određivanje toplinskih svojstava građevnih materijala neven ukrainczyk
Post on 02-Feb-2016
48 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
Zavod za anorg. kem. tehn. i nemetaleZavod za anorg. kem. tehn. i nemetaleFakultet kemijskog inženjerstva i tehnologijeFakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije
Sveučilište u ZagrebuSveučilište u Zagrebu
Određivanje toplinskih Određivanje toplinskih svojstava građevnih svojstava građevnih
materijalamaterijala
NevenNeven UkrainczykUkrainczyk
ZAGREBAČKI ENERGETSKI TJEDAN 2010ZAGREBAČKI ENERGETSKI TJEDAN 2010
Toplinska svojstvaToplinska svojstva primjena materijalaprimjena materijala
prijenos topline prijenos topline (proračuni)(proračuni)
ušteda energijeušteda energije Kontrola kvaliteteKontrola kvalitete
p
ac
2W/mK , m /sa
heterogeni i višefazni materijali (heterogeni i višefazni materijali ( ll, , ss, , vv):): Mehanizmi prijenosa toplineMehanizmi prijenosa topline
KondukcijaKondukcija KonvekcijaKonvekcija RadiacijaRadiacija Prijenos latentne topline Prijenos latentne topline
Praktično - Praktično - model kondukcijemodel kondukcije
• PrividniPrividni (efektivni) parametri (efektivni) parametri λλ, a, a
Prijenos toplinePrijenos topline
METODEMETODE
Metode u ustaljenom stanju (statičke)Metode u ustaljenom stanju (statičke) Prednost: jednostavni modelPrednost: jednostavni model NedostatakNedostatak
• dugo vrijeme mjerenja, transport vode dugo vrijeme mjerenja, transport vode
Dinamičke metode Dinamičke metode
Radijalni ili aksijalni 1D tok toplineRadijalni ili aksijalni 1D tok topline Metoda vruće žice, ploče, sonde...Metoda vruće žice, ploče, sonde...
TT(x,y,z,) = Konst.(x,y,z,) = Konst.
TT(x,y,z,) = (x,y,z,) = ff((tt))
1. Metoda vruće žice1. Metoda vruće žice
Tri osnovne izvedbe metode vruće žice: Tri osnovne izvedbe metode vruće žice: paralelna (mjerna nesigurnost>4%)paralelna (mjerna nesigurnost>4%) poprečna žicapoprečna žica otpornička žica (mjerna nesigurnost~2%)otpornička žica (mjerna nesigurnost~2%)
1. Izvedba s paralelnom žicom1. Izvedba s paralelnom žicom
1. Izvedba s poprečnom žicom1. Izvedba s poprečnom žicom
1. Izvedba s otporničkom žicom1. Izvedba s otporničkom žicom
1. Model vruće žice1. Model vruće žice Idealni linearni izvor topline: Idealni linearni izvor topline:
l l →→ ∞∞ mm →→ 0 0
Porast temperature:Porast temperature:
2
4 4i
P rT t E
at
2 3 4
( ) ln .....2! 3! 4!i
z z zE z z z
1. Eksperimentalni postav1. Eksperimentalni postav
2r2r = 76 = 76 μμmml l = 176.0 mm= 176.0 mm22RR = 51 mm = 51 mm
1. Reprezentativni odziv1. Reprezentativni odziv
t<0.5s Realna žica - konačne duljine, mase i cp
t<120 s Konačne dimenzije ispitivanog uzorka-Rubni uvjet plašta uzorka utječe na temp. žice
1. Procjene toplinske vodljivosti1. Procjene toplinske vodljivosti
1. Linearna metoda1. Linearna metoda
2
4, ln ln
4
q aT r t t
e r
2 3 4
( ) ln .....2! 3! 4!i
z z zE z z z
2. Metoda sonde2. Metoda sonde Dva tipa:Dva tipa:
prodiru u materijal (npr. praškasti ili kapljeviti prodiru u materijal (npr. praškasti ili kapljeviti materijali)materijali)
na površini (kruti materijali)na površini (kruti materijali)
PrednostiPrednosti Terenska ispitivanja (realni uvjeti)Terenska ispitivanja (realni uvjeti)
NedostaciNedostaci Utjecaj sonde (složeni model)Utjecaj sonde (složeni model) Prijelazni otporPrijelazni otpor KalibracijaKalibracija Točnost > 5 %Točnost > 5 %
d
ls
ds
ws
d
ls
ds
ws
2. Metoda sonde2. Metoda sonde
wsws – mjerna zona – mjerna zonalsls – aktivna duljina sonde – aktivna duljina sondeФd Фd – promjer sonde – promjer sonde ФsФs – promjer uzorka – promjer uzorka
d
ls
ds
ws
d
ls
ds
ws
Uvjeti modela Uvjeti modela 1D:1D: ls > 100ls > 100 dd
ws > 1.5ws > 1.5 lslsOkolina:Okolina: ds > 20 dds > 20 d
3. Metoda vruće ploče:3. Metoda vruće ploče:ustaljeno stanjeustaljeno stanje
Zaštićena vruća ploča Zaštićena vruća ploča (eng. (eng. guarded hot plateguarded hot plate)) Točnost 2-3 %Točnost 2-3 % suhi homogeni uzorcisuhi homogeni uzorci
~ 0,5 x 0,5 m~ 0,5 x 0,5 m ustaljeno stanje!ustaljeno stanje!
