तापीय चालकता का निर्धारण करने के लिए गर्म तार विधि की विशेषताएं। धातुओं की तापीय चालकता का निर्धारण करने के तरीके। हीट मीटर से लैस डिवाइस का कैलिब्रेशन

जैसी ज़रूरत संघीय कानून 261-FZ "ऊर्जा की बचत पर", रूस में भवन और थर्मल इन्सुलेशन सामग्री की तापीय चालकता की आवश्यकताओं को कड़ा किया गया था। आज, गर्मी इन्सुलेटर के रूप में सामग्री का उपयोग करने का निर्णय लेते समय थर्मल चालकता का माप अनिवार्य बिंदुओं में से एक है।

निर्माण में तापीय चालकता को मापना क्यों आवश्यक है?

भवन और थर्मल इन्सुलेशन सामग्री की तापीय चालकता का नियंत्रण प्रयोगशाला स्थितियों में उनके प्रमाणन और उत्पादन के सभी चरणों में किया जाता है, जब सामग्री विभिन्न कारकों के संपर्क में आती है जो उनके प्रदर्शन गुणों को प्रभावित करते हैं। तापीय चालकता को मापने के लिए कई सामान्य तरीके हैं। कम तापीय चालकता (0.04 - 0.05 W / m * K से नीचे) वाली सामग्रियों के सटीक प्रयोगशाला परीक्षण के लिए, स्थिर ताप प्रवाह विधि का उपयोग करके उपकरणों का उपयोग करने की सिफारिश की जाती है। उनका उपयोग GOST 7076 द्वारा नियंत्रित किया जाता है।

कंपनी "इंटरप्रिबोर" एक तापीय चालकता मीटर प्रदान करती है, जिसकी कीमत बाजार में उपलब्ध लोगों के साथ अनुकूल रूप से तुलना करती है और सभी आधुनिक आवश्यकताओं को पूरा करती है। यह भवन और गर्मी-इन्सुलेट सामग्री के प्रयोगशाला गुणवत्ता नियंत्रण के लिए अभिप्रेत है।

ITS-1 तापीय चालकता मीटर के लाभ

तापीय चालकता मीटर ITS-1 में एक मूल मोनोब्लॉक डिज़ाइन है और इसे निम्नलिखित लाभों की विशेषता है:

• स्वचालित माप चक्र;
• उच्च-सटीक माप पथ, जो रेफ्रिजरेटर और हीटर के तापमान को स्थिर करने की अनुमति देता है;
• के तहत डिवाइस को कैलिब्रेट करने की संभावना ख़ास तरह केजांच की गई सामग्री, जो परिणामों की सटीकता में और सुधार करती है;
• माप प्रदर्शन की प्रक्रिया में परिणाम का मूल्यांकन व्यक्त करें;
• अनुकूलित "गर्म" सुरक्षा क्षेत्र;
• सूचनात्मक चित्रमय प्रदर्शन जो माप परिणामों के नियंत्रण और विश्लेषण को सरल बनाता है।

ITS-1 को एकमात्र बुनियादी संशोधन में आपूर्ति की जाती है, जिसे क्लाइंट के अनुरोध पर, नियंत्रण नमूनों (plexiglass और फोम), थोक सामग्री के लिए एक बॉक्स और डिवाइस के भंडारण और परिवहन के लिए एक सुरक्षात्मक मामले के साथ पूरक किया जा सकता है।

1

आंतरिक दहन इंजन की विशिष्ट शक्ति में वृद्धि के साथ, गर्मी की मात्रा जिसे गर्म घटकों और भागों से हटाया जाना चाहिए, बढ़ जाती है। आधुनिक शीतलन प्रणालियों की दक्षता और गर्मी हस्तांतरण की तीव्रता को बढ़ाने का तरीका लगभग अपनी सीमा तक पहुंच गया है। इस कार्य का उद्देश्य आधार माध्यम (पानी) और नैनोकणों से युक्त दो-चरण प्रणालियों के आधार पर थर्मल पावर उपकरणों की शीतलन प्रणाली के लिए नवीन शीतलक का अध्ययन करना है। 3ω-हॉट-वायर नामक तरल की तापीय चालकता को मापने के तरीकों में से एक पर विचार किया जाता है। बाद के विभिन्न सांद्रता में ग्राफीन ऑक्साइड पर आधारित नैनोफ्लुइड की तापीय चालकता को मापने के परिणाम प्रस्तुत किए जाते हैं। यह पाया गया कि 1.25% ग्राफीन का उपयोग करते समय, नैनोफ्लुइड की तापीय चालकता गुणांक में 70% की वृद्धि हुई।

ऊष्मीय चालकता

तापीय चालकता का गुणांक

ग्राफीन ऑक्साइड

नैनोफ्लुइड

शीतलन प्रणाली

परीक्षण स्टैंड

1. ओसिपोवा वी.ए. गर्मी हस्तांतरण प्रक्रियाओं का प्रायोगिक अध्ययन: पाठ्यपुस्तक। विश्वविद्यालयों के लिए भत्ता। - तीसरा संस्करण।, संशोधित। और अतिरिक्त - एम .: ऊर्जा, 1979. - 320 पी।

2. हीट ट्रांसफर / वी.पी. इसाचेंको, वी.ए. ओसिपोवा, ए.एस. सुकोमेल - एम।: ऊर्जा, 1975. - 488 पी।

3. तांबे के नैनोकणों / जे.ए. युक्त एथिलीन ग्लाइकॉल-आधारित नैनोफ्लुइड्स की प्रभावी तापीय चालकता में वृद्धि हुई है। ईस्टमैन, एस.यू.एस. चोई, एस. ली, डब्ल्यू. यू, एल.जे. थॉम्पसन एप्पल। भौतिक. लेट. 78.718; 2001.

4. 3-ओमेगा तकनीक का उपयोग करते हुए तापीय चालकता माप: पावर हार्वेस्टिंग माइक्रोसिस्टम्स / डेविड डी कोनिन्क के लिए आवेदन; मास्टर ऑफ इंजीनियरिंग की थीसिस, मैकगिल यूनिवर्सिटी, मॉन्ट्रियल, कनाडा, 2008. - 106 पी।

5. तापीय चालकता मापन / डब्ल्यू.ए. वेकहम, एम.जे. सीआरसी प्रेस एलएलसी द्वारा असैल 1999।

ज्ञातव्य है कि ए.टी मौजूदा रुझानआंतरिक दहन इंजनों की विशिष्ट शक्ति में वृद्धि, साथ ही उच्च गति और माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए छोटे आकार, गर्म घटकों और भागों से निकाली जाने वाली गर्मी की मात्रा लगातार बढ़ रही है। गर्मी को दूर करने के लिए विभिन्न ऊष्मा-संचालन तरल पदार्थों का उपयोग सबसे आम में से एक है और प्रभावी तरीके. शीतलन उपकरणों के आधुनिक डिजाइनों की प्रभावशीलता, साथ ही गर्मी हस्तांतरण की तीव्रता को बढ़ाने का सामान्य तरीका लगभग अपनी सीमा तक पहुंच गया है। यह ज्ञात है कि पारंपरिक शीतलक (पानी, तेल, ग्लाइकोल, फ्लोरोकार्बन) में कम तापीय चालकता होती है (तालिका 1), जो कि एक सीमित कारक है आधुनिक डिजाइनशीतलन प्रणाली। उनकी तापीय चालकता को बढ़ाने के लिए, एक बहु-चरण (कम से कम दो-चरण) फैलाव माध्यम बनाना संभव है, जहां आधार तरल की तुलना में काफी अधिक तापीय चालकता वाले कणों द्वारा फैलाव की भूमिका निभाई जाती है। मैक्सवेल ने 1881 में एक बेस हीट-कंडक्टिंग कूलेंट में उच्च तापीय चालकता वाले ठोस जोड़ने का सुझाव दिया।

मिश्रण करने का विचार है धातु सामग्रीजैसे कि चांदी, तांबा, लोहा, और गैर-धातु सामग्री जैसे एल्यूमिना, CuO, SiC और कार्बन ट्यूब, जिनमें कम तापीय चालकता वाले आधार तापीय तरल पदार्थ की तुलना में उच्च तापीय चालकता होती है। प्रारंभ में, माइक्रोन और यहां तक ​​कि मिलीमीटर के आकार के ठोस कण (जैसे चांदी, तांबा, लोहा, कार्बन ट्यूब जिसमें आधार तरल पदार्थ की तुलना में अधिक तापीय चालकता होती है) को घोल बनाने के लिए आधार तरल पदार्थ के साथ मिलाया जाता था। उपयोग किए जाने वाले बड़े कण आकार और नैनोसाइज्ड कणों के उत्पादन में कठिनाई ऐसे निलंबन के उपयोग में सीमित कारक बन गए हैं। इस समस्या को एरिज़ोना नेशनल लेबोरेटरी एस चोई और जे ईस्टमैन के कर्मचारियों के काम से हल किया गया, जिन्होंने नैनोमीटर के आकार के धातु कणों के साथ प्रयोग किए। उन्होंने विभिन्न धातु नैनोकणों और धातु ऑक्साइड नैनोकणों को विभिन्न तरल पदार्थों के साथ जोड़ा और बहुत ही रोचक परिणाम प्राप्त किए। नैनोसंरचित सामग्रियों के इन निलंबनों को "नैनोफ्लुइड्स" कहा गया है।

