Совет 1: Как рассчитать теплопроводность

Теплопроводность представляет собой способность материала проводить тепло. Проводимость осуществляется посредством передачи тепловой кинетической энергии между элементарными частицами как внутри самого материала, так и при соприкосновении с другими. Расчет теплопроводности широко применяется в строительстве для разработки специальных материалов, защищающих жилище от холода.
Как рассчитать теплопроводность
Инструкция
1
Определение теплопроводности материалов осуществляется через коэффициент теплопроводности, который представляет собой меру способности пропускать тепловой поток. Чем ниже значение этого показателя, тем выше изоляционные свойства материала. При этом теплопроводность не зависит от плотности.
2
Численно величина теплопроводности равна количеству тепловой энергии, которая проходит через участок материала толщиной 1 м и площадью 1 кв.м за 1 секунду. При этом разность температур на противоположных поверхностях принимается равной 1 Кельвину. Количество теплоты – это энергия, которую приобретает или теряет материал при передаче тепла.
3
Формула теплопроводности выглядит следующим образом:Q = λ*(dT/dx)*S*dτ, где:Q – теплопроводность;λ – коэффициент теплопроводности;(dT/dx) – градиент температуры;S – площадь поперечного сечения.
4
При расчете теплопроводности строительной конструкции ее делят на составляющие и суммируют их теплопроводность. Это позволяет определить меру способности конструкции дома (стены, крыши, окна и пр.) пропускать тепловой поток. Фактически теплопроводность строительной конструкции – это комбинированная теплопроводность ее материалов, включая воздушные промежутки и пленку наружного воздуха.
5
На основе значения теплопроводности конструкции определяется объем теплопотерь через нее. Эта величина получается при умножении теплопроводности на расчетный временной промежуток, общую площадь поверхности, а также на разность температур наружной и внутренней поверхностей конструкции. Например, для стены площадью 10 кв.м с теплопроводностью 0,67 при разности температур 13°, теплопотери за 5 часов составят 0,67*5*10*13 = 435,5 Дж*м.
6
Коэффициенты теплопроводности различных материалов содержатся в таблице теплопроводности, например, для вакуума он равен 0, а для серебра, одного из самых теплопроводимых материалов, 430 Вт/(м*К).
7
При строительстве наряду с теплопроводностью материалов следует учитывать явление конвекции, которое наблюдается в материалах в жидком и газообразном состоянии. Это особенно актуально при разработке системы водяного отопления и аэрации. Для уменьшения теплопотерь в этих случаях устанавливают поперечные перегородки из войлока, шерсти и других изоляционных материалов.
Источники:
  • расчет теплопроводности

Совет 2 : Как измерить теплопроводность металлов

Для определения теплопроводности металлов и сплавов используется стационарный сравнительный метод. На его основе работают приборы, применяемые для измерения коэффициента теплопроводности.
Как измерить теплопроводность металлов
Теплопроводность — один из главных показателей свойств материала, он выражается количеством тепла, проходящим через стенку толщиной 1 м и площадью 1 м2 за один час при разности температур на противоположных поверхностях стенки в 1 градус.

Метод измерения



Схема прибора включает в себя два металлических массивных блока. Пластину исследуемого материала и контактирующий с ней тепломер устанавливают между двумя блоками с одинаковой теплопроводностью, при этом верхний нагревают. После выключения нагревателя между блоками устанавливается тепловой поток, близкий к стационарному. Его измеряют при помощи тепломера.

Если тепловая изоляция блоков, боковых поверхности образца и тепломера идеальна, через них проходит одинаковый тепловой поток. В реальных условиях температура блоков изменяется из-за перетока тепла через образец. Кольцевая прослойка между поверхностями блоков и образцом может быть заполнена воздухом или теплоизоляцией, например, пенопластом или поролоном.

Оценка погрешности измерения теплопроводности проводится с учетом теплообмена образца со средой. Поток рассеяния с боковой поверхности образца может быть определен как алгебраическая сумма потоков к верхней, нижней и торцевой поверхностям кольцевой прослойки.

При определенном соотношении размеров образца и блоков поток рассеяния является следствием несимметричности теплообмена боковой поверхности образца с торцевыми частями кольцевой прослойки. Погрешность измерения при этом не зависит от теплового сопротивления исследуемого материала, она определяется только геометрическими размерами используемого калориметра.

Конструкция прибора для измерения теплопроводности металла



К корпусу прибора, состоящего из двух поперечных рам, присоединяют верхнюю плиту, а а также обшивки из тонкой листовой стали и откидную панель. На верхней плите установлен калориметр, открывающийся при помощи подъемного механизма. Внутри корпуса прибора находится трансформатор с блоком холодных спаев.

Рядом с контактной поверхностью расположена термопара, покрытая эпоксидной смолой. Она выводится сначала вверх по блоку, затем к блоку холодных спаев через полую штангу. В нижнем блоке установлен тепломер, состоящий из контактной медной пластины и рабочего слоя из эпоксидной смолы. В первом блоке находится спиральный нагреватель, выведенный на переднюю колодку на торце.

Соединенные дифференциально термопары предназначены для измерения перепада температуры на исследуемом образце. По высоте они могут перемещаться в пределах нескольких миллиметров. Перед измерением контактные поверхности блоков и образца протирают спиртом или бензином, а затем смазывают тонким слоем масла.
Источники:
  • Приборы и методы для измерения теплофизических свойств веществ, Д.П.Волков, В.А.Кораблев, Ю.П.Заричняк, 2006
Совет полезен?
Поиск
Добавить комментарий к статье
Осталось символов: 500