کند.

رژیم حرارتی ثابت- حالتی که در آن تمام پارامترهای ترموفیزیکی در نظر گرفته شده با گذشت زمان تغییر نمی کنند.

مقاومت حرارتی نمونه- نسبت اختلاف دما بین وجه های جلویی نمونه به چگالی شار حرارتی در شرایط یک رژیم حرارتی ثابت.

میانگین دمای نمونه- میانگین حسابی دماهای اندازه گیری شده در وجه های جلویی نمونه.

هدایت حرارتی موثرل effمواد(مرتبط با عبارت "ضریب هدایت حرارتی"، اتخاذ شده در استانداردهای فعلی برای مهندسی حرارت ساختمان) - نسبت ضخامت نمونه آزمایشی مواد دبهمقاومت حرارتی آن آر.

3.2 تعیین مقادیر و واحدهای اندازه گیری در جدول 1 آورده شده است.

میز 1

تعیین

بزرگی

واحد اندازه گیری

l eff

هدایت حرارتی موثر

W / (متر × K)

مقاومت حرارتی

متر 2 × K / W

ضخامت نمونه قبل از آزمایش

مقاومت حرارتی نمونه های استاندارد

متر 2 × K / W

D T 1, دی تی 2

تفاوت دما بین وجه های جلویی نمونه های استاندارد

e 1، ه 2

سیگنال های خروجی حرارت سنج دستگاه زمانی که با استفاده از نمونه های استاندارد کالیبره می شود

f 1، f 2

ضرایب کالیبراسیون حرارت سنج دستگاه هنگام کالیبره شدن با استفاده از نمونه های استاندارد

W / (mV × متر 2)

ضخامت نمونه در طول آزمایش

مقاومت حرارتی قطعه آزمایش

متر 2 × K / W

تغییر نسبی در وزن نمونه پس از خشک شدن

تغییر نسبی در جرم نمونه در طول آزمایش

وزن نمونه هنگام دریافت از سازنده

وزن نمونه پس از خشک شدن

وزن نمونه پس از آزمایش

D T u

تفاوت دما بین وجه های نمونه آزمایشی

میانگین دمای قطعه آزمایش

دمای صفحه داغ نمونه آزمایشی

دمای صورت سرد نمونه آزمایش

مقدار ضریب کالیبراسیون حرارت سنج دستگاه مربوط به مقدار شار حرارتی جریان یافته از طریق نمونه آزمایشی پس از ایجاد یک رژیم حرارتی ثابت (با یک طرح آزمایش نامتقارن)

W / (mV × متر 2)

سیگنال خروجی حرارت سنج دستگاه پس از ایجاد یک شار حرارتی ثابت از طریق نمونه آزمایشی (با طرح آزمایش نامتقارن)

مقاومت حرارتی بین سطح نمونه و سطح کار صفحه دستگاه

من افو

هدایت حرارتی موثر مواد قطعه آزمایش

W / (متر × K)

مقاومت حرارتی مواد ورق که از آن کف و پوشش جعبه برای نمونه ای از مواد فله ساخته شده است

متر 2 × K / W

f ¢ تو ، اف² تو

مقادیر ضریب کالیبراسیون اولین و دومین متر حرارتی دستگاه مربوط به مقدار شار حرارتی جریان یافته از نمونه آزمایش پس از ایجاد یک رژیم حرارتی ثابت (با یک طرح آزمایش متقارن)

W / (mV × متر 2)

ه ¢ تو ، ه² تو

سیگنال خروجی حرارت سنج اول و دوم پس از برقراری شار حرارتی ثابت از طریق نمونه آزمایشی (با طرح آزمایشی متقارن)

چگالی شار حرارتی ثابتی که از نمونه آزمایش عبور می کند

منطقه اندازه گیری

برق تامین شده به بخاری منطقه اندازه گیری صفحه داغ دستگاه

4 عمومی

4.1 ماهیت روش شامل ایجاد یک شار حرارتی ثابت است که از یک نمونه مسطح با ضخامت معین عبور می کند و به صورت عمود بر وجه های جلویی (بزرگترین) نمونه هدایت می شود و چگالی این شار حرارتی، دمای جبهه مقابل را اندازه گیری می کند. چهره ها و ضخامت نمونه

4.2 تعداد نمونه های مورد نیاز برای تعیین هدایت حرارتی موثر یا مقاومت حرارتی و روش نمونه برداری باید در استاندارد برای یک ماده یا محصول خاص مشخص شود. اگر استاندارد یک ماده یا محصول خاص تعداد نمونه های مورد آزمایش را مشخص نکرده باشد، هدایت حرارتی موثر یا مقاومت حرارتی بر روی پنج نمونه تعیین می شود.

4.3 دما و رطوبت نسبی هوا در اتاقی که آزمایش ها در آن انجام می شود باید به ترتیب (5 ± 295) کلوین و (10 ± 50) درصد باشد.

5 ابزار اندازه گیری

برای انجام آزمایش، درخواست کنید:

دستگاهی برای اندازه گیری هدایت حرارتی موثر و مقاومت حرارتی که مطابق با روش تعیین شده گواهی شده و الزامات مندرج در پیوست A را برآورده می کند.

دستگاهی برای تعیین چگالی مواد فیبری مطابق با GOST 17177.

دستگاهی برای تعیین ضخامت محصولات فیبری مسطح مطابق با GOST 17177.

کابینت برق خشک کن، حد حرارت بالای آن کمتر از 383 K نیست، حد خطای مجاز تنظیم و کنترل دمای خودکار 5 K است.

کولیس ورنیه مطابق با GOST 166:

برای اندازه گیری ابعاد خارجی و داخلی با محدوده اندازه گیری 0-125 میلی متر، مقدار شمارش ورنیه - 0.05 میلی متر، حاشیه خطا - 0.05 میلی متر.

برای اندازه گیری ابعاد خارجی با محدوده اندازه گیری 0-500 میلی متر، مقدار شمارش ورنیه - 0.1 میلی متر، حد مجاز خطا 0.1 میلی متر.

خط کش اندازه گیری فلزی مطابق با GOST 427 با حد بالایی اندازه گیری 1000 میلی متر، حد مجاز انحراف از مقادیر اسمی طول مقیاس و فاصله بین هر ضربه و ابتدا یا انتهای مقیاس - 0.2 میلی متر

ترازوهای آزمایشگاهی برای استفاده عمومی مطابق با GOST 24104:

با حداکثر وزن 5 کیلوگرم، مقدار تقسیم 100 میلی گرم است، انحراف استاندارد قرائت های ترازو بیش از 50.0 میلی گرم نیست، خطای تعادل نابرابر بازوی راکر بیش از 250.0 میلی گرم نیست، حد خطای مجاز 375 میلی گرم است.

با حداکثر وزن 20 کیلوگرم، مقدار تقسیم 500 میلی گرم است، انحراف استاندارد قرائت های ترازو بیش از 150.0 میلی گرم نیست، خطای تعادل نابرابر بازوی راکر بیش از 750.0 میلی گرم نیست، حد خطای مجاز 1500 میلی گرم است.

مجاز است از سایر ابزارهای اندازه گیری با مشخصات اندازه گیری و تجهیزات با مشخصات فنی بدتر از موارد مشخص شده در این استاندارد استفاده شود.

6 آمادگی آزمون

6.1 نمونه ای به صورت موازی شکل مستطیلی ساخته می شود که بزرگترین وجوه (جلو) آن به شکل مربع با ضلع برابر با ضلع سطوح کار صفحات دستگاه است. اگر سطوح کار صفحات دستگاه به شکل دایره باشد، بزرگترین لبه های نمونه نیز باید شکل دایره ای داشته باشد که قطر آن برابر با قطر سطوح کار صفحات دستگاه باشد (پیوست الف، بند الف. 2.1).

6.2 ضخامت قطعه آزمایش باید حداقل پنج برابر کمتر از طول یا قطر لبه صورت باشد.

6-3 لبه های نمونه در تماس با سطوح کار صفحات دستگاه باید صاف و موازی باشد. انحراف وجه های جلوی نمونه سخت از موازی بودن نباید بیش از 0.5 میلی متر باشد.

نمونه های صلب با اختلاف ضخامت و انحراف از صافی آسیاب می شوند.

6.4 ضخامت نمونه موازی با یک کولیس با خطای حداکثر 0.1 میلی متر در چهار گوشه در فاصله (50.0 ± 5.0) میلی متر از راس گوشه و در وسط هر ضلع اندازه گیری می شود.

ضخامت نمونه دیسک با یک کولیس با خطای بیش از 0.1 میلی متر در امتداد ژنراتیس های واقع در چهار صفحه متقابل عمود بر محور عمودی اندازه گیری می شود.

میانگین حسابی نتایج تمام اندازه گیری ها به عنوان ضخامت نمونه در نظر گرفته می شود.

6.5 طول و عرض نمونه در پلان با خط کش با خطای حداکثر 0.5 میلی متر اندازه گیری می شود.

6.6 صحت شکل هندسی و ابعاد یک نمونه از مواد عایق حرارت مطابق با GOST 17177 تعیین می شود.

6.7 اندازه متوسط ​​آخال ها (گرانول های پرکننده، منافذ بزرگ و غیره) که از نظر خصوصیات ترموفیزیکی با نمونه اصلی متفاوت است، نباید از 0.1 ضخامت نمونه تجاوز کند.

مجاز به آزمایش نمونه ای با اجزاء ناهمگن است که اندازه متوسط ​​آن بیش از 0.1 ضخامت آن است. گزارش آزمون باید اندازه متوسط ​​موارد را بیان کند.

6.8 جرم نمونه را تعیین کنید م 1 هنگام دریافت از سازنده

6.9 نمونه تا وزن ثابت در دمای مشخص شده در سند استاندارد برای ماده یا محصول خشک می شود. یک نمونه خشک شده تا وزن ثابت در نظر گرفته می شود اگر کاهش وزن آن پس از خشک شدن دیگر به مدت 0.5 ساعت از 0.1٪ تجاوز نکند. در پایان خشک شدن، جرم نمونه را تعیین کنید م 2 و چگالی آن r تو، پس از آن نمونه بلافاصله یا در دستگاهی برای تعیین مقاومت حرارتی آن یا در یک ظرف مهر و موم شده قرار می گیرد.

آزمایش یک نمونه مرطوب در دمای صورت سرد بیش از 273 کلوین و افت دما بیش از 2 کلوین در هر سانتی متر ضخامت نمونه مجاز است.