तालिका एक

नैनोफ्लुइड्स के लिए सामग्री की तापीय चालकता गुणांक की तुलना

अत्यधिक त्वरित गर्मी और बिजली उपकरणों की शीतलन प्रणाली के लिए आधुनिक अभिनव शीतलक विकसित करने के लिए, हमने दो चरण प्रणालियों पर विचार किया जिसमें आधार माध्यम (पानी, एथिलीन ग्लाइकोल, तेल, आदि) और नैनोकणों, यानी। 1 से 100 एनएम के विशिष्ट आकार वाले कण। नैनोफ्लुइड्स की एक महत्वपूर्ण विशेषता यह है कि नैनोकणों की थोड़ी मात्रा के साथ भी, वे तापीय चालकता (कभी-कभी 10 गुना से अधिक) में उल्लेखनीय वृद्धि दिखाते हैं। इसके अलावा, नैनोफ्लुइड की तापीय चालकता में वृद्धि तापमान पर निर्भर करती है - बढ़ते तापमान के साथ, तापीय चालकता गुणांक में वृद्धि बढ़ जाती है।

ऐसे नैनोफ्लुइड्स बनाते समय, जो दो-चरण प्रणाली हैं, तापीय चालकता गुणांक को मापने के लिए एक विश्वसनीय और पर्याप्त सटीक विधि की आवश्यकता होती है।

हमने द्रवों के लिए तापीय चालकता गुणांक को मापने के लिए विभिन्न विधियों पर विचार किया है। विश्लेषण के परिणामस्वरूप, पर्याप्त उच्च सटीकता के साथ नैनोफ्लुइड्स की तापीय चालकता को मापने के लिए "3ω-तार" विधि को चुना गया था।

"3ω-तार" विधि का उपयोग एक साथ सामग्री की तापीय चालकता और तापीय प्रसार को मापने के लिए किया जाता है। यह ताप स्रोत में समय-निर्भर तापमान वृद्धि को मापने पर आधारित है, यानी एक गर्म तार, जिसे परीक्षण के लिए तरल में डुबोया जाता है। धातु के तार एक साथ विद्युत प्रतिरोध हीटर और प्रतिरोध थर्मामीटर के रूप में कार्य करते हैं। धातु के तारों को व्यास में बहुत छोटा (कई दसियों माइक्रोन) बनाया जाता है। तार का तापमान वृद्धि आमतौर पर 10 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच जाती है और संवहन के प्रभाव की उपेक्षा की जा सकती है।

लंबाई का एक धातु का तार L और त्रिज्या r एक तरल में निलंबित एक हीटर और प्रतिरोध थर्मामीटर के रूप में कार्य करता है, जैसा कि अंजीर में दिखाया गया है। एक।

चावल। 1. तरल की तापीय चालकता को मापने के लिए "3ω गर्म तार" विधि की स्थापना की योजना

तापीय चालकता के गुणांक को निर्धारित करने के लिए उपयोग की जाने वाली विधि का सार इस प्रकार है। एक धातु के तार (हीटर) के माध्यम से प्रत्यावर्ती धारा प्रवाहित होती है। एसी विशेषता समीकरण द्वारा दी गई है

जहाँ मैं 0 - प्रत्यावर्ती साइनसोइडल धारा का आयाम है; - वर्तमान आवृत्ति; टी - समय।

तार के माध्यम से प्रत्यावर्ती धारा प्रवाहित होती है, जो हीटर के रूप में कार्य करती है। जूल-लेन्ज़ नियम के अनुसार, चालक से गुजरने पर निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा निर्धारित की जाती है विद्युत प्रवाह:

और एक प्रत्यक्ष वर्तमान स्रोत और एक 2ω संग्राहक ताप स्रोत का एक सुपरपोजिशन है,

जहां आर ई प्रायोगिक परिस्थितियों में धातु के तार का विद्युत प्रतिरोध है, और यह तापमान का एक कार्य है।

जारी की गई थर्मल पावर हीटर में तापमान परिवर्तन उत्पन्न करती है, जो डीसी घटक और एसी घटक 2ω का एक सुपरपोजिशन भी है:

जहां T DC प्रत्यक्ष धारा के प्रभाव में तापमान परिवर्तन का आयाम है; T 2ω - प्रत्यावर्ती धारा के प्रभाव में तापमान परिवर्तन का आयाम; - नमूने के द्रव्यमान को गर्म करके प्रेरित चरण बदलाव।

एक तार का विद्युत प्रतिरोध तापमान पर निर्भर करता है और यह तार के प्रतिरोध में एसी का 2ω घटक है:

जहां सी आरटी - धातु के तार के प्रतिरोध का तापमान गुणांक; आर ई0 - तापमान टी 0 पर हीटर का संदर्भ प्रतिरोध।

आमतौर पर टी 0 थोक नमूने का तापमान होता है।

एक धातु के तार में वोल्टेज के रूप में प्राप्त किया जा सकता है,

(6)

समीकरण (6) में, तार के पार वोल्टेज में शामिल है: तार के डीसी प्रतिरोध के कारण वोल्टेज ड्रॉप 1ω और तार में तापमान वृद्धि के अनुपात में दो नए घटक 3ω और 1ω पर। 3ω तनाव घटक एक एम्पलीफायर के साथ निकाला जा सकता है और फिर तापमान परिवर्तन के आयाम को 2ω पर आउटपुट करने के लिए उपयोग किया जाता है:

तापमान परिवर्तन की आवृत्ति निर्भरता ΔT 2ω एक स्थिर वोल्टेज V 1ω पर प्रत्यावर्ती धारा की आवृत्ति को बदलकर प्राप्त की जाती है। उसी समय, आवृत्ति पर तापमान परिवर्तन ΔT 2ω की निर्भरता का अनुमान लगाया जा सकता है

जहाँ α f - तापीय विसरण का गुणांक; k f - आधार द्रव की तापीय चालकता का गुणांक; एक स्थिरांक है।

धातु के तार में 2ω की आवृत्ति पर तापमान में परिवर्तन आवृत्ति 3ω के वोल्टेज घटक का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है, जैसा कि समीकरण (8) में दिखाया गया है। तरल k f की तापीय चालकता का गुणांक धातु के तार के तापमान परिवर्तन के ढलान 2ω द्वारा आवृत्ति के संबंध में निर्धारित किया जाता है,

(9)

जहां पी लागू शक्ति है; ω - लागू विद्युत प्रवाह की आवृत्ति है; एल धातु के तार की लंबाई है; T 2ω - धातु के तार में 2ω की आवृत्ति पर तापमान परिवर्तन का आयाम।

3ω-तार विधि के कई फायदे हैं पारंपरिक तरीकागर्म तार:

1) तरल के गुणों को स्थिर रखने के लिए परीक्षण तरल में तापमान में उतार-चढ़ाव काफी छोटा हो सकता है (गर्म तार विधि के लिए लगभग 5K की तुलना में 1K से नीचे);

2) पृष्ठभूमि शोर जैसे तापमान परिवर्तन का माप परिणामों पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है।

ये फायदे नैनोफ्लुइड्स की तापीय चालकता की तापमान निर्भरता को मापने के लिए इस पद्धति को आदर्श बनाते हैं।

थर्मल चालकता को मापने के लिए स्थापना में निम्नलिखित घटक शामिल हैं: विंस्टन ब्रिज; संकेतक उत्पादक; स्पेकट्रूम विशेष्यग्य; आस्टसीलस्कप।

विंस्टन ब्रिज एक सर्किट है जिसका उपयोग अज्ञात प्रतिरोध R x की तुलना ज्ञात प्रतिरोध R 0 से करने के लिए किया जाता है। पुल आरेख अंजीर में दिखाया गया है। 2. विंस्टन ब्रिज की चार भुजाएं AB, BC, AD और DS क्रमशः प्रतिरोध Rx, R0, R1 और R2 हैं। एक गैल्वेनोमीटर VD विकर्ण से जुड़ा होता है, और एक शक्ति स्रोत AC विकर्ण से जुड़ा होता है।

यदि आप तदनुसार चर प्रतिरोधों R1 और R2 के मानों को चुनते हैं, तो आप बिंदु B और D: B = D की क्षमता की समानता प्राप्त कर सकते हैं। इस मामले में, वर्तमान गैल्वेनोमीटर के माध्यम से नहीं जाएगा , अर्थात्, I g = 0. इन परिस्थितियों में, ब्रिज संतुलित होगा और आप अज्ञात प्रतिरोध Rx पा सकते हैं। ऐसा करने के लिए, हम शाखित जंजीरों के लिए किरचॉफ नियमों का उपयोग करते हैं। पहले और दूसरे किरचॉफ नियमों को लागू करने पर, हम प्राप्त करते हैं

आर एक्स \u003d आर 0 आर 1 / आर 2।

इस विधि द्वारा R x का निर्धारण करने में सटीकता काफी हद तक प्रतिरोधों R 1 और R 2 की पसंद पर निर्भर करती है। उच्चतम सटीकता R 1 ≈ R 2 पर प्राप्त की जाती है।

सिग्नल जनरेटर 0.01 हर्ट्ज - 2 मेगाहर्ट्ज की उच्च सटीकता (0.01 हर्ट्ज के संकल्प के साथ) की सीमा में विद्युत दोलनों के स्रोत के रूप में कार्य करता है। सिग्नल जनरेटर G3-110 का निशान।

चावल। 2. विंस्टन ब्रिज का आरेख

स्पेक्ट्रम विश्लेषक को स्पेक्ट्रम के 3ω घटक को अलग करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। काम शुरू करने से पहले, तीसरे हार्मोनिक वोल्टेज के अनुपालन के लिए स्पेक्ट्रम विश्लेषक का परीक्षण किया गया था। ऐसा करने के लिए, G3-110 जनरेटर से एक सिग्नल स्पेक्ट्रम विश्लेषक के इनपुट और समानांतर में, एक ब्रॉडबैंड डिजिटल वाल्टमीटर को खिलाया जाता है। एक स्पेक्ट्रम विश्लेषक और एक वाल्टमीटर पर वोल्टेज आयाम के प्रभावी मूल्य की तुलना की गई थी। मूल्यों के बीच विसंगति 2% थी। 10 kHz की आवृत्ति पर, उपकरण के आंतरिक परीक्षण पर स्पेक्ट्रम विश्लेषक को भी अंशांकित किया गया था। वाहक आवृत्ति पर संकेत मान 80 mV था।