Dugotrajno, transport vlageDugotrajno, transport vlage
3. Metoda vruće ploče: 3. Metoda vruće ploče: ustaljeno stanjeustaljeno stanje
Q x
A T
4. Impulsna pobuda4. Impulsna pobuda
mt
ha
2
2
2 2 e m m
Q h
T t
4. Temperaturno polje u uzorku4. Temperaturno polje u uzorku
Specimen
Heat source
q =H(T0 – Ts)
H = 0
H 0
Specimen
Heat source
q =H(T0 – Ts)
H = 0
H 0
Uzorak
GRIJAČ
0( )Sq T T
4. Temperaturni odziv4. Temperaturni odziv
4. Reprezentativni temperaturni 4. Reprezentativni temperaturni odzivodziv
Reprezentativni temperaturni odzivReprezentativni temperaturni odziv Početni dio odziva: kontaktni otpor, cp, masa Početni dio odziva: kontaktni otpor, cp, masa
grijaćagrijaća Realna pobuda (kašnjenje u isporučivanju Realna pobuda (kašnjenje u isporučivanju
snage grijanja)snage grijanja) Gubitak topline kroz izvode za napajanje Gubitak topline kroz izvode za napajanje
grijačagrijača Konačne dimenzije uzorka (gubici u okolinu)Konačne dimenzije uzorka (gubici u okolinu)
4. Impulsna pobuda4. Impulsna pobudaw
l
h
w
l
w
l
h
Heterogeni materijali:Heterogeni materijali:h h > 10 dim. karakter. Heterogenosti> 10 dim. karakter. Heterogenosti
Uklanjanje utjecaja okoline:Uklanjanje utjecaja okoline: ww > 5 > 5 hh h alfa h alfa // λ < 0.1λ < 0.1
Beskonačni uzorak u smjeru Beskonačni uzorak u smjeru Q:Q:l > 1.4l > 1.4 hh
Dirac toplinski impuls:Dirac toplinski impuls:ttmm > 10 > 10 tt00
5. Skokovita pobuda: Gusstafson5. Skokovita pobuda: Gusstafson
PrednostiPrednosti mali i tanki uzorci (filmovi)mali i tanki uzorci (filmovi) aa[m[m22/s]/s] i i λλ[W/mK][W/mK] mj. nesig. mj. nesig. λλ 2-5%, a 2-5%, a 5-10%5-10%
• bez nesigurnosti bez nesigurnosti h h (grijač – temp. osjetilo)(grijač – temp. osjetilo)
NedostaciNedostaci Složena analiza (model)Složena analiza (model)
5. Gusstafson5. Gusstafson
R
Rs
w
R
Rs
w
RsRs – – promjer grijačapromjer grijačaR R – – promjer uzorkapromjer uzorkaww – – debljina uzorkadebljina uzorka
ttmaxmax- trajanje grijanja- trajanje grijanja
Uvjet beskonačnosti uzorka:Uvjet beskonačnosti uzorka:
max5R Rs at
max5.2 atw
5. Gusstafson5. Gusstafson bifilarno motani grijačbifilarno motani grijač Model: aproksimacija s Model: aproksimacija s mm koncentričnih grijača, koncentričnih grijača,
m m > 10> 10
6. Mjerenje toplinske difuzivnosti, 6. Mjerenje toplinske difuzivnosti, a a [m[m22/s]/s]
pri nagloj promjeni temperature stijenke materijalapri nagloj promjeni temperature stijenke materijalapraćen temperaturni odziv u osi valjkastog uzorka praćen temperaturni odziv u osi valjkastog uzorka
6. Mjerenje 6. Mjerenje aa materijala materijala
6. 1D model 6. 1D model
0( , 0) , pocetni uvjet
( , ) , rubni uvjet
( 0, ) 0, simetrija
R
T r t T
T r R t T
Tr t
r
01
( ) exp ( )n nn
t A B a t t