6.10 یک نمونه از مواد فله خشک شده باید در جعبه ای قرار داده شود که کف و درب آن از مواد ورق نازک ساخته شده است. طول و عرض جعبه باید برابر با ابعاد مربوط به سطوح کار صفحات دستگاه، عمق - به ضخامت نمونه آزمایش باشد. ضخامت یک نمونه از مواد حجیم باید حداقل 10 برابر اندازه متوسط ​​گرانول ها، دانه ها و ورقه های تشکیل دهنده این ماده باشد.

انتشار نیمکره ای نسبی سطوح پایین و درب جعبه در دمایی که این سطوح در طول آزمایش دارند باید بیش از 0.8 باشد.

مقاومت حرارتی R Lمواد ورقی که ته و درب جعبه از آن ساخته شده است باید مشخص باشد.

6.11 یک نمونه از مواد فله به چهار قسمت مساوی تقسیم می شود که یکی یکی در جعبه ریخته می شود و هر قسمت را فشرده می کنند تا قسمت مربوط به حجم داخلی جعبه را اشغال کند. جعبه با یک درب بسته شده است. درب به دیواره های جانبی جعبه وصل شده است.

6.12 جعبه حاوی نمونه فله را وزن کنید. چگالی نمونه مواد فله از مقدار تعیین شده جرم جعبه با نمونه و مقادیر از پیش تعیین شده حجم داخلی و جرم جعبه خالی محاسبه می شود.

6.13 خطا در تعیین جرم و اندازه نمونه ها نباید بیش از 0.5٪ باشد.

7 تست

7.1 آزمایش ها باید بر روی دستگاه از پیش کالیبره شده انجام شود. ترتیب و فرکانس کالیبراسیون در پیوست B آورده شده است.

7.2 نمونه مورد آزمایش را در دستگاه قرار دهید. محل نمونه - افقی یا عمودی. هنگامی که نمونه به صورت افقی قرار می گیرد، جهت جریان گرما از بالا به پایین است.

در طول آزمایش، تفاوت دما بین چهره نمونه دی تودمای متوسط ​​نمونه در طول آزمایش باید در سند هنجاری برای نوع خاصی از ماده یا محصول ذکر شود.

7.3 مقادیر از پیش تعیین شده دمای سطوح کار صفحات دستگاه را تنظیم کنید و به طور متوالی هر 300 ثانیه اندازه گیری ها را انجام دهید:

سیگنال های متر حرارتی e uو سنسورهای دمای سطوح نمونه، اگر چگالی شار حرارتی از طریق نمونه آزمایشی با استفاده از متر حرارت اندازه گیری شود.

اگر چگالی شار حرارتی از طریق نمونه آزمایشی با اندازه گیری توان الکتریکی تعیین شود، برق تامین شده به بخاری منطقه اندازه گیری صفحه داغ دستگاه، و سیگنال های سنسورهای دمای سطوح جلویی نمونه به بخاری منطقه اندازه گیری صفحه داغ دستگاه عرضه می شود.

7.4 در صورتی که مقادیر مقاومت حرارتی نمونه محاسبه شده از نتایج پنج اندازه گیری متوالی سیگنال های سنسورهای دما و چگالی شار حرارتی متفاوت باشد، شار گرما از طریق نمونه آزمایشی ثابت (ایستا) در نظر گرفته می شود. یکدیگر کمتر از 1٪، در حالی که این مقادیر به طور یکنواخت افزایش نمی یابند و کاهش نمی یابند.

7.5 پس از رسیدن به یک رژیم حرارتی ثابت، ضخامت نمونه قرار داده شده در دستگاه را اندازه گیری کنید. d uبا یک کولیس با خطای بیش از 0.5٪.

7.6 پس از پایان آزمایش، جرم نمونه را تعیین کنید. م 3 .

8 بیان نتایج آزمون

8.1 تغییر نسبی جرم نمونه در اثر خشک شدن را محاسبه کنید تی r و در حین آزمایش تی w و چگالی نمونه r توبا فرمول های:

تیr =(م 1 ¾ م 2 ) / م 2 , (2)

تیw= (م 2 ¾ م 3 ) / م 3 , (3)

حجم نمونه تست V uبا نتایج اندازه گیری طول و عرض آن پس از پایان آزمایش و ضخامت - در طول آزمایش محاسبه می شود.

8.2 تفاوت دما بین چهره ها را محاسبه کنید دی توو میانگین دمای قطعه آزمایش تی موبا فرمول های:

دی تو = تی 1تو ¾ تی 2تو , (5)

تی مو= (تی 1تو + تی 2u.) / 2 (6)

8.3 هنگام محاسبه پارامترهای ترموفیزیکی نمونه و چگالی شار حرارتی ثابت، مقادیر میانگین حسابی نتایج پنج اندازه گیری سیگنال از سنسورهای اختلاف دما و سیگنال سنج حرارتی یا توان الکتریکی، انجام می شود. پس از ایجاد یک شار حرارتی ثابت از طریق نمونه آزمایش، به فرمول های محاسبه جایگزین می شوند.

8.4 هنگام آزمایش بر روی یک ابزار نامتقارن، مقاومت حرارتی نمونه R uبا فرمول محاسبه می شود

(7)

جایی که R kبرابر با 0.005m2 بگیرید × K / W، و صفر برای مواد و محصولات عایق حرارت.

8.5 هدایت حرارتی موثر مواد نمونه ل افوبا فرمول محاسبه می شود

(8)

8.6 مقاومت حرارتی R uو هدایت حرارتی موثر ل افونمونه ای از مواد فله با فرمول های زیر محاسبه می شود:

, (9)

. (10)

8.7 چگالی شار حرارتی ثابت q uاز طریق نمونه آزمایش شده بر روی دستگاه مونتاژ شده بر اساس طرح های نامتقارن و متقارن، به ترتیب با فرمول های زیر محاسبه می شود:

q u = f u e u , (11)

. (12)

8.8 هنگام انجام آزمایش بر روی دستگاهی با منطقه امنیتی داغ، که در آن چگالی شار حرارتی با اندازه گیری توان الکتریکی عرضه شده به بخاری منطقه اندازه گیری صفحه داغ دستگاه، مقاومت حرارتی، هدایت حرارتی موثر و چگالی شار حرارتی ثابت از طریق نمونه با فرمول محاسبه می شود:

, (13)

, (14)

هنگام آزمایش مواد فله در فرمول های (13) و (14) به جای R kمقدار را جایگزین کنید آر ال..

8.9 مقادیر متوسط ​​حسابی مقاومت حرارتی و هدایت حرارتی موثر همه نمونه های آزمایش شده به عنوان نتیجه آزمایش در نظر گرفته می شود.

9 گزارش تست

گزارش آزمون باید شامل اطلاعات زیر باشد:

نام ماده یا محصول؛

تعیین و نام سند نظارتی که بر اساس آن ماده یا محصول ساخته شده است.

شرکت تولیدی؛

شماره دسته؛

تاریخ تولید؛

تعداد کل نمونه های آزمایش شده؛

نوع دستگاهی که آزمایش روی آن انجام شد؛

موقعیت نمونه های آزمایشی (افقی، عمودی)؛

روش ساخت نمونه از مواد حجیم با نشان دادن مقاومت حرارتی کف و درب جعبه ای که نمونه ها در آن آزمایش شده اند.

ابعاد هر نمونه؛

ضخامت هر نمونه قبل از شروع آزمایش و در طول آزمایش، نشان می دهد که آیا آزمایش با فشار ثابت روی نمونه انجام شده است یا در ضخامت ثابت نمونه.

فشار ثابت (اگر ثابت بود)؛

اندازه متوسط ​​ادخال های ناهمگن در نمونه ها (در صورت وجود)؛

روش خشک کردن نمونه؛

تغییر نسبی در جرم هر نمونه با توجه به روز آن؛

میزان رطوبت هر نمونه قبل و بعد از آزمایش؛

چگالی هر نمونه در طول آزمایش؛

تغییر نسبی در جرم هر نمونه که در طول آزمایش رخ داده است.

دمای صورت گرم و سرد هر نمونه؛

تفاوت دما بین صورت گرم و سرد هر نمونه؛

میانگین دمای هر نمونه؛

چگالی شار حرارتی از طریق هر نمونه پس از ایجاد یک رژیم حرارتی ثابت.

مقاومت حرارتی هر نمونه؛

هدایت حرارتی موثر مواد هر نمونه؛

میانگین حسابی مقاومت حرارتی همه نمونه‌های آزمایش شده؛

میانگین حسابی رسانایی گرمایی موثر همه نمونه‌های آزمایش شده؛

جهت جریان گرما؛

تاریخ تست؛

تاریخ آخرین کالیبراسیون دستگاه (اگر آزمایش بر روی دستگاه مجهز به متر حرارت انجام شده باشد)؛

برای نمونه های استاندارد مورد استفاده در کالیبراسیون دستگاه، موارد زیر باید مشخص شود: نوع، مقاومت حرارتی، تاریخ تأیید، مدت اعتبار تأیید، سازمانی که تأیید را انجام داده است.

ارزیابی خطا در اندازه گیری مقاومت حرارتی یا هدایت حرارتی موثر.

بیانیه انطباق کامل یا عدم انطباق جزئی یک روش آزمایش با الزامات این استاندارد. اگر در طول آزمون، انحرافات از الزامات این استاندارد پذیرفته شد، باید در گزارش آزمون نشان داده شود.

10 خطا در تعیین هدایت حرارتی موثر

و مقاومت حرارتی

خطای نسبی در تعیین رسانایی گرمایی موثر و مقاومت حرارتی با این روش از ± 3٪ تجاوز نمی کند، اگر آزمایش با رعایت کامل الزامات این استاندارد انجام شود.

پیوست اول

(ضروری)

الزامات دستگاه برای تعیین هدایت حرارتی موثر و مقاومت حرارتی در یک رژیم حرارتی ثابت

آ.1 نمودارهای ابزار

برای اندازه گیری هدایت حرارتی موثر و مقاومت حرارتی در یک رژیم حرارتی ثابت، از دستگاه های زیر استفاده می شود:

مونتاژ شده در یک طرح نامتقارن، مجهز به یک حرارت سنج، که بین نمونه آزمایشی و صفحه سرد دستگاه یا بین نمونه و صفحه داغ دستگاه قرار دارد (شکل A.1).

مونتاژ شده بر اساس یک طرح متقارن، مجهز به دو متر حرارت، که یکی از آنها بین نمونه آزمایشی و صفحه سرد دستگاه، و دومی بین نمونه و صفحه داغ دستگاه قرار دارد (شکل A.2).