ऑसिलोस्कोप C1-114/1 को विद्युत संकेतों के रूप का अध्ययन करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

अध्ययन शुरू करने से पहले, हीटर (तार) को परीक्षण तरल नमूने में रखा जाना चाहिए। तार को बर्तन की दीवारों को नहीं छूना चाहिए। इसके बाद, 100 से 1600 हर्ट्ज की सीमा में एक आवृत्ति स्कैन किया गया। अध्ययन की गई आवृत्ति पर स्पेक्ट्रम विश्लेषक पर, पहले, दूसरे, तीसरे हार्मोनिक्स के सिग्नल का मान स्वचालित मोड में दर्ज किया जाता है।

वर्तमान शक्ति के आयाम को मापने के लिए, सर्किट के साथ श्रृंखला में जुड़े ~ 0.47 के प्रतिरोध के साथ एक रोकनेवाला का उपयोग किया गया था। मान ऐसा होना चाहिए कि यह 1 ओम के क्रम के मापने वाले हाथ के नाममात्र मूल्य से अधिक न हो। एक आस्टसीलस्कप का उपयोग करते हुए, हमने वोल्टेज यू पाया। आर और यू को जानने के बाद, हमने वर्तमान ताकत I 0 का आयाम पाया। लागू शक्ति की गणना करने के लिए, सर्किट में वोल्टेज को मापा जाता है।

सबसे पहले, एक विस्तृत आवृत्ति रेंज की जांच की जाती है। एक संकीर्ण आवृत्ति रेंज निर्धारित की जाती है, जहां ग्राफ की रैखिकता उच्चतम होती है। फिर, चयनित फ़्रीक्वेंसी रेंज में, एक महीन फ़्रीक्वेंसी स्टेप के साथ एक माप किया जाता है।

तालिका में। चित्रा 2 एक नैनोफ्लुइड की तापीय चालकता को मापने के परिणामों को दिखाता है, जो बेस लिक्विड (पानी) में ग्रैफीन ऑक्साइड का 0.35% निलंबन है, तांबे के अछूता तार का उपयोग करके 19 सेमी लंबा, 100 माइक्रोन व्यास, 26 के तापमान पर 780...840 हर्ट्ज की आवृत्ति रेंज के लिए डिग्री सेल्सियस।

अंजीर पर। 3 एक तरल की तापीय चालकता को मापने के लिए स्टैंड का एक सामान्य दृश्य दिखाता है।

तालिका में। चित्रा 3 26 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर एक तरल में इसकी एकाग्रता पर एक ग्राफीन ऑक्साइड निलंबन की तापीय चालकता की निर्भरता को दर्शाता है। नैनोफ्लुइड के तापीय चालकता गुणांक को ग्राफीन ऑक्साइड के विभिन्न सांद्रता में 0 से 1.25% तक मापा गया।

तालिका 2

नैनोफ्लुइड की तापीय चालकता को मापने के परिणाम

आवृति सीमा	परिपत्र आवृत्ति	वर्तमान ताकत	तीसरा हार्मोनिक वोल्टेज आयाम	तापमान परिवर्तन	वृत्ताकार आवृत्ति का लघुगणक	शक्ति	ग्राफ ढलान	तापीय चालकता का गुणांक

चावल। 3. सामान्य फ़ॉर्मएक तरल की तापीय चालकता को मापने के लिए खड़े हो जाओ

तालिका में। 3 मैक्सवेल सूत्र द्वारा निर्धारित तापीय चालकता गुणांक के मूल्यों को भी दर्शाता है।

(10)

जहां k नैनोफ्लुइड की तापीय चालकता है; k f - आधार द्रव की तापीय चालकता का गुणांक; के पी - बिखरे हुए चरण (नैनोकणों) की तापीय चालकता का गुणांक; - फैलाव के प्रत्येक चरण के थोक चरण का मूल्य।

टेबल तीन

ग्राफीन ऑक्साइड निलंबन की तापीय चालकता गुणांक

तापीय चालकता गुणांक k क्स्प / k थ्योरी और k क्स्प / k टैब का अनुपात। पानी अंजीर में दिखाया गया है। चार।

शास्त्रीय मैक्सवेलियन समीकरण द्वारा भविष्यवाणी किए गए प्रयोगात्मक डेटा के ऐसे विचलन, हमारी राय में, नैनोफ्लुइड की तापीय चालकता बढ़ाने के लिए भौतिक तंत्र से जुड़े हो सकते हैं, अर्थात्:

कणों की ब्राउनियन गति के कारण; तरल मिश्रण एक सूक्ष्म-संवहनी प्रभाव पैदा करता है, जिससे गर्मी हस्तांतरण ऊर्जा में वृद्धि होती है;

मुख्य रूप से विलायक (साधारण तरल) की पूरी संरचना में प्रवेश करने वाले नैनोकणों के ढेर के परिणामस्वरूप गठित क्लस्टर चैनलों के साथ अंतःस्रावी तंत्र द्वारा गर्मी हस्तांतरण;

आधार द्रव अणु नैनोकणों के चारों ओर अत्यधिक उन्मुख परतें बनाते हैं, इस प्रकार नैनोकणों के आयतन अंश को बढ़ाते हैं।

चावल। 4. ग्राफीन ऑक्साइड की सांद्रता पर तापीय चालकता गुणांक के अनुपात की निर्भरता

रूसी संघ के शिक्षा और विज्ञान मंत्रालय के वित्तीय समर्थन के साथ वैज्ञानिक उपकरण "सूक्ष्म और नैनोस्ट्रक्चर के निदान" के सामूहिक उपयोग के लिए केंद्र के उपकरणों की भागीदारी के साथ काम किया गया था।

समीक्षक:

एपारखिन ओ.एम., तकनीकी विज्ञान के डॉक्टर, प्रोफेसर, मास्को की यारोस्लाव शाखा के निदेशक स्टेट यूनिवर्सिटीसंचार के साधन", यारोस्लाव;

अमीरोव आई.आई., भौतिक और गणितीय विज्ञान के डॉक्टर, शोधकर्ता, रूसी एकेडमी ऑफ साइंसेज, यारोस्लाव के संघीय राज्य बजटीय संस्थान "भौतिक-तकनीकी संस्थान" की यारोस्लाव शाखा।

28 जुलाई, 2014 को संपादकों द्वारा काम प्राप्त किया गया था।

ग्रंथ सूची लिंक

झारोव ए.वी., सविंस्की एनजी, पावलोव ए.ए., एवडोकिमोव ए.एन. नैनोफ्लुइड्स की तापीय चालकता को मापने के लिए प्रायोगिक विधि // बुनियादी अनुसंधान. - 2014. - नंबर 8-6। - एस. 1345-1350;
यूआरएल: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=34766 (पहुंच की तिथि: 02/01/2020)। हम आपके ध्यान में प्रकाशन गृह "अकादमी ऑफ नेचुरल हिस्ट्री" द्वारा प्रकाशित पत्रिकाओं को लाते हैं

ऊष्मा का संचालन करने के लिए सामग्री और पदार्थों की क्षमता को तापीय चालकता (X) कहा जाता है और इसे 1 के क्षेत्र के साथ एक दीवार से गुजरने वाली गर्मी की मात्रा से व्यक्त किया जाता है। एम 2, 1 डिग्री की दीवार की विपरीत सतहों पर तापमान अंतर के साथ 1 घंटे के लिए 1 मीटर मोटी। तापीय चालकता के लिए माप की इकाई W/(m-K) या W/(m-°C) है।

सामग्री की तापीय चालकता निर्धारित की जाती है

कहाँ पे क्यू- गर्मी की मात्रा (ऊर्जा), डब्ल्यू; एफ- सामग्री का पार-अनुभागीय क्षेत्र (नमूना), गर्मी प्रवाह की दिशा के लंबवत, एम 2; नमूने के विपरीत सतहों पर तापमान अंतर है, K या °C; बी - नमूना मोटाई, एम।

थर्मल चालकता थर्मल इन्सुलेशन सामग्री के गुणों के मुख्य संकेतकों में से एक है। यह संकेतक कई कारकों पर निर्भर करता है: सामग्री की कुल सरंध्रता, छिद्रों का आकार और आकार, ठोस चरण का प्रकार, छिद्रों को भरने वाली गैस का प्रकार, तापमान आदि।

सबसे सार्वभौमिक रूप में इन कारकों पर तापीय चालकता की निर्भरता लीब समीकरण द्वारा व्यक्त की जाती है:

_______ s ______ - і

जहां Kp सामग्री की तापीय चालकता है; Xs - सामग्री के ठोस चरण की तापीय चालकता; रुपये- गर्मी प्रवाह के लंबवत खंड में स्थित छिद्रों की संख्या; अनुकरणीय- गर्मी प्रवाह के समानांतर खंड में स्थित छिद्रों की संख्या; बी - रेडियल स्थिरांक; - चमक; v एक ज्यामितीय कारक है जो प्रभावित करता है। छिद्रों के अंदर विकिरण; टीटी- औसत पूर्ण तापमान; डी- औसत छिद्र व्यास।

एक विशेष गर्मी-इन्सुलेट सामग्री की तापीय चालकता का ज्ञान आपको इसके गर्मी-इन्सुलेट गुणों का सही आकलन करने और निर्दिष्ट शर्तों के अनुसार इस सामग्री से गर्मी-इन्सुलेट संरचना की मोटाई की गणना करने की अनुमति देता है।

वर्तमान में, स्थिर और गैर-स्थिर ताप प्रवाहों के मापन के आधार पर सामग्रियों की तापीय चालकता का निर्धारण करने के लिए कई विधियाँ हैं।