Idealna skokovita pobuda
Analitičko rješenje:
6. Toplinska difuzivnost6. Toplinska difuzivnost Primjer procjene toplinske difuzivnosti materijalaPrimjer procjene toplinske difuzivnosti materijala
Unaprijeđena metoda određivanja Unaprijeđena metoda određivanja aa poroznih materijalaporoznih materijala utjecaj kalupautjecaj kalupa mjeri se i temp. ruba materijalamjeri se i temp. ruba materijala numerička obrada rezultata numerička obrada rezultata
• Rješavanje PDJ Rješavanje PDJ
• LM algoritam optimiranjaLM algoritam optimiranja
6. Mjerenje 6. Mjerenje aa poroznihporoznih materijala materijala
6. Izrađen rač. program s 6. Izrađen rač. program s GUIGUI
6. Primjer rezultata procjene 6. Primjer rezultata procjene aa
1-6. Vrednovanje metoda1-6. Vrednovanje metoda-> referentni materijali-> referentni materijali
NIST SRMNIST SRM Pyrex 7740Pyrex 7740, , Pyroceram 9606Pyroceram 9606 PMM (plexiglass) =f(ro)~0,190W/mKPMM (plexiglass) =f(ro)~0,190W/mK
Glicerol (higroskopan!)Glicerol (higroskopan!) ~ Stiropor~ Stiropor Gelirana vodaGelirana voda (Agar gel 0.7%) (Agar gel 0.7%)
Spriječena prirodna konvekcijaSpriječena prirodna konvekcija Quartz (Ottawa) sandQuartz (Ottawa) sand
Sferična zrna 600 um – 850 umSferična zrna 600 um – 850 um
Rezultati vrednovanja eksp. Rezultati vrednovanja eksp. metodametoda
7. Ukupni koeficijent prolaza topline7. Ukupni koeficijent prolaza toplineUU-vrijednost [W/m-vrijednost [W/m22K]K]
Serijski vezani otporiSerijski vezani otpori kondukcija, konvekcija i radijacijakondukcija, konvekcija i radijacija
ZAKLJUČAKZAKLJUČAK Metode u ustaljenom stanju (statičke)Metode u ustaljenom stanju (statičke)
Prednost: jednostavni modelPrednost: jednostavni model NedostatakNedostatak
• dugo vrijeme mjerenja, transport vode dugo vrijeme mjerenja, transport vode
Dinamičke metode Dinamičke metode Grijač/temp. osjetilo -> bolja mj. nesig.Grijač/temp. osjetilo -> bolja mj. nesig.
Radijalni ili aksijalni 1D tok toplineRadijalni ili aksijalni 1D tok topline
Metoda vruće žice, ploče, sonde...Metoda vruće žice, ploče, sonde...
ZAKLJUČAKZAKLJUČAK
Uklanjanje sustavnih pogrešaka:Uklanjanje sustavnih pogrešaka: Reprezentativni temperaturni odziv Reprezentativni temperaturni odziv kritični odabir eksperimentalnog postavakritični odabir eksperimentalnog postava
• Dimenzije (uzorka, osjetila,...), Dimenzije (uzorka, osjetila,...), tt, snaga,... , snaga,... približni model vs. realni sustavpribližni model vs. realni sustav
• Neidealnost grijača (Neidealnost grijača (xx, , m, cm, cpp))
• Konačne dimenzije uzorkaKonačne dimenzije uzorka• kontaktni otporkontaktni otpor• stvarna snaga grijača (gubici)stvarna snaga grijača (gubici)
HVALA NA POZORNOSTI!HVALA NA POZORNOSTI!
top related