دستگاهی که در آن چگالی شار حرارتی عبوری از نمونه آزمایشی با اندازه گیری توان الکتریکی عرضه شده به هیتر ناحیه اندازه گیری صفحه داغ دستگاه (دستگاه دارای ناحیه امنیتی داغ) تعیین می شود (شکل A.3).

1 - بخاری؛ 2 - متر حرارتی؛ 3 - نمونه آزمایشی؛ 4 - یخچال

شکل A.1 - نمودار یک دستگاه با یک متر حرارت

1 - بخاری؛ 2 - متر حرارتی؛ 3 - یخچال و فریزر؛ 4 - نمونه آزمایشی

شکل A.2 - نمودار یک دستگاه با دو متر حرارت

1 - یخچال و فریزر؛ 2 - نمونه های آزمایشی؛ 3 - صفحات بخاری برای منطقه اندازه گیری؛

4 - سیم پیچ بخاری منطقه اندازه گیری؛ 5 - صفحات بخاری منطقه امنیتی.

6 - سیم پیچ بخاری منطقه محافظ

شکل A. 3 - نمودار یک دستگاه با منطقه امنیتی داغ

الف.2 بخاری و کولر

الف-2-1- صفحات بخاری یا یخچال ممکن است به شکل مربع باشد که ضلع آن باید حداقل 250 میلی متر باشد یا دایره ای که قطر آن حداقل باید 250 میلی متر باشد.

الف-2-2- سطوح کار صفحات بخاری و یخچال باید فلزی باشد. انحراف از صافی سطوح کار نباید بیش از 0.025٪ حداکثر اندازه خطی آنها باشد.

الف-2-3- انتشار نیمکره نسبی سطوح کار صفحات بخاری و یخچال در تماس با نمونه آزمایشی در دمایی که این سطوح در طول آزمایش دارند باید بیش از 0.8 باشد.

آ.3 متر حرارت

А.3.1 ابعاد سطوح کار کنتور حرارتی باید برابر با ابعاد سطوح کار صفحات بخاری و یخچال باشد.

الف. 3.2 انتشار نیمکره نسبی وجه جلویی گرما سنج در تماس با نمونه آزمایشی در دماهایی که این وجه در طول آزمایش دارد باید بیش از 0.8 باشد.

الف. 3.3 منطقه اندازه گیری گرما سنج باید در قسمت مرکزی لبه جلویی آن قرار گیرد. مساحت آن باید حداقل 10٪ و بیش از 40٪ از کل سطح جلو باشد.

А.3.4 قطر سیم های ترموکوپل مورد استفاده در ساخت باتری ترموالکتریک کنتور حرارتی نباید بیشتر از 0.2 میلی متر باشد.

A.4 سنسورهای دما

تعداد سنسورهای دما در هر سطح کار صفحات بخاری یا یخچال و صفحه جلویی گرما سنج در تماس با نمونه آزمایشی باید برابر با عدد صحیح 10 باشد. Ö A و حداقل دو نفر باشند. قطر سیم های مناسب برای این سنسورها نباید بیشتر از 0.6 میلی متر باشد.

الف.5 سیستم اندازه گیری الکتریکی

سیستم اندازه گیری الکتریکی باید سیگنال سنسورهای اختلاف دمای سطح را با خطای بیش از 0.5٪، سیگنال سنج حرارتی - با خطای بیش از 0.6٪ یا توان الکتریکی ارائه شده به بخاری اندازه گیری اندازه گیری کند. منطقه صفحه داغ دستگاه - با خطای بیش از 0، 2٪.

خطای کل در اندازه گیری اختلاف دما بین سطوح صفحات دستگاه و حرارت سنج در تماس با وجوه جلویی نمونه آزمایشی نباید بیش از 1% باشد. خطای کل مجموع خطاهای ناشی از اعوجاج میدان دما در نزدیکی سنسورهای دما، تغییرات در خصوصیات این سنسورها تحت تاثیر شرایط خارجی و خطای معرفی شده توسط سیستم اندازه گیری الکتریکی است.

الف.6 وسیله ای برای اندازه گیری ضخامت قطعه آزمایش

دستگاه باید مجهز به دستگاهی باشد که به شما امکان می دهد ضخامت نمونه را در طول آزمایش آن با کولیس اندازه گیری کنید که خطای آن بیش از 0.5٪ نباشد.

الف.7 قاب ابزار

دستگاه باید مجهز به چارچوبی باشد که امکان حفظ جهت گیری های مختلف در فضای بلوک دستگاه حاوی نمونه آزمایشی را فراهم کند.

الف.8 دستگاه برای تثبیت نمونه آزمایشی

دستگاه باید مجهز به دستگاهی باشد که یا فشار مشخص ثابتی را بر روی نمونه آزمایشی قرار داده شده در دستگاه ایجاد کند و یا شکاف ثابتی را بین سطوح کاری صفحات دستگاه حفظ کند.

حداکثر فشار ایجاد شده توسط این دستگاه بر روی نمونه آزمایش باید 2.5 کیلو پاسکال، حداقل - 0.5 کیلو پاسکال، خطا در تنظیم فشار - بیش از 1.5٪ باشد.

الف.9 دستگاهی برای کاهش اتلاف حرارت جانبی یا افزایش حرارت نمونه آزمایشی

اتلاف حرارت جانبی یا افزایش گرما در طول آزمایش باید با عایق بندی سطوح جانبی نمونه آزمایش با لایه ای از مواد عایق حرارتی که مقاومت حرارتی آن کمتر از مقاومت حرارتی نمونه نباشد محدود شود.

الف. 10 پوشش ابزار

دستگاه باید به محفظه ای مجهز باشد که دمای هوا در آن برابر با دمای متوسط ​​نمونه آزمایشی باشد.

ضمیمه B

(ضروری)

کالیبراسیون دستگاه مجهز به متر حرارتی

ب.1 الزامات عمومی

کالیبراسیون دستگاه مجهز به متر حرارتی باید با استفاده از سه نمونه استاندارد مقاومت حرارتی، تایید شده مطابق با روش تعیین شده، به ترتیب از شیشه کوارتز نوری، شیشه آلی و فوم یا فایبرگلاس انجام شود.

ابعاد مواد مرجع باید با ابعاد نمونه مورد آزمایش برابر باشد. در فرآیند کالیبراسیون دستگاه، دمای وجوه جلویی نمونه‌های استاندارد باید به ترتیب برابر با آن دماهایی باشد که در حین آزمایش، وجه‌های جلوی نمونه آزمایشی را خواهند داشت.

کل محدوده مقادیر مقاومت حرارتی قابل اندازه گیری در دستگاه را باید به دو زیرمحدوده تقسیم کرد:

حد پایین زیر محدوده اول حداقل مقدار مقاومت حرارتی قابل اندازه گیری در این دستگاه است. حد بالایی مقدار مقاومت حرارتی یک نمونه استاندارد ساخته شده از شیشه آلی و دارای ضخامتی برابر با ضخامت نمونه مورد آزمایش است.

حد پایینی زیر باند دوم، حد بالایی زیر باند اول است. حد بالایی حداکثر مقدار مقاومت حرارتی قابل اندازه گیری در این دستگاه است.

B.2 کالیبراسیون دستگاه مونتاژ شده بر اساس طرح نامتقارن

قبل از شروع کالیبراسیون، مقدار عددی مقاومت حرارتی نمونه مورد آزمایش باید با استفاده از داده های مرجع شناخته شده تخمین زده شود و مشخص شود که این مقدار به کدام زیر محدوده تعلق دارد. کالیبراسیون حرارت سنج فقط در این زیر محدوده انجام می شود.

اگر مقاومت حرارتی نمونه مورد آزمایش در اولین زیر محدوده باشد، حرارت سنج کالیبره شده

با استفاده از نمونه های استاندارد ساخته شده از کوارتز نوری و شیشه آلی انجام شد. اگر مقاومت حرارتی نمونه متعلق به زیر محدوده دوم باشد، کالیبراسیون با استفاده از نمونه های استاندارد ساخته شده از شیشه آلی و مواد عایق حرارت انجام می شود.

اولین نمونه استاندارد با مقاومت حرارتی کمتر را در دستگاه قرار دهید. آر اس 1 , دی تی 1 از چهره های آن و خروجی متر حرارتی ه 1 طبق روشی که در بخش 7 توضیح داده شده است. سپس دومین نمونه استاندارد با مقاومت حرارتی بالا در دستگاه قرار می گیرد. آر اس 2 , اندازه گیری اختلاف دما دی تی 2 تا از چهره های آن و خروجی متر حرارت ه 2 با استفاده از همین تکنیک. بر اساس نتایج این اندازه گیری ها، ضرایب کالیبراسیون محاسبه می شود f 1 و f 2 متر حرارتی طبق فرمول:

مقدار ضریب کالیبراسیون حرارت سنج تو،متناظر با مقدار شار حرارتی جریان یافته از طریق نمونه آزمایشی پس از ایجاد یک شار حرارتی ثابت، با درون یابی خطی با استفاده از فرمول تعیین می شود.

... (B.3)

B.3 کالیبراسیون دستگاه مونتاژ شده بر اساس طرح متقارن

روش تعیین ضریب کالیبراسیون هر متر حرارت از دستگاه مونتاژ شده بر اساس یک طرح متقارن مشابه روش تعیین ضریب کالیبراسیون کنتور حرارتی است که در B.2 توضیح داده شده است.

ب.4 فرکانس کالیبراسیون ابزار

دستگاه باید ظرف 24 ساعت قبل از آزمایش یا بعد از آزمایش کالیبره شود.

اگر با توجه به نتایج کالیبراسیون های انجام شده در مدت 3 ماه، تغییر ضریب کالیبراسیون کنتور حرارتی از ± 1٪ تجاوز نکند، این دستگاه می تواند هر 15 روز یک بار کالیبره شود. در این حالت، نتایج آزمایش تنها پس از کالیبراسیون که پس از آزمایش انجام می شود، قابل انتقال به مشتری است و اگر مقدار ضریب کالیبراسیون تعیین شده از نتایج کالیبراسیون بعدی با مقدار ضریب تعیین شده از نتایج متفاوت باشد. از کالیبراسیون قبلی حداکثر ± 1٪.

ضریب کالیبراسیون مورد استفاده در محاسبه پارامترهای ترموفیزیکی نمونه آزمایشی به عنوان میانگین حسابی دو مقدار مشخص شده این ضریب تعیین می شود.

اگر اختلاف مقدار ضریب کالیبراسیون بیش از 1% باشد، نتایج تمام آزمایشات انجام شده در فاصله زمانی بین این دو درجه بندی نامعتبر تلقی می شود و آزمایش ها باید تکرار شوند.