विधियों का पहला समूह एक विस्तृत तापमान रेंज (20 से 700 डिग्री सेल्सियस तक) में माप करना और अधिक प्राप्त करना संभव बनाता है सटीक परिणाम. स्थिर ताप प्रवाह को मापने के तरीकों का नुकसान प्रयोग की लंबी अवधि है, जिसे घंटों में मापा जाता है।

विधियों का दूसरा समूह प्रयोग करना संभव बनाता है मेंकई मिनट के लिए (तक 1 एच), लेकिन केवल अपेक्षाकृत कम तापमान पर सामग्री की तापीय चालकता का निर्धारण करने के लिए उपयुक्त है।

इस विधि द्वारा निर्माण सामग्री की तापीय चालकता का मापन अंजीर में दिखाए गए उपकरण का उपयोग करके किया जाता है। 22. उसी समय, निम्न-जड़त्व की सहायता से गर्मी मीटर का उत्पादन किया जाता हैपरीक्षण की जा रही सामग्री से गुजरने वाले एक स्थिर ताप प्रवाह का मापन।

डिवाइस में एक फ्लैट इलेक्ट्रिक हीटर 7 और एक तेज़-अभिनय ताप मीटर होता है 9, रेफ्रिजरेटर की सतह से 2 मिमी की दूरी पर स्थापित 10, जिसके माध्यम से पानी एक स्थिर तापमान पर लगातार बहता रहता है। थर्मोकपल को हीटर और हीट मीटर की सतहों पर रखा जाता है 1,2,4 और 5. उपकरण को धातु के मामले में रखा गया है। 6, इन्सुलेट सामग्री से भरा हुआ। नमूना तंग फिट 8 हीट मीटर और हीटर को क्लैम्पिंग डिवाइस द्वारा प्रदान किया जाता है। हीटर, गर्मी मीटरऔर रेफ्रिजरेटर 250 मिमी के व्यास के साथ एक डिस्क के रूप में हैं।

नमूना के माध्यम से हीटर से गर्मी का प्रवाह और तेज गर्मी मीटर को कूलर में स्थानांतरित कर दिया जाता है। ऊष्मा प्रवाह की मात्रा से गुजरती है मध्य भागनमूना एक ताप मीटर द्वारा मापा जाता है, जो एक पैरानाइट डिस्क पर थर्मोपाइल है, यागर्मी - एक पुनरुत्पादक तत्व के साथ माप, जिसमें एक फ्लैट इलेक्ट्रिक हीटर लगाया जाता है।

डिवाइस नमूना की गर्म सतह पर 25 से 700 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर थर्मल चालकता को माप सकता है।

डिवाइस किट में शामिल हैं: थर्मोस्टेट प्रकार RO-1, पोटेंशियोमीटर प्रकार KP-59, प्रयोगशाला ऑटोट्रांसफ़ॉर्मर प्रकार RNO-250-2, थर्मोकपल स्विच MGP, थर्मोस्टेट TS-16, 5 A तक का तकनीकी वैकल्पिक चालू एमीटर और थर्मस।

परीक्षण की जाने वाली सामग्री के नमूनों में 250 मिमी के व्यास के साथ एक वृत्त का आकार होना चाहिए। नमूनों की मोटाई 50 से अधिक और 10 मिमी से कम नहीं होनी चाहिए। नमूनों की मोटाई को निकटतम 0.1 मिमी तक मापा जाता है और चार मापों के अंकगणितीय माध्य के रूप में निर्धारित किया जाता है। नमूनों की सतह समतल और समानांतर होनी चाहिए।

रेशेदार, ढीले, मुलायम और अर्ध-कठोर गर्मी-इन्सुलेट सामग्री का परीक्षण करते समय, चयनित नमूनों को क्लिप में 250 मिमी के व्यास और 30-40 मिमी की ऊंचाई के साथ एस्बेस्टस कार्डबोर्ड 3-4 मिमी मोटी से बना दिया जाता है।

विशिष्ट भार के तहत लिए गए नमूने का घनत्व पूरे आयतन में एक समान होना चाहिए और परीक्षण की जा रही सामग्री के औसत घनत्व के अनुरूप होना चाहिए।

परीक्षण से पहले नमूनों को 105-110 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर निरंतर वजन तक सुखाया जाना चाहिए।

परीक्षण के लिए तैयार किए गए नमूने को हीट मीटर पर रखा जाता है और हीटर से दबाया जाता है। फिर डिवाइस के हीटर के थर्मोस्टेट को पूर्व निर्धारित तापमान पर सेट करें और नेटवर्क में हीटर चालू करें। स्थिर मोड स्थापित होने के बाद, जिसमें गर्मी मीटर रीडिंग 30 मिनट तक स्थिर रहेगी, थर्मोकपल रीडिंग को पोटेंशियोमीटर स्केल पर नोट किया जाता है।

एक पुनरुत्पादक तत्व के साथ एक तेज़-प्रतिक्रिया वाले ताप मीटर का उपयोग करते समय, गर्मी मीटर रीडिंग को शून्य-गैल्वेनोमीटर में स्थानांतरित कर दिया जाता है और रिओस्टेट और मिलीमीटर के माध्यम से करंट को मुआवजे के लिए चालू किया जाता है, जबकि शून्य-गैल्वेनोमीटर सुई की स्थिति को प्राप्त करते हुए 0, जिसके बाद रीडिंग को इंस्ट्रूमेंट स्केल पर mA में रिकॉर्ड किया जाता है।

एक पुनरुत्पादक तत्व के साथ तेजी से प्रतिक्रिया वाले ताप मीटर के साथ गर्मी की मात्रा को मापते समय, सामग्री की तापीय चालकता की गणना सूत्र के अनुसार की जाती है

जहाँ b नमूना मोटाई है, एम; टी - नमूने की गर्म सतह का तापमान, डिग्री सेल्सियस; - नमूने की ठंडी सतह का तापमान, डिग्री सेल्सियस; क्यू- नमूने के माध्यम से इसकी सतह के लंबवत दिशा में गुजरने वाली गर्मी की मात्रा, W /एम2.

जहां आर ताप मीटर हीटर का निरंतर प्रतिरोध है, ओम; / - वर्तमान ताकत, ए; एफ- ताप मीटर क्षेत्र, एम 2।

एक स्नातक की उपाधि प्राप्त तेज-प्रतिक्रिया वाले ताप मीटर के साथ गर्मी (क्यू) की मात्रा को मापते समय, गणना सूत्र के अनुसार की जाती है क्यू= ऐ(डब्ल्यू/एम2), जहां इ- इलेक्ट्रोमोटिव बल (ईएमएफ), एमवी; ए गर्मी मीटर के लिए अंशांकन प्रमाण पत्र में इंगित डिवाइस का स्थिरांक है।

नमूना सतहों का तापमान 0.1 C (स्थिर अवस्था मानकर) की सटीकता के साथ मापा जाता है। गर्मी प्रवाह की गणना 1 डब्ल्यू / एम 2 की सटीकता के साथ की जाती है, और तापीय चालकता 0.001 डब्ल्यू / (एम - डिग्री सेल्सियस) तक होती है।

इस उपकरण पर काम करते समय, यूएसएसआर के मंत्रिपरिषद के तहत मानक, माप और माप उपकरणों की समिति के मेट्रोलॉजी और प्रयोगशालाओं के अनुसंधान संस्थानों द्वारा प्रदान किए गए मानक नमूनों का परीक्षण करके समय-समय पर इसकी जांच करना आवश्यक है।

प्रयोग करने और डेटा प्राप्त करने के बाद, एक सामग्री परीक्षण प्रमाण पत्र तैयार किया जाता है, जिसमें निम्नलिखित डेटा होना चाहिए: परीक्षण करने वाली प्रयोगशाला का नाम और पता; परीक्षण की तारीख; सामग्री का नाम और विशेषताएं; शुष्क अवस्था में सामग्री का औसत घनत्व; परीक्षण के दौरान नमूने का औसत तापमान; उस तापमान पर सामग्री की तापीय चालकता।

दो-प्लेट विधि ऊपर चर्चा की गई तुलना में अधिक विश्वसनीय परिणाम प्राप्त करना संभव बनाती है, क्योंकि दो जुड़वां नमूनों का एक साथ परीक्षण किया जाता है और इसके अलावा, थर्मल धारा गुजर रही हैनमूनों की दो दिशाएँ होती हैं: एक नमूने के माध्यम से यह नीचे से ऊपर की ओर जाता है, और दूसरे के माध्यम से - ऊपर से नीचे तक। यह परिस्थिति बड़े पैमाने पर परीक्षण के परिणामों के औसत में योगदान करती है और प्रयोगात्मक शर्तों को सामग्री की वास्तविक सेवा शर्तों के करीब लाती है।

स्थिर मोड विधि द्वारा सामग्री की तापीय चालकता का निर्धारण करने के लिए दो-प्लेट डिवाइस का एक योजनाबद्ध आरेख अंजीर में दिखाया गया है। 23.

डिवाइस में एक केंद्रीय हीटर 1, एक सुरक्षा हीटर होता है 2, कूलिंग डिस्क 6, कौन-सा-

साथ ही सामग्री के नमूने दबाएं 4 हीटर के लिए, बैकफ़िल को इन्सुलेट करना 3, थर्मोकपल 5 और आवरण 7.

उपकरण किट में निम्नलिखित नियंत्रण और माप उपकरण शामिल हैं। वोल्टेज स्टेबलाइजर (सीएच),ऑटोट्रांसफॉर्मर (टी),वाटमीटर (वू), एमीटर (ए), सुरक्षा हीटर तापमान नियंत्रक (पी), थर्मोकपल स्विच (आई), गैल्वेनोमीटर या तापमान पोटेंशियोमीटर (जी)और बर्फ के साथ एक बर्तन (सी)।

परीक्षण किए गए नमूनों की परिधि के पास समान सीमा की स्थिति सुनिश्चित करने के लिए, हीटर का आकार डिस्क के रूप में लिया गया था। गणना में आसानी के लिए, मुख्य (काम करने वाले) हीटर का व्यास 112.5 मिमी माना जाता है, जो 0.01 एम 2 के क्षेत्र से मेल खाता है।

तापीय चालकता के लिए सामग्री का परीक्षण निम्नानुसार किया जाता है।

परीक्षण के लिए चुनी गई सामग्री से, दो जुड़वां नमूने डिस्क के रूप में गार्ड रिंग (250 मिमी) के व्यास के बराबर व्यास के साथ बनाए जाते हैं। नमूनों की मोटाई समान होनी चाहिए और 10 से 50 मिमी की सीमा में होनी चाहिए। नमूना सतहों को बिना खरोंच या डेंट के सपाट और समानांतर होना चाहिए।

रेशेदार और थोक सामग्री का परीक्षण एस्बेस्टस कार्डबोर्ड से बने विशेष धारकों में किया जाता है।

परीक्षण से पहले, नमूनों को लगातार वजन तक सुखाया जाता है और उनकी मोटाई को निकटतम 0.1 मिमी तक मापा जाता है।

नमूने इलेक्ट्रिक हीटर के दोनों किनारों पर रखे जाते हैं और इसके खिलाफ कूलिंग डिस्क से दबाए जाते हैं। फिर वोल्टेज रेगुलेटर (latr) को उस स्थिति पर सेट करें जिस पर इलेक्ट्रिक हीटर का निर्दिष्ट तापमान प्रदान किया जाता है। कूलिंग डिस्क में पानी के संचलन को चालू करें और, गैल्वेनोमीटर द्वारा देखे गए एक स्थिर अवस्था में पहुंचने के बाद, नमूनों की गर्म और ठंडी सतहों पर तापमान को मापें, जिसके लिए वे उपयुक्त थर्मोकपल और एक गैल्वेनोमीटर या पोटेंशियोमीटर का उपयोग करते हैं। उसी समय, बिजली की खपत को मापा जाता है। उसके बाद, इलेक्ट्रिक हीटर बंद कर दिया जाता है, और 2-3 घंटों के बाद कूलिंग डिस्क को पानी की आपूर्ति बंद कर दी जाती है।

सामग्री की तापीय चालकता, डब्ल्यू / (एम-डिग्री सेल्सियस),

कहाँ पे वू- बिजली की खपत, डब्ल्यू; बी - नमूना मोटाई, मी; एफ- इलेक्ट्रिक हीटर की एक सतह का क्षेत्रफल, m2;। टी नमूने की गर्म सतह पर तापमान है, डिग्री सेल्सियस; 2- नमूने की ठंडी सतह पर तापमान, डिग्री सेल्सियस।

तापीय चालकता के निर्धारण के लिए अंतिम परिणाम नमूनों के औसत तापमान को संदर्भित करते हैं
कहाँ पे टी - नमूने की गर्म सतह पर तापमान (दो नमूनों का औसत), डिग्री सेल्सियस; टी 2 - नमूनों की ठंडी सतह पर तापमान (दो नमूनों का औसत), डिग्री सेल्सियस।

पाइप विधि। एक घुमावदार सतह (गोले, सिलेंडर, खंड) के साथ गर्मी-इन्सुलेट उत्पादों की तापीय चालकता निर्धारित करने के लिए, एक स्थापना का उपयोग किया जाता है, सर्किट आरेखजिस पर दिखाया गया है

चावल। 24. यह स्थापना एक स्टील पाइप है जिसका व्यास 100-150 मिमी और लंबाई कम से कम 2.5 मीटर है। आग रोक सामग्रीएक हीटिंग तत्व लगाया गया था, जिसे पाइप की लंबाई के साथ तीन स्वतंत्र वर्गों में विभाजित किया गया है: केंद्रीय (काम करने वाला) एक, जो पाइप की लंबाई का लगभग 1/3 भाग लेता है, और साइड वाले, जो गर्मी के रिसाव को खत्म करने का काम करते हैं डिवाइस के सिरों (पाइप)।

कमरे के फर्श, दीवारों और छत से 1.5-2 मीटर की दूरी पर हैंगर या स्टैंड पर पाइप स्थापित किया गया है।

पाइप का तापमान और परीक्षण सामग्री की सतह को थर्मोकपल से मापा जाता है। परीक्षण के दौरान, काम करने वाले और सुरक्षा वर्गों के बीच तापमान के अंतर को खत्म करने के लिए सुरक्षा वर्गों द्वारा खपत बिजली की शक्ति को विनियमित करना आवश्यक है।
एम आई परीक्षण स्थिर-राज्य थर्मल परिस्थितियों में किए जाते हैं, जिसमें पाइप सतहों पर तापमान और रोधक सामग्री 30 मिनट के लिए स्थिर।

काम करने वाले हीटर की बिजली की खपत को वाटमीटर और अलग-अलग वोल्टमीटर और एमीटर दोनों से मापा जा सकता है।

सामग्री की तापीय चालकता, डब्ल्यू / (एम ■ डिग्री सेल्सियस),

एक्स-_____ डी

कहाँ पे डी - घेरे के बाहरपरीक्षण किए गए उत्पाद का, मी; डी - परीक्षण सामग्री का आंतरिक व्यास, मी; - पाइप की सतह पर तापमान, डिग्री सेल्सियस; टी 2 - परीक्षण किए गए उत्पाद की बाहरी सतह पर तापमान, डिग्री सेल्सियस; मैं - हीटर के कार्य खंड की लंबाई, मी।

तापीय चालकता के अलावा, यह उपकरण एक या किसी अन्य गर्मी-इन्सुलेट सामग्री से बने गर्मी-इन्सुलेट संरचना में गर्मी प्रवाह की मात्रा को माप सकता है। गर्मी प्रवाह (डब्ल्यू / एम 2)

गैर-स्थिर ताप प्रवाह (गतिशील माप के तरीके) के तरीकों के आधार पर तापीय चालकता का निर्धारण। तरीके आधारित पर गैर-स्थिर ताप प्रवाह (गतिशील माप के तरीके) का मापन, हाल ही में थर्मोफिजिकल मात्रा निर्धारित करने के लिए तेजी से उपयोग किया गया है। इन विधियों का लाभ न केवल प्रयोगों की तुलनात्मक गति है, बल्कि तथाएक प्रयोग में अधिक मात्रा में जानकारी प्राप्त हुई। यहां, नियंत्रित प्रक्रिया के अन्य मापदंडों में एक और पैरामीटर जोड़ा जाता है - समय। इसके कारण, केवल गतिशील विधियां एक प्रयोग के परिणामों से, तापीय चालकता, ताप क्षमता, तापीय प्रसार, शीतलन (हीटिंग) दर जैसी सामग्रियों की थर्मोफिजिकल विशेषताओं को प्राप्त करना संभव बनाती हैं।

वर्तमान में है एक बड़ी संख्या कीगतिशील तापमान और गर्मी प्रवाह को मापने के लिए तरीके और उपकरण। हालाँकि, उन सभी की आवश्यकता है ज़्ना
एनआईए विशिष्ट शर्तेंऔर प्राप्त परिणामों में सुधार की शुरूआत, क्योंकि थर्मल मात्रा को मापने की प्रक्रिया उनकी महत्वपूर्ण जड़ता द्वारा एक अलग प्रकृति (यांत्रिक, ऑप्टिकल, विद्युत, ध्वनिक, आदि) की मात्रा के माप से भिन्न होती है।

इसलिए, स्थिर ताप प्रवाह की माप पर आधारित विधियां माप परिणामों और मापी गई तापीय मात्राओं के वास्तविक मूल्यों के बीच बहुत अधिक पहचान द्वारा विचाराधीन विधियों से भिन्न होती हैं।

गतिशील माप विधियों में सुधार तीन दिशाओं में होता है। सबसे पहले, यह त्रुटियों का विश्लेषण करने और माप परिणामों में सुधार शुरू करने के तरीकों का विकास है। दूसरे, गतिशील त्रुटियों की भरपाई के लिए स्वचालित सुधारात्मक उपकरणों का विकास।

आइए हम अस्थिर गर्मी प्रवाह की माप के आधार पर यूएसएसआर में दो सबसे आम तरीकों पर विचार करें।

1. एक बायिकलोमीटर के साथ नियमित थर्मल शासन की विधि। इस विधि को लागू करते समय, कोई उपयोग कर सकता है अलग - अलग प्रकारबाइलोरिमीटर डिजाइन। उनमें से एक पर विचार करें - एक छोटे आकार का फ्लैट बाइकलोरी - MPB-64-1 प्रकार का एक मीटर (चित्र 25), जिसे डिज़ाइन किया गया है
कमरे के तापमान पर अर्ध-कठोर, रेशेदार और ढीली गर्मी-इन्सुलेट सामग्री की तापीय चालकता निर्धारित करने के लिए।

MPB-64-1 डिवाइस एक बेलनाकार वियोज्य शेल (बॉडी) है जिसका आंतरिक व्यास 105 मिमी है, मेंजिसके केंद्र में बिल्ट-इन के साथ एक कोर मेंयह एक हीटर और अंतर थर्मोकपल की बैटरी के साथ है। डिवाइस D16T ग्रेड ड्यूरालुमिन से बना है।