ضمیمه B

کتابشناسی - فهرست کتب

ISO 7345: 1987 عایق حرارتی. کمیت ها و تعاریف فیزیکی

ISO 9251: 1987 عایق حرارتی. حالت های انتقال حرارت و خواص مواد

ISO 8301: 1991 عایق حرارتی. تعیین مقاومت حرارتی و شاخص‌های ترموفیزیکی مرتبط در یک رژیم حرارتی ثابت. دستگاهی مجهز به متر حرارتی

ISO 8302: 1991 عایق حرارتی. تعیین مقاومت حرارتی و شاخص های ترموفیزیکی مربوطه. دستگاه با منطقه محافظ داغ

کلمات کلیدی: مقاومت حرارتی، هدایت حرارتی موثر، نمونه استاندارد

معرفی

1 منطقه استفاده

3 تعاریف و نمادها

4 عمومی

5 ابزار اندازه گیری

6 آمادگی آزمون

7 تست

8 بیان نتایج آزمون

9 گزارش تست

10 خطا در تعیین هدایت حرارتی موثر و مقاومت حرارتی

ضمیمه A الزامات برای دستگاه هایی برای تعیین هدایت حرارتی موثر و مقاومت حرارتی در یک رژیم حرارتی ثابت

ضمیمه B کالیبراسیون دستگاه مجهز به متر حرارت

پیوست B کتابشناسی

هدف، واقعگرایانه: بررسی روش تعیین تجربی ضریب

هدایت حرارتی مواد جامد به روش صفحه ای

ورزش:یک ضریب هدایت حرارتی ماده مورد مطالعه را تعیین کنید.

2. وابستگی ضریب هدایت حرارتی به دما را تعیین کنید

مواد مورد بررسی

    مقررات اساسی.

تبادل حرارتیک فرآیند غیرقابل برگشت انتقال حرارت در فضا در حضور اختلاف دما است. سه روش اصلی برای انتقال حرارت وجود دارد که از نظر ماهیت فیزیکی با یکدیگر تفاوت قابل توجهی دارند:

    رسانایی گرمایی؛

    همرفت؛

    تابش حرارتی.

در عمل، گرما، به عنوان یک قاعده، به طور همزمان به چندین روش منتقل می شود، اما دانش این فرآیندها بدون مطالعه فرآیندهای انتقال حرارت اولیه غیرممکن است.

رسانایی گرماییفرآیند انتقال حرارت ناشی از حرکت حرارتی ریز ذرات نامیده می شود. در گازها و مایعات، انتقال حرارت از طریق رسانایی حرارتی از طریق انتشار اتم ها و مولکول ها انجام می شود. در جامدات، حرکت آزاد اتم‌ها و مولکول‌ها در طول حجم یک ماده غیرممکن است و فقط به حرکت ارتعاشی آنها نسبت به موقعیت‌های تعادلی معین کاهش می‌یابد. بنابراین، فرآیند هدایت حرارتی در جامدات ناشی از افزایش دامنه این نوسانات است که به دلیل اختلال در میدان های نیرو بین ذرات نوسانی، در حجم بدن منتشر می شود. در فلزات، انتقال حرارت توسط هدایت حرارتی نه تنها به دلیل ارتعاشات یون ها و اتم های واقع در گره های شبکه کریستالی، بلکه به دلیل حرکت الکترون های آزاد که به اصطلاح "گاز الکترون" را تشکیل می دهند، رخ می دهد. به دلیل وجود حامل های اضافی انرژی حرارتی در فلزات به شکل الکترون های آزاد، هدایت حرارتی فلزات به طور قابل توجهی بالاتر از دی الکتریک های جامد است.

هنگام مطالعه فرآیند هدایت حرارتی، از مفاهیم اساسی زیر استفاده می شود:

مقدار حرارت (س ) - انرژی حرارتی که در طول کل فرآیند از سطح یک منطقه دلخواه F عبور می کند. واحد SI با ژول (J) اندازه گیری می شود.

شار حرارتی (قدرت حرارتی) (س) - مقدار گرمایی که در واحد زمان از سطحی با سطح دلخواه F عبور می کند.

در واحدهای SI، شار حرارتی بر حسب وات (W) اندازه گیری می شود.

چگالی شار حرارتی (q) - مقدار حرارتی که در واحد زمان از یک واحد سطح عبور می کند.

در SI در W / m 2 اندازه گیری می شود.

میدان دما- مجموعه ای از مقادیر دما در یک زمان معین در تمام نقاط فضای اشغال شده توسط بدن. اگر دما در تمام نقاط میدان دما در طول زمان تغییر نکند، چنین میدانی نامیده می شود ثابت، اگر تغییر کرد، پس - غیر ثابت.

سطوحی که توسط نقاطی که دمای یکسانی دارند تشکیل شده اند همدما.

گرادیان دما (درجهتی) - یک بردار که در امتداد سطح نرمال به سطح همدما در جهت افزایش دما هدایت می شود و از نظر عددی به عنوان حد نسبت تغییر دما بین دو سطح همدما به فاصله بین آنها در امتداد نرمال زمانی که این فاصله به صفر میل می کند تعریف می شود. یا به عبارت دیگر گرادیان دما مشتق دما در این جهت است.

گرادیان دما میزان تغییر دما در جهت نرمال به سطح همدما را مشخص می کند.

فرآیند هدایت حرارتی با قانون اساسی هدایت حرارتی مشخص می شود - قانون فوریه(1822). طبق این قانون، چگالی شار حرارتی منتقل شده از طریق رسانش حرارتی با گرادیان دما نسبت مستقیم دارد:

که در آن  ضریب هدایت حرارتی ماده W / (mgrad) است.

علامت (-) نشان می دهد که شار گرما و گرادیان دما در جهت مخالف هستند.

ضریب هدایت حرارتینشان می دهد که چه مقدار گرما در واحد زمان از طریق یک واحد سطح با گرادیان دمایی برابر با یک منتقل می شود.

ضریب هدایت حرارتی یک مشخصه ترموفیزیکی مهم یک ماده است و آگاهی از آن هنگام انجام محاسبات حرارتی مربوط به تعیین تلفات حرارتی از طریق سازه های محصور ساختمان ها و سازه ها، دیواره های ماشین ها و دستگاه ها، محاسبه عایق حرارتی و همچنین در مواقعی ضروری است. حل بسیاری از مشکلات مهندسی دیگر

یکی دیگر از قوانین مهم هدایت حرارتی است قانون فوریه-کیرشهوف، که ماهیت تغییر دما در فضا و زمان را با هدایت حرارتی تعیین می کند. نام دیگر آن است معادله حرارت دیفرانسیل، زیرا با روش های تئوری تحلیل ریاضی بر اساس قانون فوریه به دست می آید. برای یک میدان دمایی ناپایدار سه بعدی، معادله دیفرانسیل رسانایی گرما به شکل زیر است:

,

جایی که
- ضریب نفوذ حرارتی، مشخص کننده خواص اینرسی حرارتی مواد،

، C p،  - به ترتیب ضریب هدایت حرارتی، ظرفیت گرمایی همسان و چگالی ماده.

- اپراتور لاپلاس.

برای یک میدان دمای ثابت یک بعدی (
) معادله دیفرانسیل هدایت گرما شکل ساده ای به خود می گیرد

با ادغام معادلات (1) و (2) می توان چگالی شار گرما را در بدنه و قانون تغییر دما در داخل بدنه در هنگام تبادل حرارت توسط هدایت حرارتی تعیین کرد. برای به دست آوردن یک راه حل، شما نیاز به یک کار دارید شرایط عدم ابهام.

شرایط بدون ابهام- این اطلاعات خصوصی اضافی است که مشکل مورد بررسی را مشخص می کند. این شامل:

شرایط هندسی که شکل و اندازه بدن را مشخص می کند.

شرایط فیزیکی که ویژگی های فیزیکی بدن را مشخص می کند.

    شرایط موقت (اولیه) که توزیع دما را در لحظه اولیه زمان مشخص می کند.

    شرایط مرزی که ویژگی های انتقال حرارت در مرزهای بدن را مشخص می کند. شرایط مرزی از نوع 1، 2 و 3 وجود دارد.

در شرایط مرزی از نوع 1توزیع دما در سطح بدن داده شده است. در این مورد، تعیین چگالی شار حرارتی از طریق بدن لازم است.

در شرایط مرزی از نوع 2چگالی شار گرما و دمای یکی از سطوح بدن داده شده است. برای تعیین دمای سطح دیگری لازم است.

با شرایط مرزی از نوع 3شرایط انتقال حرارت بین سطوح بدن و محیط هایی که آنها را در بیرون شستشو می دهد باید مشخص باشد. چگالی شار حرارتی از این داده ها تعیین می شود. این مورد به فرآیند مشترک انتقال حرارت توسط رسانش گرما و همرفت اشاره دارد که به آن می گویند انتقال گرما.

اجازه دهید ساده ترین مثال را برای مورد انتقال گرما از طریق یک دیوار صاف در نظر بگیریم. تختدیواری نامیده می شود که ضخامت آن از دو بعد دیگر آن - طول و عرض - بسیار کمتر است. در این حالت می توان شرایط عدم ابهام را به صورت زیر مشخص کرد:

    هندسی: ضخامت دیواره شناخته شده. میدان دما یک بعدی است، بنابراین دما فقط در جهت محور X تغییر می کند و شار گرما در امتداد نرمال به سطوح دیوار هدایت می شود.

    فیزیکی: مواد دیوار و ضریب هدایت حرارتی آن مشخص است و برای کل بدنه = const;

    موقت: میدان دما با زمان تغییر نمی کند، یعنی. ثابت است؛

    شرایط مرزی: نوع اول، دمای دیوار T 1 و T 2 است.

لازم است قانون تغییرات دما در امتداد ضخامت دیوار T = f (X) و چگالی شار حرارتی از طریق دیوار q تعیین شود.

برای حل مسئله از معادلات (1) و (3) استفاده می کنیم. با در نظر گرفتن شرایط مرزی پذیرفته شده (در x = 0T = T 1؛ در x = T = T 2)، پس از ادغام مضاعف معادله (3)، قانون تغییرات دما در امتداد ضخامت دیواره را به دست می آوریم.

,

توزیع دما در یک دیوار صاف در شکل 1 نشان داده شده است.

عکس. 1. توزیع دما در یک دیوار صاف

سپس چگالی شار حرارتی با توجه به بیان تعیین می شود

,

تعیین ضریب هدایت حرارتی  از نظر تئوری نمی تواند دقت نتیجه مورد نیاز برای تمرین مهندسی مدرن را ارائه دهد، بنابراین تنها راه قابل اعتماد، تعیین تجربی آن است.