बाइलोरिमीटर के डिफरेंशियल थर्मोकपल का थर्मोपाइल कॉपर-कॉपल थर्मोकपल से लैस होता है, जिसका इलेक्ट्रोड व्यास 0.2 मिमी होता है। थर्मोपाइल के घुमावों के सिरों को बीएफ -2 गोंद के साथ लगाए गए शीसे रेशा रिंग की पीतल की पंखुड़ियों पर और फिर तारों के माध्यम से प्लग तक लाया जाता है। ताप तत्व से बना है 0.1 मिमी व्यास के साथ निक्रोम तार, बीएफ -2 गोंद के साथ लगाए गए एक गोल प्लेट पर सिलवाया गया कांचकपड़े। हीटिंग तत्व के तार के सिरों, साथ ही थर्मोपाइल के तार के सिरों को रिंग की पीतल की पंखुड़ियों और आगे, प्लग के माध्यम से, शक्ति स्रोत तक लाया जाता है। हीटिंग तत्व को 127 वी एसी द्वारा संचालित किया जा सकता है।

डिवाइस बॉडी और कवर्स के बीच वैक्यूम रबर से बनी सील के साथ-साथ हैंडल, बॉस और बॉडी के बीच स्टफिंग बॉक्स (हेम्प-रेड लेड) की वजह से एयरटाइट है।

थर्मोकपल, हीटर और उनके लीड को केस से अच्छी तरह से इंसुलेटेड होना चाहिए।

परीक्षण नमूनों के आयाम व्यास में अधिक नहीं होंगे 104 मिमी और मोटाई-16 मिमी। उपकरण पर एक साथ दो जुड़वां नमूनों का परीक्षण किया जाता है।

डिवाइस का संचालन निम्नलिखित सिद्धांत पर आधारित है।

तापमान पर गर्म किए गए ठोस शरीर को ठंडा करने की प्रक्रिया टी° और तापमान वाले वातावरण में रखा जाता है ©<Ґ при весьма большой теплопередаче (а) от телаप्रतिपर्यावरण ("->-00) और इस वातावरण के एक स्थिर तापमान (0 = स्थिरांक) पर, तीन चरणों में बांटा गया है।

1. तापमान वितरण मेंशरीर शुरू में यादृच्छिक है, यानी, एक अव्यवस्थित थर्मल शासन है।

2. समय के साथ, शीतलन का आदेश दिया जाता है, अर्थात, एक नियमित शासन स्थापित होता है, जिस पर
रम, शरीर के प्रत्येक बिंदु पर तापमान में परिवर्तन एक घातीय कानून का पालन करता है:

क्यू - एयू.-"1

जहां © - बुखारशरीर में किसी बिंदु पर; यू - बिंदु निर्देशांक के कुछ कार्य; ई-बेस प्राकृतिक लघुगणक; टी शरीर के ठंडा होने की शुरुआत से समय है; टी - शीतलन दर; ए डिवाइस स्थिरांक है, जो प्रारंभिक स्थितियों पर निर्भर करता है।

3. एक नियमित शासन के बाद, शीतलन को पर्यावरण के साथ शरीर के थर्मल संतुलन की शुरुआत की विशेषता है।

अभिव्यक्ति के विभेदन के बाद शीतलन दर t

द्वारा टीनिर्देशांक में मेंपर-टीइस प्रकार व्यक्त किया जाता है:

कहाँ पे लेकिन तथा पर - साधन स्थिरांक; से परीक्षण सामग्री की कुल गर्मी क्षमता है, सामग्री की विशिष्ट गर्मी क्षमता और उसके द्रव्यमान के उत्पाद के बराबर है, जे/(किलो-डिग्री सेल्सियस); टी शीतलन दर, 1/एच है।

परीक्षण निम्नानुसार किया जाता है। नमूने को उपकरण में रखने के बाद, उपकरण के कवर को एक नुकीले नट के साथ शरीर के खिलाफ कसकर दबाया जाता है। डिवाइस को स्टिरर के साथ थर्मोस्टेट में उतारा जाता है, उदाहरण के लिए, कमरे के तापमान पर पानी से भरे थर्मोस्टेट TS-16 में, फिर डिफरेंशियल थर्मोकपल का थर्मोपाइल गैल्वेनोमीटर से जुड़ा होता है। डिवाइस को थर्मोस्टेट में तब तक रखा जाता है जब तक कि परीक्षण की जा रही सामग्री के नमूनों की बाहरी और आंतरिक सतहों का तापमान बराबर न हो जाए, जिसे गैल्वेनोमीटर के रीडिंग द्वारा रिकॉर्ड किया जाता है। उसके बाद, कोर हीटर चालू होता है। कोर को थर्मोस्टेट में पानी के तापमान से 30-40 डिग्री से अधिक तापमान पर गर्म किया जाता है, और फिर हीटर बंद कर दिया जाता है। जब गैल्वेनोमीटर सुई पैमाने की सीमा पर वापस आती है, तो समय के साथ घटती गैल्वेनोमीटर रीडिंग दर्ज की जाती है। कुल 8-10 अंक दर्ज किए गए हैं।

1n0-t निर्देशांक प्रणाली में, एक ग्राफ बनाया जाता है, जो कुछ बिंदुओं पर भुज और निर्देशांक अक्षों को पार करते हुए एक सीधी रेखा की तरह दिखना चाहिए। फिर, परिणामी सीधी रेखा के ढलान की स्पर्शरेखा की गणना की जाती है, जो सामग्री शीतलन दर के मूल्य को व्यक्त करती है:

__ 6t . में - में O2 __ 6 02

टीआईबी- - जे

T2 - Tj 12 - El

जहाँ Bi और 02 समय Ti और T2 के संगत निर्देशांक हैं।

प्रयोग फिर से दोहराया जाता है और शीतलन की दर एक बार फिर से निर्धारित की जाती है। यदि पहले और दूसरे प्रयोगों में गणना की गई शीतलन दर के मूल्यों के बीच विसंगति 5% से कम है, तो ये दो प्रयोग सीमित हैं। शीतलन दर का औसत मूल्य दो प्रयोगों के परिणामों द्वारा निर्धारित किया जाता है और सामग्री की तापीय चालकता के मूल्य की गणना की जाती है, W / (m * ° C)

एक्स \u003d (ए + आरसीपी) / यू।

उदाहरण। परीक्षण की गई सामग्री एक फेनोलिक बाइंडर पर एक खनिज ऊन की चटाई थी जिसका औसत शुष्क घनत्व 80 किग्रा / मी 3 था।

1. उपकरण में रखी सामग्री के वजन की गणना करें,

जहां आरपी उपकरण के एक बेलनाकार कंटेनर में रखी गई सामग्री का एक नमूना है, किग्रा; वीएन - डिवाइस के एक बेलनाकार कंटेनर की मात्रा, 140 सेमी 3 के बराबर; rsr सामग्री का औसत घनत्व है, g/cm3.

2. हम परिभाषित करते हैंकाम बीसीवाईपी , कहाँ पे पर - यंत्र स्थिरांक 0.324 के बराबर; से - विशिष्ट ऊष्मा 0.8237 kJ / (kg-K) के बराबर सामग्री। फिर WSUR= =0,324 0,8237 0,0224 = 0,00598.

3। परिणाम का अवलोकनसमय पर डिवाइस में नमूनों को ठंडा करना तालिका में दर्ज किया गया है। 2.

शीतलन दर t और t2 के मूल्यों में विसंगतियां 5% से कम हैं, इसलिए दोहराए गए प्रयोगों को छोड़ा जा सकता है।

4. औसत शीतलन दर की गणना करें

टी \u003d (2.41 + 2.104) / 2 \u003d 2.072।

सभी आवश्यक मूल्यों को जानने के बाद, हम तापीय चालकता की गणना करते हैं

(0.0169+0.00598) 2.072=0.047 डब्ल्यू/(एम-के)

या डब्ल्यू/(एम-डिग्री सेल्सियस)।

इस मामले में, नमूनों का औसत तापमान 303 के या 30 डिग्री सेल्सियस था। सूत्र में, 0.0169-एल (उपकरण स्थिरांक) ।

2. जांच विधि।गर्मी कंडक्टर का निर्धारण करने के लिए जांच विधि की कई किस्में हैं।
गर्मी-इन्सुलेट सामग्री के गुण जो उपयोग किए गए उपकरणों और जांच को गर्म करने के सिद्धांतों में एक दूसरे से भिन्न होते हैं। आइए इन विधियों में से एक पर विचार करें - इलेक्ट्रिक हीटर के बिना बेलनाकार जांच की विधि।

यह विधि इस प्रकार है। 5-6 मिमी (चित्र 26) के व्यास के साथ एक धातु की छड़ और लगभग 100 मिमी की लंबाई को गर्म गर्मी-इन्सुलेट सामग्री की मोटाई में डाला जाता है और एक रॉड की मदद से अंदर रखा जाता है

थर्मोकपल तापमान का निर्धारण करते हैं। तापमान दो चरणों में निर्धारित किया जाता है: प्रयोग की शुरुआत में (फिलहाल जांच गर्म होती है) और अंत में, जब एक संतुलन स्थिति होती है और जांच का तापमान बढ़ना बंद हो जाता है। इन दोनों गणनाओं के बीच का समय स्टॉपवॉच से मापा जाता है। एच सामग्री की तापीय चालकता, मंगल/(एम डिग्री सेल्सियस), , आर2सीवी

कहाँ पे आर- रॉड त्रिज्या, एम; से- उस सामग्री की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता जिससे छड़ बनाई जाती है, kJ / (kgX XK); रॉड का वी-वॉल्यूम, एम 3; टी तापमान रीडिंग के बीच का समय अंतराल है, एच; टीएक्स और यू - पहली और दूसरी रीडिंग, के या डिग्री सेल्सियस के समय तापमान मान।

यह विधि बहुत सरल है और आपको प्रयोगशाला और उत्पादन स्थितियों में सामग्री की तापीय चालकता को जल्दी से निर्धारित करने की अनुमति देती है। हालांकि, यह केवल इस सूचक के मोटे अनुमान के लिए उपयुक्त है।