یکی از روش های تجربی شناخته شده برای تعیین  است روش لایه مسطح... بر اساس این روش می توان ضریب هدایت حرارتی ماده یک دیوار صاف را بر اساس رابطه (5) تعیین کرد.

;

در این مورد، مقدار به دست آمده از ضریب هدایت حرارتی به مقدار متوسط ​​دمای T m = 0.5 (T 1 + T 2) اشاره دارد.

اجرای عملی این روش علیرغم سادگی فیزیکی، دشواری های خاص خود را دارد که با دشواری ایجاد یک میدان دمایی ثابت تک بعدی در نمونه های مورد مطالعه و در نظر گرفتن تلفات حرارتی همراه است.

    شرح غرفه آزمایشگاهی.

تعیین ضریب هدایت حرارتی بر روی یک راه اندازی آزمایشگاهی بر اساس روش شبیه سازی فرآیندهای فیزیکی واقعی انجام می شود. نصب شامل یک رایانه شخصی است که با طرح منطقه کاری متصل است که روی صفحه نمایش نمایش داده می شود. بخش کار بر اساس قیاس با قسمت واقعی ایجاد می شود و نمودار آن در شکل نشان داده شده است. 2.

شکل 2. طرح منطقه کاری نصب

بخش کار شامل 2 نمونه فلوروپلاستیک 12 است که به صورت دیسک هایی با ضخامت  = 5 میلی متر و قطر d = 140 میلی متر ساخته شده است. نمونه ها بین یک بخاری 10 با ارتفاع h = 12 میلی متر و قطر d n = 146 میلی متر و یک یخچال 11 که با آب خنک شده قرار می گیرند. ایجاد یک جریان گرما توسط یک عنصر گرمایش با مقاومت الکتریکی R = 41 اهم و یک یخچال 11 با شیارهای مارپیچ برای گردش مستقیم آب خنک کننده انجام می شود. بنابراین، شار گرمایی که از نمونه‌های فلوروپلاستیک بررسی شده عبور می‌کند، توسط آب جاری در یخچال منتقل می‌شود. بخشی از گرمای بخاری از طریق سطوح انتهایی به محیط می رود، بنابراین برای کاهش این تلفات شعاعی، یک پوشش عایق حرارتی 13 ساخته شده از آزبست سیمان ( k = 0.08 W / (mgrad)) ارائه می شود. . روکشی با ارتفاع h k = 22 میلی متر به شکل یک استوانه توخالی با قطر داخلی d n = 146 میلی متر و قطر خارجی d k = 190 میلی متر ساخته شده است. دما با هفت ترموکوپل کرومل-کوپل (نوع XK) pos اندازه گیری می شود. 1 ... 7، نصب شده در نقاط مختلف منطقه کار. سوئیچ سنسورهای دما 15 امکان اندازه گیری متوالی ترمو-EMF هر هفت سنسور دما را فراهم می کند. یک ترموکوپل 7 بر روی سطح بیرونی پوشش عایق حرارت نصب شده است تا نشت حرارتی را از طریق آن تشخیص دهد.

    سفارش کار.

3.1. حالت دمای نصب با تنظیم دمای سطح داغ صفحات Tg در محدوده 35С تا 120С انتخاب می شود.

3.2. در صفحه کنترل نصب، کلیدهای ضامن برق دستگاه های نشانگر که ولتاژ را روی بخاری برقی U ثبت می کنند، ترمو-EMF سنسورهای دما E و کلید ضامن گرمایش به صورت سری روشن می شوند.

3.3. با چرخش نرم دسته رئوستات، ولتاژ مورد نیاز روی بخاری تنظیم می شود. رئوستات در یک نسخه پله ای ساخته شده است، بنابراین ولتاژ به تدریج تغییر می کند. ولتاژ U و دمای Tg باید مطابق وابستگی نشان داده شده در شکل 3 با یکدیگر باشند.

شکل 3. منطقه گرمایش کار

3.4. با نظرسنجی متوالی سنسورهای دما با استفاده از سوئیچ 15، مقادیر thermo-EMF هفت ترموکوپل تعیین می شود که به همراه مقدار U در پروتکل آزمایش وارد می شوند (جدول 1 را ببینید). ثبت قرائت ها توسط ابزارهای نشانگر روی صفحه کنترل انجام می شود که قرائت آنها روی مانیتور رایانه شخصی تکرار می شود.

3.5. در پایان آزمایش، تمام بدنه های تنظیم کننده تاسیسات به موقعیت اصلی خود منتقل می شوند.

3.6. آزمایش های مکرر انجام می شود (در مجموع تعداد آنها باید حداقل 3 باشد) و در مقادیر دیگر Tg به ترتیب ارائه شده در پاراگراف ها انجام می شود. 3.1 ... 3.5.

    پردازش نتایج اندازه گیری.

4.1. با توجه به مشخصه کالیبراسیون ترموکوپل کرومل-کوپل، خوانش سنسورهای دما در مقیاس کلوین به درجه تبدیل می شود. .

4.2. میانگین دمای سطوح داخلی گرم و سرد خارجی نمونه ها تعیین می شود

جایی که i عدد ترموکوپل است.

4.3. کل شار حرارتی تولید شده توسط بخاری الکتریکی تعیین می شود

، دبلیو

که در آن U ولتاژ جریان الکتریکی، V است.

R = 41 اهم - مقاومت بخاری برقی.

4.4. شار حرارتی از دست رفته در نتیجه انتقال حرارت از طریق ژاکت را تعیین می کند

که در آن k ضریب مشخص کننده فرآیند انتقال حرارت از طریق پوشش است.

، W / (m 2 grad)

که در آن  k = 0.08 W / (mgrad) ضریب هدایت حرارتی مواد پوشش است.

d n = 0.146 متر قطر بیرونی بخاری است.

d k = 0.190 متر - قطر بیرونی پوشش؛

h n = 0.012 متر - ارتفاع بخاری؛

h k = 0.022 متر - ارتفاع پوشش.

T t - دمای سطح بیرونی بدنه که توسط ترموکوپل 7 تعیین می شود

4.5. شار حرارتی عبوری از نمونه های آزمایشی با استفاده از هدایت حرارتی تعیین می شود

، دبلیو

4.6. ضریب هدایت حرارتی ماده مورد مطالعه تعیین می شود

، W / (mgrad)

که در آن Q شار گرمایی است که از نمونه آزمایشی با استفاده از هدایت حرارتی عبور می کند، W.

 = 0.005 متر - ضخامت نمونه؛

- سطح یک نمونه، متر مربع؛

d = 0.140 متر - قطر نمونه;

Tg، T x به ترتیب دمای سطوح گرم و سرد نمونه، K هستند.

4.7. ضریب هدایت حرارتی به دما بستگی دارد، بنابراین مقادیر بدست آمده از  با میانگین دمای نمونه مرتبط است.

نتایج پردازش داده های تجربی در جدول 1 وارد شده است.

میز 1

نتایج اندازه گیری و پردازش داده های تجربی

قرائت ترموکوپل، mV/K

E 1

4.8. با استفاده از روش نمودار تحلیلی پردازش نتایج به دست آمده، وابستگی رسانایی حرارتی ماده مورد مطالعه  به میانگین دمای نمونه Tm به شکل به دست می آید.

که در آن  0 و b- به صورت گرافیکی بر اساس تجزیه و تحلیل نمودار وابستگی = f (T m) تعیین می شوند.

    سوالات کنترلی

    راه های اصلی انتقال گرما چیست؟

    رسانایی حرارتی به چه چیزی گفته می شود؟

    مکانیسم هدایت حرارتی در هادی ها و دی الکتریک جامد چه ویژگی هایی دارد؟

    چه قوانینی فرآیند هدایت گرما را توصیف می کنند؟

    دیوار مسطح به چه چیزی گفته می شود؟

    شرایط مرزی چیست؟

    ماهیت تغییر دما در یک دیوار صاف چیست؟

    معنای فیزیکی ضریب هدایت حرارتی چیست؟

    چرا باید ضریب هدایت حرارتی مواد مختلف را دانست و مقدار آن را چگونه تعیین کرد؟

    ویژگی های روش شناختی روش لایه مسطح چیست؟

مطالعه انتقال حرارت با همرفت رایگان

هدف، واقعگرایانه: بررسی نظم های انتقال حرارت همرفتی با استفاده از مثال انتقال حرارت در حین همرفت آزاد برای موارد جریان عرضی و طولی حول یک سطح گرم شده. کسب مهارت در پردازش نتایج آزمایش ها و ارائه آنها به صورت کلی.

ورزش:

1. مقادیر تجربی ضرایب انتقال حرارت از یک استوانه افقی و یک استوانه عمودی به محیط تحت همرفت آزاد را تعیین کنید.

2. با پردازش داده های تجربی، پارامترهای معادلات معیار مشخص کننده فرآیند همرفت آزاد نسبت به سطوح افقی و عمودی را بدست آورید.

    مفاد نظری اساسی.

سه راه اصلی برای انتقال گرما وجود دارد که از نظر ماهیت فیزیکی با یکدیگر تفاوت قابل توجهی دارند:

    رسانایی گرمایی؛

    همرفت؛

    تابش حرارتی.

با هدایت حرارتی، حامل انرژی حرارتی ریز ذرات ماده - اتم ها و مولکول ها، با تابش حرارتی - امواج الکترومغناطیسی هستند.

همرفتروشی است برای انتقال گرما به دلیل جابجایی مقادیر ماکروسکوپیک ماده از یک نقطه در فضا به نقطه دیگر.

بنابراین، همرفت فقط در سیالات - گازها و مایعات امکان پذیر است. در تئوری انتقال حرارت، آنها را به طور کلی با عبارت نشان می دهند "مایع"، بدون ایجاد تمایز، در صورت عدم نیاز به شرط جداگانه، بین مایعات و گازهای قطره ای. انتقال حرارت از طریق همرفت معمولاً با هدایت گرما همراه است. این فرآیند نامیده می شود تبادل حرارتی همرفتی.

انتقال حرارت همرفتیفرآیند مشترک انتقال حرارت توسط همرفت و رسانش گرما است.

در عمل مهندسی، اغلب آنها با فرآیند انتقال حرارت همرفتی بین سطح یک جامد (به عنوان مثال، سطح دیواره یک کوره، یک دستگاه گرمایش و غیره) و سیال اطراف این سطح سروکار دارند. این فرآیند نامیده می شود اتلاف حرارت.