उनकी तापीय गति के दौरान। तरल और ठोस में - डाइलेक्ट्रिक्स - पदार्थ के पड़ोसी कणों को अणुओं और परमाणुओं की तापीय गति के प्रत्यक्ष हस्तांतरण द्वारा गर्मी हस्तांतरण किया जाता है। गैसीय पिंडों में, तापीय चालकता द्वारा ऊष्मा का प्रसार अणुओं के टकराने के दौरान ऊर्जा के आदान-प्रदान के कारण होता है अलग गतिथर्मल आंदोलन। धातुओं में, तापीय चालकता मुख्य रूप से मुक्त इलेक्ट्रॉनों की गति के कारण होती है।

मुख्य तापीय चालकता पाश में श्रृंखला शामिल है गणितीय अवधारणाएं, जिनकी परिभाषाओं को याद करना और समझाना उचित है।

तापमान क्षेत्र- ये शरीर के सभी बिंदुओं में तापमान मूल्यों के सेट हैं इस पलसमय। गणितीय रूप से, इसे के रूप में वर्णित किया गया है टी = एफ(एक्स, वाई, जेड, टी) अंतर करना स्थिर तापमानक्षेत्र जब शरीर के सभी बिंदुओं पर तापमान समय पर निर्भर नहीं करता है (समय के साथ नहीं बदलता है), और गैर-स्थिर तापमान क्षेत्र. इसके अलावा, यदि तापमान केवल एक या दो स्थानिक निर्देशांक के साथ बदलता है, तो तापमान क्षेत्र को क्रमशः एक या दो-आयामी कहा जाता है।

इज़ोटेर्मल सतहसमान तापमान वाले बिंदुओं का स्थान है।

तापमान प्रवणता — ग्रेड टूइज़ोटेर्मल सतह के लिए सामान्य के साथ निर्देशित एक वेक्टर है और संख्यात्मक रूप से इस दिशा में तापमान के व्युत्पन्न के बराबर है।

ऊष्मा चालन के मूल नियम के अनुसार - नियम फूरियर(1822), तापीय चालकता द्वारा प्रेषित ऊष्मा प्रवाह घनत्व वेक्टर तापमान प्रवणता के समानुपाती होता है:

क्यू = - λ ग्रेड टू, (3)

कहाँ पे λ - पदार्थ की तापीय चालकता का गुणांक; इसकी माप की इकाई मंगल/(एम के).

समीकरण (3) में ऋण चिह्न इंगित करता है कि वेक्टर क्यूवेक्टर के विपरीत निर्देशित ग्रेड टू, अर्थात। न्यूनतम तापमान की ओर।

ऊष्मा का बहाव क्यूएक मनमाने ढंग से उन्मुख प्राथमिक क्षेत्र के माध्यम से डीएफवेक्टर के अदिश उत्पाद के बराबर है क्यूप्राथमिक क्षेत्र वेक्टर के लिए डीएफ, और कुल गर्मी प्रवाह क्यूपूरी सतह पर एफइस उत्पाद को सतह पर एकीकृत करके निर्धारित किया जाता है एफ:

तापीय चालकता का गुणांक

तापीय चालकता का गुणांक λ ससुराल वाले फूरियर(3) किसी दिए गए पदार्थ की गर्मी का संचालन करने की क्षमता को दर्शाता है। पदार्थों के थर्मोफिजिकल गुणों पर संदर्भ पुस्तकों में तापीय चालकता गुणांक के मान दिए गए हैं। संख्यात्मक रूप से, तापीय चालकता गुणांक = क्यू/ग्रैड टीगर्मी प्रवाह घनत्व के बराबर क्यूतापमान ढाल के साथ ग्रेड टू = 1 कश्मीर/एम. सबसे हल्की गैस, हाइड्रोजन में सबसे अधिक तापीय चालकता होती है। पर कमरे की स्थितिहाइड्रोजन की तापीय चालकता λ = 0,2 मंगल/(एम के) भारी गैसों में कम तापीय चालकता होती है - वायु λ = 0,025 मंगल/(एम के), कार्बन डाइऑक्साइड में λ = 0,02 मंगल/(एम के).

शुद्ध चांदी और तांबे में उच्चतम तापीय चालकता होती है: λ = 400 मंगल/(एम के) कार्बन स्टील्स के लिए λ = 50 मंगल/(एम के) तरल पदार्थों में, तापीय चालकता आमतौर पर 1 . से कम होती है मंगल/(एम के) पानी इसके लिए ऊष्मा के सबसे अच्छे तरल संवाहकों में से एक है λ = 0,6 मंगल/(एम के).

गैर-धातु ठोस पदार्थों की तापीय चालकता गुणांक आमतौर पर 10 . से कम होता है मंगल/(एम के).

झरझरा सामग्री - कॉर्क, विभिन्न रेशेदार भराव जैसे कार्बनिक ऊन - में सबसे कम तापीय चालकता गुणांक है λ <0,25 मंगल/(एम के), छिद्रों को भरने वाली हवा की तापीय चालकता के गुणांक के लिए कम पैकिंग घनत्व पर पहुंचना।

झरझरा सामग्री के लिए तापमान, दबाव और, आर्द्रता भी तापीय चालकता पर महत्वपूर्ण प्रभाव डाल सकती है। संदर्भ पुस्तकें हमेशा ऐसी स्थितियाँ देती हैं जिनके तहत किसी दिए गए पदार्थ की तापीय चालकता निर्धारित की जाती है, और अन्य स्थितियों के लिए इन डेटा का उपयोग नहीं किया जा सकता है। मूल्य श्रेणियां λ विभिन्न सामग्रियों के लिए अंजीर में दिखाया गया है। एक।

चित्र एक। विभिन्न पदार्थों के तापीय चालकता गुणांक के मूल्यों के अंतराल।

थर्मल चालन द्वारा गर्मी हस्तांतरण

सजातीय सपाट दीवार.

गर्मी हस्तांतरण के सिद्धांत द्वारा हल की गई सबसे सरल और बहुत ही सामान्य समस्या एक मोटाई के साथ एक सपाट दीवार के माध्यम से प्रेषित गर्मी प्रवाह के घनत्व को निर्धारित करना है। δ , जिन सतहों पर तापमान बनाए रखा जाता है tw1तथा टी डब्ल्यू 2।(रेखा चित्र नम्बर 2)। तापमान केवल प्लेट की मोटाई के साथ बदलता है - एक समन्वय एक्स।ऐसी समस्याओं को एक-आयामी कहा जाता है, उनके समाधान सबसे सरल होते हैं, और इस पाठ्यक्रम में हम केवल एक-आयामी समस्याओं पर विचार करने तक ही सीमित रहेंगे।

यह देखते हुए कि एक संख्या वाले मामले के लिए:

ग्रेड टू = दिनांक/दिनांक, (5)

और गर्मी चालन (2) के मूल नियम का उपयोग करके, हम एक सपाट दीवार के लिए स्थिर गर्मी चालन के लिए एक अंतर समीकरण प्राप्त करते हैं:

स्थिर परिस्थितियों में, जब ऊर्जा को गर्म करने पर खर्च नहीं किया जाता है, तो ऊष्मा प्रवाह घनत्व क्यूदीवार की मोटाई में अपरिवर्तित। अधिकांश व्यावहारिक समस्याओं में, यह लगभग माना जाता है कि तापीय चालकता गुणांक λ तापमान पर निर्भर नहीं करता है और दीवार की पूरी मोटाई में समान है। अर्थ λ के तापमान पर संदर्भ पुस्तकों में पाया जाता है:

दीवार की सतहों के तापमान के बीच औसत। (इस मामले में गणना त्रुटि आमतौर पर प्रारंभिक डेटा और सारणीबद्ध मूल्यों की त्रुटि से कम होती है, और तापमान पर तापीय चालकता गुणांक की रैखिक निर्भरता के साथ: = ए + बीटीके लिए सटीक गणना सूत्र क्यूलगभग एक से अलग नहीं है)। पर = स्थिरांक:

(7)

वे। तापमान पर निर्भरता टीनिर्देशांक से एक्सरैखिक (चित्र। 2)।

रेखा चित्र नम्बर 2। समतल दीवार की मोटाई पर स्थिर तापमान वितरण।

चरों को समीकरण (7) में विभाजित करना और ओवर को समाकलित करना टीसे tw1इससे पहले tw2और तक एक्स 0 से . तक δ :

, (8)

हम गर्मी प्रवाह घनत्व की गणना के लिए निर्भरता प्राप्त करते हैं:

, (9)

या गर्मी प्रवाह शक्ति (गर्मी प्रवाह):

(10)

इसलिए, 1 . के माध्यम से स्थानांतरित गर्मी की मात्रा मी 2दीवारें, तापीय चालकता के गुणांक के सीधे आनुपातिक λ और दीवार की बाहरी सतहों का तापमान अंतर ( टी डब्ल्यू1 - टी डब्ल्यू2) और दीवार की मोटाई के व्युत्क्रमानुपाती δ . दीवार क्षेत्र के माध्यम से गर्मी की कुल मात्रा एफइस क्षेत्र के अनुपात में भी।

परिणामी सरलतम सूत्र (10) थर्मल गणना में बहुत व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। यह सूत्र न केवल सपाट दीवारों के माध्यम से गर्मी प्रवाह घनत्व की गणना करता है, बल्कि अधिक जटिल मामलों के लिए अनुमान भी लगाता है, गणना में एक सपाट दीवार के साथ जटिल विन्यास की दीवारों को सरल रूप से बदल देता है। कभी-कभी, पहले से ही एक आकलन के आधार पर, एक या दूसरे विकल्प को इसके विस्तृत अध्ययन के लिए अधिक समय खर्च किए बिना खारिज कर दिया जाता है।

एक बिंदु पर शरीर का तापमान एक्ससूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है:

t x = t w1 - (t w1 - t w2) × (x × d)

रवैया एफ/δदीवार की तापीय चालकता कहा जाता है, और पारस्परिक /λFदीवार का थर्मल या थर्मल प्रतिरोध और निरूपित किया जाता है रू. तापीय प्रतिरोध की अवधारणा का उपयोग करते हुए, ऊष्मा प्रवाह की गणना के सूत्र को इस प्रकार दर्शाया जा सकता है:

निर्भरता (11) कानून के समान है ओह्माइलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में (विद्युत प्रवाह की ताकत कंडक्टर के विद्युत प्रतिरोध से विभाजित संभावित अंतर के बराबर होती है जिसके माध्यम से वर्तमान प्रवाह होता है)।

बहुत बार, थर्मल प्रतिरोध को मूल्य / कहा जाता है, जो 1 के क्षेत्र के साथ एक सपाट दीवार के थर्मल प्रतिरोध के बराबर होता है मी 2.