اتلاف حرارت- یک مورد خاص از انتقال حرارت همرفتی بین سطح یک جسم جامد (دیوار) و سیال اطراف آن.

تمیز دادن اجباری و آزاد (طبیعی)همرفت.

همرفت اجباریتحت تأثیر نیروهای فشاری که به اجبار ایجاد می شوند، به عنوان مثال توسط پمپ، فن و غیره رخ می دهد.

همرفت آزاد یا طبیعیتحت تأثیر نیروهای جرمی با ماهیت متفاوت رخ می دهد: گرانشی، گریز از مرکز، الکترومغناطیسی و غیره.

در زمین، همرفت آزاد تحت اثر گرانش رخ می دهد، به همین دلیل است که به آن می گویند همرفت گرانشی حرارتی... در این حالت، نیروی محرکه فرآیند، نیروی بالابرنده ای است که در حضور ناهمگنی در توزیع چگالی در حجم مورد نظر در محیط ایجاد می شود. در طول تبادل گرما، چنین ناهمگنی به دلیل این واقعیت است که عناصر فردی محیط می توانند در دماهای مختلف باشند. در این حالت، عناصر محیط با حرارت بیشتر و در نتیجه چگالی کمتر، تحت تأثیر نیروی بالابر به سمت بالا حرکت می‌کنند و گرما را با خود حمل می‌کنند و عناصر سردتر و در نتیجه متراکم‌تر به سمت فضای خالی جریان می‌یابند. همانطور که در شکل نشان داده شده است. یکی

برنج. 1. ماهیت حرکت جریان ها در یک مایع با همرفت آزاد

اگر منبع ثابت گرما در این مکان قرار داشته باشد، پس از گرم شدن، چگالی عناصر گرم شده محیط کاهش می یابد و آنها نیز شروع به شناور شدن به سمت بالا می کنند. بنابراین، تا زمانی که در چگالی تک تک عناصر محیط تفاوت وجود دارد، گردش آنها ادامه خواهد داشت، یعنی. همرفت آزاد ادامه خواهد داشت. همرفت آزاد که در حجم زیاد محیط رخ می دهد، جایی که هیچ چیز مانع از توسعه جریان های همرفتی نمی شود، نامیده می شود. همرفت آزاد در فضای نامحدود... به عنوان مثال، جابجایی آزاد در یک فضای نامحدود هنگام گرم کردن اتاق ها، گرم کردن آب در دیگ های آب گرم و بسیاری موارد دیگر رخ می دهد. اگر توسعه جریان های همرفتی توسط دیواره های کانال ها یا لایه هایی که با یک محیط سیال پر شده اند مانع شود، در این حالت فرآیند نامیده می شود. همرفت آزاد در فضاهای محدود... چنین فرآیندی، به عنوان مثال، در هنگام تبادل حرارت در داخل فضاهای هوایی بین قاب های پنجره اتفاق می افتد.

قانون اساسی که فرآیند انتقال حرارت همرفتی را توصیف می کند قانون نیوتن ریچمن... در شکل تحلیلی برای یک رژیم دمای ثابت انتقال حرارت، به شکل زیر است:

,

جایی که
- مقدار اولیه گرمایی که برای یک دوره ابتدایی از زمان پخش می شود
از یک سطح ابتدایی با مساحت
;

- دمای دیوار؛

- دمای مایع؛

ضریب انتقال حرارت است.

ضریب انتقال حرارتنشان می دهد که چه مقدار گرما در واحد زمان از یک واحد سطح با اختلاف دمایی بین دیوار و مایع یک درجه منتقل می شود. واحد اندازه گیری ضریب انتقال حرارت در سیستم SI W / m 2 ∙ درجه است. با یک فرآیند ثابت ثابت، ضریب انتقال حرارت را می توان از عبارت زیر تعیین کرد:

، W / m 2 ∙ درجه

جایی که - جریان گرما، W;

- مساحت سطح تبادل حرارت، متر مربع؛

- اختلاف دما بین سطح و مایع، درجه

ضریب انتقال حرارت، شدت انتقال حرارت بین دیوار و مایعی که آن را شستشو می دهد، مشخص می کند. به دلیل ماهیت فیزیکی خود، انتقال حرارت همرفتی یک فرآیند بسیار پیچیده است. ضریب انتقال حرارت به تعداد بسیار زیادی از پارامترهای مختلف بستگی دارد - خواص فیزیکی سیال، ماهیت جریان سیال، سرعت جریان سیال، اندازه و شکل کانال، و همچنین بسیاری از عوامل دیگر. در این راستا، نمی توان یک وابستگی کلی برای یافتن ضریب انتقال حرارت به صورت نظری ارائه داد

ضریب انتقال حرارت را می توان با بیشترین دقت و اطمینان به صورت تجربی بر اساس رابطه (2) تعیین کرد. با این حال، در عمل مهندسی، هنگام محاسبه فرآیندهای انتقال حرارت در دستگاه‌های فنی مختلف، به عنوان یک قاعده، نمی‌توان به دلیل پیچیدگی و هزینه بالای راه اندازی چنین آزمایشی. در این صورت برای حل مشکل تعیین ، نظریه شباهت.

ارزش عملی اصلی نظریه شباهت این است که امکان تعمیم نتایج یک آزمایش جداگانه انجام شده بر روی یک مدل در شرایط آزمایشگاهی را برای کل کلاس فرآیندهای واقعی و اشیاء مشابه با فرآیند مورد مطالعه در مدل فراهم می کند. مفهوم شباهت که در رابطه با اشکال هندسی به خوبی شناخته شده است، می تواند به هر فرآیند و پدیده فیزیکی تعمیم یابد.

طبقه بندی پدیده های فیزیکیمجموعه ای از پدیده هایی است که با یک سیستم معادلات کلی قابل توصیف هستند و ماهیت فیزیکی یکسانی دارند.

تک اتفاق- این بخشی از یک کلاس از پدیده های فیزیکی است که در شرایط خاص منحصر به فرد (هندسی، فیزیکی، اولیه، مرز) متفاوت است.

پدیده های مشابه- گروهی از پدیده های یک طبقه با شرایط عدم ابهام یکسان، به جز مقادیر عددی مقادیر موجود در این شرایط.

نظریه شباهت بر این واقعیت استوار است که کمیت های فیزیکی ابعادی مشخص کننده پدیده را می توان در ترکیب کرد مجتمع های بی بعد، و به طوری که تعداد این مجتمع ها کمتر از تعداد کمیت های بعدی خواهد بود. کمپلکس های بی بعد حاصل نامیده می شوند معیارهای شباهت... معیارهای شباهت معنای فیزیکی خاصی دارند و تأثیر نه یک کمیت فیزیکی، بلکه کل مجموعه آنها را که در این معیار گنجانده شده است منعکس می کنند، که تجزیه و تحلیل فرآیند مورد مطالعه را بسیار ساده می کند. خود فرآیند در این مورد می تواند در قالب یک وابستگی تحلیلی نمایش داده شود
بین معیارهای شباهت
مشخص کردن جنبه های فردی آن این گونه وابستگی ها نامیده می شوند معادلات معیار... معیارهای شباهت به نام دانشمندانی که سهم قابل توجهی در توسعه هیدرودینامیک و تئوری انتقال حرارت داشتند - ناسلت، پراندتل، گراشوف، رینولدز، کرپیچف و دیگران نامگذاری شدند.

نظریه تشابه مبتنی بر 3 قضیه تشابه است.

قضیه 1:

پدیده های مشابه یکدیگر معیارهای مشابهی دارند.

این قضیه نشان می‌دهد که در آزمایش‌ها فقط باید آن دسته از کمیت‌های فیزیکی را اندازه‌گیری کرد که در معیارهای شباهت موجود است.

قضیه 2:

معادلات ریاضی اولیه که یک پدیده فیزیکی معین را مشخص می کند، همیشه می تواند در قالب رابطه ای بین معیارهای شباهت که این پدیده را مشخص می کند، ارائه شود.

این معادلات نامیده می شوند معیار... این قضیه نشان می دهد که نتایج آزمایش ها باید در قالب معادلات معیار ارائه شود.

قضیه 3.

مشابه آن دسته از پدیده هایی هستند که معیارهای تشابه، متشکل از شرایط عدم ابهام، برابر است..

این قضیه شرط لازم برای ایجاد شباهت فیزیکی را تعریف می کند. معیارهای تشابه متشکل از شرایط عدم ابهام نامیده می شوند تعریف کردن... آنها برابری همه دیگران را تعیین می کنند یا مشخصمعیار تشابه، که در واقع موضوع قضیه 1 شباهت است. بنابراین، قضیه شباهت 3، قضیه 1 را توسعه و عمیق می کند.

هنگام مطالعه انتقال حرارت همرفتی، بیشتر از معیارهای شباهت زیر استفاده می شود.

معیار رینولدز (Re) - رابطه بین نیروهای اینرسی و نیروهای اصطکاک چسبناکی که در یک سیال عمل می کنند را مشخص می کند. مقدار معیار رینولدز رژیم جریان سیال تحت همرفت اجباری را مشخص می کند.

,

جایی که - سرعت حرکت مایع؛

- ضریب ویسکوزیته سینماتیکی مایع؛

- تعیین اندازه

معیار گراشوف (گر) - رابطه بین نیروهای اصطکاک چسبناک و نیروی بالابرنده که در یک مایع، با همرفت آزاد عمل می کند، مشخص می کند. مقدار معیار Grashof رژیم جریان سیال تحت همرفت آزاد را مشخص می کند.

,

جایی که - شتاب گرانش؛

- تعیین اندازه؛

- ضریب دمایی انبساط حجمی مایع (برای گازها
، جایی که - تعیین دما در مقیاس کلوین)؛

- اختلاف دما بین دیوار و مایع؛

- به ترتیب دمای دیوار و مایع؛

- ضریب ویسکوزیته سینماتیکی مایع.

معیار ناسلت (شماره) - نسبت بین مقدار گرمای منتقل شده از طریق رسانش گرما و مقدار گرمای منتقل شده از طریق همرفت در طی تبادل حرارتی همرفتی بین سطح جامد (دیوار) و مایع را مشخص می کند. با انتقال حرارت

,

جایی که - ضریب انتقال حرارت؛

- تعیین اندازه؛

- ضریب هدایت حرارتی مایع در مرز دیوار و مایع.

معیار پکلت (پلی اتیلن) - نسبت بین مقدار گرمای دریافتی (تولید شده) توسط جریان سیال و مقدار گرمای منتقل شده (تولید شده) از طریق تبادل حرارتی همرفتی را مشخص می کند.

,

جایی که - نرخ جریان سیال؛

- تعیین اندازه؛

- ضریب نفوذ حرارتی؛

- به ترتیب، ضریب هدایت حرارتی، ظرفیت حرارتی ایزوباریک، چگالی مایع.

معیار پراندل (Pr) - خصوصیات فیزیکی مایع را مشخص می کند.

,

جایی که - ضریب ویسکوزیته سینماتیکی؛

- ضریب نفوذ حرارتی مایع.

از معیارهای تشابه در نظر گرفته شده، می توان دریافت که مهمترین پارامتر در محاسبه فرآیندهای انتقال حرارت همرفتی، که مشخص کننده شدت فرآیند است، یعنی ضریب انتقال حرارت  در بیان معیار ناسلت گنجانده شده است. این امر باعث شد که برای حل مسائل انتقال حرارت همرفتی با روش های مهندسی بر اساس استفاده از نظریه تشابه، این معیار مهمترین معیار تعریف شده باشد. مقدار ضریب انتقال حرارت در این حالت مطابق عبارت زیر تعیین می شود

در این راستا معمولاً معادلات معیار با توجه به معیار ناسلت به صورت جواب نوشته می شوند و به صورت تابع توان هستند.

جایی که
- مقادیر معیارهای شباهت که جنبه های مختلف فرآیند مورد بررسی را مشخص می کند.

- ثابت های عددی بر اساس داده های تجربی به دست آمده در مطالعه یک کلاس از پدیده های مشابه در مدل ها به صورت تجربی تعیین می شود.

بسته به نوع همرفت و شرایط فرآیند خاص، مجموعه معیارهای شباهت موجود در معادله معیار، مقادیر ثابت ها و ضرایب تصحیح ممکن است متفاوت باشد.

در کاربرد عملی معادلات معیار، موضوع انتخاب صحیح اندازه تعیین کننده و تعیین دما اهمیت دارد. دمای تعیین کننده برای تعیین صحیح مقادیر خواص فیزیکی مایع مورد استفاده در محاسبه مقادیر معیارهای شباهت ضروری است. انتخاب اندازه تعیین کننده بستگی به موقعیت نسبی جریان سیال و سطح در حال شستشو دارد، یعنی به ماهیت جریان آن. در این مورد، باید با توصیه های موجود برای موارد معمول زیر هدایت شود.

    همرفت اجباری هنگامی که یک سیال در داخل یک لوله دایره ای حرکت می کند.

- قطر داخلی لوله

    همرفت اجباری در حین حرکت سیال در کانال هایی با مقطع دلخواه.

- قطر معادل،

جایی که - سطح مقطع کانال؛

- محیط بخش.

    جریان متقاطع در اطراف یک لوله دایره ای با همرفت آزاد (لوله افقی (نگاه کنید به شکل 2) با همرفت گرانشی حرارتی)

قطر بیرونی لوله است.

شکل 2. ماهیت جریان در اطراف یک لوله افقی در طول همرفت گرانشی حرارتی

    جریان طولی اطراف یک دیوار صاف (لوله) (نگاه کنید به شکل 3) در طول همرفت گرانشی حرارتی.

- ارتفاع دیوار (طول لوله).

برنج. 3. ماهیت جریان در اطراف یک دیوار عمودی (لوله) در طول همرفت گرانشی حرارتی.

تعیین دما برای تعیین صحیح خواص ترموفیزیکی محیط ضروری است که مقادیر آن بسته به دما تغییر می کند.

در مورد انتقال حرارت، میانگین حسابی بین دمای دیوار و مایع به عنوان دمای تعیین کننده در نظر گرفته می شود.

در تبادل حرارتی همرفتی بین عناصر مجزای محیط در داخل حجم مورد نظر، میانگین حسابی بین دمای عناصر محیط شرکت‌کننده در تبادل حرارت به عنوان دمای تعیین‌کننده در نظر گرفته می‌شود.

در این مقاله، روش انجام یک آزمایش آزمایشگاهی و روشی برای به دست آوردن معادلات معیار برای 2 حالت معمولی جریان در اطراف یک سطح گرم شده (عرضی و طولی) با همرفت آزاد گازهای مختلف نسبت به سیلندرهای افقی و عمودی را در نظر می گیریم.

    بخش تجربی.

در روند حرکت حرارتی آنها. در مایعات و جامدات - دی الکتریک - انتقال حرارت با انتقال مستقیم حرکت حرارتی مولکول ها و اتم ها به ذرات همسایه ماده انجام می شود. در اجسام گازی انتشار گرما توسط رسانایی حرارتی به دلیل تبادل انرژی در هنگام برخورد مولکول ها با سرعت های مختلف حرکت حرارتی اتفاق می افتد. در فلزات، هدایت حرارتی عمدتاً به دلیل حرکت الکترون های آزاد انجام می شود.

هدایت حرارتی اصلی zek شامل تعدادی مفاهیم ریاضی است که بهتر است تعاریف آنها را یادآوری و توضیح دهیم.

میدان دمامجموعه ای از مقادیر دما در تمام نقاط بدن در یک لحظه معین از زمان است. از نظر ریاضی به شرح زیر است تی = f(x، y، z، τ). تمیز دادن دمای ثابتمیدان زمانی که درجه حرارت در تمام نقاط بدن به زمان بستگی ندارد (در طول زمان تغییر نمی کند)، و میدان دمایی ناپایدار... علاوه بر این، اگر دما فقط در امتداد یک یا دو مختصات فضایی تغییر کند، میدان دما به ترتیب یک یا دو بعدی نامیده می شود.

سطح ایزوترمال- این مکان نقطه ای است که دمای آن یکسان است.

گرادیان دما — grad tیک بردار است که در امتداد سطح نرمال به همدما هدایت می شود و از نظر عددی برابر با مشتق دما در این جهت است.

طبق قانون اساسی هدایت گرما - قانون فوریه(1822)، بردار چگالی شار حرارتی منتقل شده توسط هدایت حرارتی با گرادیان دما متناسب است:

q = - λ grad t, (3)

جایی که λ - ضریب هدایت حرارتی ماده؛ واحد اندازه گیری آن دبلیو/(m K).

علامت منفی در رابطه (3) نشان می دهد که بردار qجهت مخالف بردار grad t، یعنی به سمت بیشترین کاهش دما.

جریان دما δQاز طریق یک منطقه ابتدایی جهت گیری دلخواه dFبرابر حاصلضرب نقطه ای بردار است qدر وکتور یک سایت ابتدایی dFو شار حرارتی کل سدر سراسر سطح افبا ادغام این محصول بر روی سطح مشخص می شود F:

ضریب هدایت حرارتی

ضریب هدایت حرارتی λ در قانون فوریه(3) توانایی یک ماده معین برای هدایت گرما را مشخص می کند. مقادیر ضرایب هدایت حرارتی در کتاب های مرجع در مورد خواص ترموفیزیکی مواد آورده شده است. از نظر عددی، ضریب هدایت حرارتی λ = q /درجه تیبرابر چگالی شار حرارتی است qدر یک گرادیان دما grad t = 1 K / m... گاز سبک، هیدروژن، بالاترین رسانایی حرارتی را دارد. تحت شرایط اتاق، هدایت حرارتی هیدروژن λ = 0,2 دبلیو/(m K). گازهای سنگین تر هدایت حرارتی کمتری دارند - هوا λ = 0,025 دبلیو/(m K، در دی اکسید کربن λ = 0,02 دبلیو/(m K).


نقره و مس خالص بالاترین رسانایی حرارتی را دارند: λ = 400 دبلیو/(m K). برای فولادهای کربنی λ = 50 دبلیو/(m K). برای مایعات، ضریب هدایت حرارتی معمولاً کمتر از 1 است دبلیو/(m K). آب یکی از بهترین هادی های حرارتی مایع برای آن است λ = 0,6 دبلیو/(m K).

رسانایی حرارتی مواد جامد غیرفلزی معمولاً زیر 10 است دبلیو/(m K).

مواد متخلخل - چوب پنبه، پرکننده های فیبری مختلف مانند پشم آلی - کمترین ضریب هدایت حرارتی را دارند. λ <0,25 دبلیو/(m K) با چگالی بسته بندی کم به ضریب هدایت حرارتی هوای پرکننده منافذ نزدیک می شود.

دما، فشار و در مواد متخلخل نیز رطوبت می تواند تأثیر قابل توجهی بر ضریب هدایت حرارتی داشته باشد. کتاب های مرجع همیشه شرایطی را ارائه می دهند که تحت آن ضریب هدایت حرارتی یک ماده مشخص شده است و برای شرایط دیگر نمی توان از این داده ها استفاده کرد. محدوده ارزش ها λ برای مواد مختلف در شکل نشان داده شده است. یکی

عکس. 1. فواصل مقادیر ضرایب هدایت حرارتی مواد مختلف.

انتقال حرارت توسط هدایت حرارتی

دیوار مسطح یکنواخت.

ساده ترین و بسیار رایج ترین مسئله ای که با تئوری انتقال حرارت حل می شود، تعیین چگالی شار حرارتی منتقل شده از طریق یک دیوار صاف با ضخامت است. δ ، روی سطوحی که دمای آنها حفظ می شود t w1و t w2.(شکل 2). دما فقط در امتداد ضخامت صفحه تغییر می کند - یک مختصات ایکس.چنین مسائلی تک بعدی نامیده می شوند، راه حل آنها ساده ترین است و در این دوره ما خود را به بررسی مسائل یک بعدی محدود می کنیم.

با توجه به اینکه برای مورد یک عددی:

grad t = dt / dx, (5)

و با استفاده از قانون اصلی هدایت حرارتی (2)، معادله دیفرانسیل رسانایی گرمایی ثابت برای یک دیوار صاف را به دست می آوریم:

در شرایط ثابت، زمانی که انرژی برای گرمایش مصرف نمی شود، چگالی شار حرارتی qبدون تغییر در ضخامت دیوار در بیشتر مسائل عملی، تقریباً ضریب هدایت حرارتی فرض می شود λ به دما بستگی ندارد و در کل ضخامت دیوار یکسان است. معنی λ در کتب مرجع در دمای:

میانگین بین دمای سطوح دیوار. (در این حالت خطای محاسبات معمولاً کمتر از خطای داده های اولیه و مقادیر جدولی و با وابستگی خطی ضریب هدایت حرارتی به دما است: λ = a + btفرمول محاسبه دقیق برای qبا تقریبی تفاوتی ندارد). در λ = ثابت:

(7)

آن ها وابستگی به دما تیاز مختصات ایکسخطی (شکل 2).

شکل 2. توزیع دمای ثابت بر روی ضخامت یک دیوار صاف.

تقسیم متغیرهای معادله (7) و ادغام روی تیاز جانب t w1قبل از t w2و توسط ایکساز 0 تا δ :

, (8)

وابستگی را برای محاسبه چگالی شار حرارتی بدست می آوریم:

, (9)

یا قدرت شار حرارتی (شار حرارتی):

(10)

بنابراین مقدار حرارت منتقل شده از طریق 1 متر 2دیوارها، به طور مستقیم با ضریب هدایت حرارتی متناسب است λ و اختلاف دما بین سطوح خارجی دیوار ( t w1 - t w2) و با ضخامت دیوار نسبت معکوس دارد δ ... مقدار کل گرما از طریق یک دیوار با مساحت افهمچنین متناسب با این حوزه.

ساده ترین فرمول به دست آمده (10) در محاسبات حرارتی بسیار گسترده است. با استفاده از این فرمول، نه تنها چگالی شار حرارتی از طریق دیوارهای مسطح محاسبه می‌شود، بلکه تخمین‌هایی برای موارد پیچیده‌تر نیز انجام می‌شود که با جایگزینی دیواره‌های یک پیکربندی پیچیده با یک دیوار مسطح در محاسبات ساده‌سازی می‌شود. گاهی اوقات، در حال حاضر بر اساس یک ارزیابی، یک یا گزینه دیگری بدون صرف زمان بیشتر برای مطالعه دقیق آن رد می شود.

دمای بدن در یک نقطه ایکسبا فرمول تعیین می شود:

t x = t w1 - (t w1 - t w2) × (x × d)

نگرش λF / δهدایت حرارتی دیوار و رسانایی متقابل نامیده می شود δ / λFمقاومت حرارتی یا حرارتی دیوار و نشان داده شده است R λ... با استفاده از مفهوم مقاومت حرارتی، فرمول محاسبه شار حرارتی را می توان به صورت زیر نشان داد:

وابستگی (11) مشابه قانون است اهمدر مهندسی برق (قدرت جریان الکتریکی برابر است با اختلاف پتانسیل تقسیم بر مقاومت الکتریکی رسانایی که جریان از آن عبور می کند).

اغلب، مقاومت حرارتی را مقدار δ / λ می نامند که برابر با مقاومت حرارتی یک دیوار صاف با مساحت 1 است. متر 2.

نمونه های محاسباتی.

مثال 1... شار گرما را از دیوار بتنی یک ساختمان به ضخامت 200 تعیین کنید میلی متر، ارتفاع اچ = 2,5 مترو طول 2 متراگر دمای سطوح آن عبارتند از: t с1= 20 0 C، t с2= - 10 0 С، و ضریب هدایت حرارتی λ =1 دبلیو/(m K):

= 750 دبلیو.

مثال 2... ضریب هدایت حرارتی مصالح دیوار با ضخامت 50 را تعیین کنید میلی متر, اگر چگالی شار حرارتی از آن عبور کند q = 100 دبلیو/متر 2و اختلاف دما روی سطوح Δt = 20 0 C.

دبلیو/(m K).

دیوار چند لایه.

فرمول (10) همچنین می تواند برای محاسبه شار گرما از طریق یک دیوار متشکل از چندین ( n) لایه های محکم مجاور مواد غیر مشابه (شکل 3)، به عنوان مثال، یک سرسیلندر، یک واشر و یک بلوک سیلندر ساخته شده از مواد مختلف و غیره.

شکل 3. توزیع دما بر روی ضخامت یک دیوار صاف چند لایه.

مقاومت حرارتی چنین دیواری برابر است با مجموع مقاومت های حرارتی هر لایه:

(12)

در فرمول (12) لازم است که اختلاف دما در آن نقاط (سطوح) جایگزین شود، که بین آنها تمام مقاومت های حرارتی جمع شده "شامل" می شود، یعنی. در این مورد: t w1و t w (n + 1):

, (13)

جایی که من- شماره لایه

در حالت ساکن، شار حرارتی ویژه از دیواره چند لایه ثابت است و برای همه لایه ها یکسان است. از (13) به شرح زیر است:

. (14)

از رابطه (14) به دست می آید که مقاومت حرارتی کلی دیوار چند لایه برابر است با مجموع مقاومت های هر لایه.

فرمول (13) را می توان به راحتی با نوشتن اختلاف دما طبق فرمول (10) برای هر یک از آنها بدست آورد. پلایه های یک دیوار چند لایه و اضافه کردن همه پعبارات با در نظر گرفتن این واقعیت که در همه لایه ها سهمین معنی را دارد وقتی با هم جمع شوند، تمام دماهای میانی کاهش می یابد.

توزیع دما در هر لایه خطی است، اما در لایه های مختلف شیب وابستگی دما متفاوت است، زیرا طبق فرمول (7) ( dt / dx)من = - q / λ i... چگالی شار حرارتی عبوری از تمام فیل‌ها در حالت ساکن یکسان است و ضریب هدایت حرارتی لایه‌ها متفاوت است، بنابراین دما در لایه‌هایی با رسانایی حرارتی کمتر تغییر می‌کند. بنابراین، در مثال در شکل 4، مواد لایه دوم (به عنوان مثال، یک واشر) کمترین رسانایی حرارتی و بالاترین - لایه سوم را دارد.

با محاسبه شار حرارتی از دیواره چند لایه، می توان افت دما را در هر لایه با توجه به رابطه (10) تعیین کرد و دما را در مرزهای همه لایه ها یافت. این امر هنگام استفاده از مواد با دمای مجاز محدود به عنوان عایق حرارت بسیار مهم است.

دمای لایه ها با فرمول زیر تعیین می شود:

t w1 = t c t1 - q × (d 1 × l 1 -1)

t w2 = t c l1 - q × (d 2 × l 2 -1)

تماس با مقاومت حرارتی... هنگام استخراج فرمول برای یک دیوار چند لایه، فرض بر این بود که لایه ها کاملاً مجاور یکدیگر هستند و به دلیل تماس خوب، سطوح تماس لایه های مختلف دارای دمای یکسان هستند. اگر یکی از لایه‌ها در حالت مایع یا به شکل محلول سیال روی لایه‌ای دیگر اعمال شود، به طور ایده‌آل تماس محکم بین لایه‌های جداگانه یک دیوار چند لایه حاصل می‌شود. بدنه های صلب فقط با قسمت بالایی پروفیل های زبری یکدیگر را لمس می کنند (شکل 4).

سطح تماس رئوس ناچیز است و کل شار گرما از شکاف هوا می گذرد ( ساعت). این مقاومت حرارتی اضافی (تماسی) ایجاد می کند R به... مقاومت های تماس حرارتی را می توان به طور مستقل با استفاده از وابستگی های تجربی مناسب یا به صورت تجربی تعیین کرد. به عنوان مثال، مقاومت حرارتی شکاف 0.03 است میلی مترتقریباً معادل مقاومت حرارتی یک لایه فولادی با ضخامت حدود 30 است میلی متر.

شکل 4. تصویری از تماس دو سطح ناهموار.

روش های کاهش مقاومت تماس حرارتیمقاومت حرارتی کل تماس با خلوص پردازش، بار، هدایت حرارتی محیط، رسانایی حرارتی مواد قطعات در تماس و سایر عوامل تعیین می شود.

بیشترین کارایی کاهش مقاومت حرارتی با وارد شدن به منطقه تماس یک محیط با رسانایی حرارتی نزدیک به رسانایی حرارتی فلز حاصل می شود.

امکانات زیر برای پر کردن محل تماس با مواد وجود دارد:

استفاده از واشر فلزی نرم؛

مقدمه ای بر منطقه تماس یک ماده پودری با هدایت حرارتی خوب.

مقدمه ای بر منطقه یک ماده چسبناک با هدایت حرارتی خوب؛

پر کردن فضای بین برجستگی های زبری با فلز مایع.

بهترین نتایج هنگام پر کردن ناحیه تماس با قلع مذاب به دست آمد. در این حالت، مقاومت حرارتی کنتاکت عملاً صفر می شود.

دیوار استوانه ای.

اغلب حامل های حرارتی از طریق لوله ها (سیلندر) حرکت می کنند و لازم است شار حرارتی منتقل شده از طریق دیواره استوانه ای لوله (سیلندر) محاسبه شود. مشکل انتقال حرارت از طریق دیوار استوانه ای (برای دماهای مشخص و ثابت در سطوح داخلی و خارجی) نیز اگر در مختصات استوانه ای در نظر گرفته شود، تک بعدی است (شکل 4).

دما فقط در امتداد شعاع و در طول لوله تغییر می کند لو در امتداد محیط آن بدون تغییر باقی می ماند.

در این مورد، معادله جریان گرما به شکل زیر است:

. (15)

وابستگی (15) نشان می دهد که مقدار حرارت منتقل شده از طریق دیواره سیلندر با ضریب هدایت حرارتی نسبت مستقیم دارد. λ ، طول لوله لو اختلاف دما ( t w1 - t w2و با لگاریتم طبیعی نسبت قطر خارجی سیلندر نسبت معکوس دارد. د 2به قطر داخلی آن د 1.

برنج. 4. تغییر دما در ضخامت یک دیوار استوانه ای تک لایه.

در λ = توزیع دمای ثابت در شعاع rیک دیوار استوانه ای تک لایه از قانون لگاریتمی پیروی می کند (شکل 4).

مثال... اگر بین دو لایه آجر به ضخامت 250 باشد، تلفات حرارتی دیوار ساختمان چند برابر کاهش می یابد. میلی متریک پد فوم با ضخامت 50 میلی متر نصب کنید میلی متر... ضرایب هدایت حرارتی به ترتیب برابر است: λ kirp . = 0,5 دبلیو/(m K); قلم λ. . = 0,05 دبلیو/(m K).

پاسخی برای سوال خود پیدا نکردید؟ به اینجا نگاه کن
چه زمانی می توانید موهای خود را طبق اوراکل کوتاه کنیدچه زمانی می توانید موهای خود را طبق اوراکل کوتاه کنید
ماه کامل در علامت قوس در 3 دسامبرماه کامل در علامت قوس در 3 دسامبر
خال روی بدن و خال آنها. معنی خال. خال های روی بدن و صورت زنان و مردان در سمت راست و چپ به چه معناست؟ معنی شکل، رنگ و اندازه خال هاخال روی بدن و خال آنها. معنی خال. خال های روی بدن و صورت زنان و مردان در سمت راست و چپ به چه معناست؟ معنی شکل، رنگ و اندازه خال ها