गणना उदाहरण.

उदाहरण 1. 200 . की मोटाई वाले भवन की कंक्रीट की दीवार के माध्यम से ऊष्मा प्रवाह का निर्धारण करें मिमी, कद एच = 2,5 एमऔर लंबाई 2 एमयदि इसकी सतहों पर तापमान हैं: टी с1\u003d 20 0 सी, टी с2\u003d - 10 0 , और तापीय चालकता का गुणांक λ =1 मंगल/(एम के):

= 750 मंगल.

उदाहरण 2. 50 . की मोटाई के साथ दीवार सामग्री की तापीय चालकता निर्धारित करें मिमी, अगर इसके माध्यम से गर्मी प्रवाह घनत्व क्यू = 100 मंगल/मी 2, और सतहों पर तापमान का अंतर t = 20 0 सी.

मंगल/(एम के).

बहुपरत दीवार.

सूत्र (10) का उपयोग कई से मिलकर दीवार के माध्यम से गर्मी प्रवाह की गणना के लिए भी किया जा सकता है ( एन) असमान सामग्री की परतें एक-दूसरे से सटे हुए हैं (चित्र 3), उदाहरण के लिए, एक सिलेंडर सिर, गैसकेट और विभिन्न सामग्रियों से बने सिलेंडर ब्लॉक, आदि।

चित्र 3. एक बहुपरत समतल दीवार की मोटाई पर तापमान वितरण।

ऐसी दीवार का थर्मल प्रतिरोध अलग-अलग परतों के थर्मल प्रतिरोधों के योग के बराबर होता है:

(12)

सूत्र (12) में, उन बिंदुओं (सतह) पर तापमान अंतर को प्रतिस्थापित करना आवश्यक है, जिनके बीच सभी समेकित थर्मल प्रतिरोध "शामिल" हैं, यानी। इस मामले में: tw1तथा डब्ल्यू(एन+1):

, (13)

कहाँ पे मैं- परत संख्या।

स्थिर मोड में, बहुपरत दीवार के माध्यम से विशिष्ट ऊष्मा प्रवाह स्थिर होता है और सभी परतों के लिए समान होता है। से (13) निम्नानुसार है:

. (14)

समीकरण (14) से यह पता चलता है कि एक बहुपरत दीवार का कुल तापीय प्रतिरोध प्रत्येक परत के प्रतिरोधों के योग के बराबर होता है।

सूत्र (13) प्रत्येक के लिए सूत्र (10) के अनुसार तापमान अंतर लिखकर आसानी से प्राप्त किया जा सकता है पीएक बहुपरत दीवार की परतें और सभी को जोड़ना पीभाव, इस तथ्य को ध्यान में रखते हुए कि सभी परतों में क्यूएक ही अर्थ है। जोड़े जाने पर, सभी मध्यवर्ती तापमान कम हो जाएंगे।

प्रत्येक परत के भीतर तापमान वितरण रैखिक है, हालांकि, विभिन्न परतों में, तापमान निर्भरता का ढलान अलग है, क्योंकि सूत्र (7) के अनुसार ( डीटी/डीएक्स)मैं = - क्यू / λ मैं. पूरी परत से गुजरने वाले ऊष्मा प्रवाह का घनत्व स्थिर मोड में समान होता है, और परतों की तापीय चालकता भिन्न होती है, इसलिए, कम तापीय चालकता वाली परतों में तापमान अधिक तेजी से बदलता है। तो, चित्र 4 में उदाहरण में, दूसरी परत की सामग्री (उदाहरण के लिए, गास्केट) में सबसे कम तापीय चालकता है, और तीसरी परत में उच्चतम है।

एक बहुपरत दीवार के माध्यम से ऊष्मा प्रवाह की गणना करने के बाद, कोई भी संबंध (10) का उपयोग करके प्रत्येक परत में तापमान में गिरावट का निर्धारण कर सकता है और सभी परतों की सीमाओं पर तापमान का पता लगा सकता है। गर्मी इन्सुलेटर के रूप में सीमित स्वीकार्य तापमान वाले सामग्रियों का उपयोग करते समय यह बहुत महत्वपूर्ण है।

परतों का तापमान निम्न सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है:

टी एसएल 1 \u003d टी सी टी 1 - क्यू × (डी 1 × एल 1 -1)

टी sl2 \u003d टी सी एल 1 - क्यू × (डी 2 × एल 2 -1)

संपर्क थर्मल प्रतिरोध. बहुपरत दीवार के लिए सूत्र प्राप्त करते समय, यह मान लिया गया था कि परतें एक-दूसरे से निकटता से जुड़ी हुई हैं, और अच्छे संपर्क के कारण, विभिन्न परतों की संपर्क सतहों का तापमान समान होता है। एक बहुपरत दीवार की अलग-अलग परतों के बीच आदर्श रूप से तंग संपर्क प्राप्त होता है यदि परतों में से एक को तरल अवस्था में या द्रव समाधान के रूप में दूसरी परत पर लागू किया जाता है। ठोस पिंड एक दूसरे को केवल खुरदरापन प्रोफाइल के शीर्ष पर स्पर्श करते हैं (चित्र 4)।

कोने का संपर्क क्षेत्र नगण्य है, और संपूर्ण ऊष्मा प्रवाह वायु अंतराल से होकर गुजरता है ( एच) यह अतिरिक्त (संपर्क) थर्मल प्रतिरोध बनाता है। आर टू. थर्मल संपर्क प्रतिरोधों को उपयुक्त अनुभवजन्य निर्भरता या प्रयोगात्मक रूप से स्वतंत्र रूप से निर्धारित किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, 0.03 . का अंतर थर्मल प्रतिरोध मिमीलगभग 30 . की मोटाई के साथ स्टील की एक परत के थर्मल प्रतिरोध के बराबर मिमी.

चित्र 4. दो खुरदरी सतहों के संपर्कों की छवि।

थर्मल संपर्क प्रतिरोध को कम करने के तरीके।संपर्क का कुल तापीय प्रतिरोध प्रसंस्करण की सफाई, भार, माध्यम की तापीय चालकता, संपर्क भागों की सामग्री की तापीय चालकता गुणांक और अन्य कारकों द्वारा निर्धारित किया जाता है।

थर्मल प्रतिरोध को कम करने में सबसे बड़ी दक्षता धातु के करीब तापीय चालकता वाले माध्यम के संपर्क क्षेत्र में परिचय द्वारा प्रदान की जाती है।

संपर्क क्षेत्र को पदार्थों से भरने के लिए निम्नलिखित संभावनाएं हैं:

नरम धातुओं से बने गास्केट का उपयोग;

अच्छी तापीय चालकता वाले पाउडर पदार्थ के संपर्क क्षेत्र का परिचय;

अच्छी तापीय चालकता वाले एक चिपचिपे पदार्थ के क्षेत्र का परिचय;

तरल धातु के साथ खुरदरेपन के उभार के बीच की जगह को भरना।

सबसे अच्छे परिणाम तब प्राप्त हुए जब संपर्क क्षेत्र पिघले हुए टिन से भर गया। इस मामले में, संपर्क का थर्मल प्रतिरोध व्यावहारिक रूप से शून्य के बराबर हो जाता है।

बेलनाकार दीवार.

बहुत बार, शीतलक पाइप (सिलेंडर) के माध्यम से चलते हैं, और पाइप (सिलेंडर) की बेलनाकार दीवार के माध्यम से प्रेषित गर्मी प्रवाह की गणना करना आवश्यक है। बेलनाकार दीवार (आंतरिक और बाहरी सतहों पर ज्ञात और स्थिर तापमान के साथ) के माध्यम से गर्मी हस्तांतरण की समस्या भी एक-आयामी है यदि बेलनाकार निर्देशांक (चित्र 4) में माना जाता है।

तापमान केवल त्रिज्या के साथ और पाइप की लंबाई के साथ बदलता है मैंऔर इसकी परिधि अपरिवर्तित रहती है।

इस मामले में, गर्मी प्रवाह समीकरण का रूप है:

. (15)

निर्भरता (15) से पता चलता है कि सिलेंडर की दीवार के माध्यम से स्थानांतरित गर्मी की मात्रा सीधे तापीय चालकता गुणांक के समानुपाती होती है λ , पाइप की लंबाई मैंऔर तापमान अंतर ( टी डब्ल्यू1 - टी डब्ल्यू2) और बेलन के बाहरी व्यास के अनुपात के प्राकृतिक लघुगणक के व्युत्क्रमानुपाती d2इसके आंतरिक व्यास के लिए d1.

चावल। 4. एकल-परत बेलनाकार दीवार की मोटाई के पार तापमान में परिवर्तन।

पर λ = त्रिज्या द्वारा स्थिरांक तापमान वितरण आरएक एकल-परत बेलनाकार दीवार की एक लघुगणकीय नियम का पालन करती है (चित्र 4)।

उदाहरण. भवन की दीवार के माध्यम से गर्मी के नुकसान को कितनी बार कम किया जाता है, यदि ईंटों की दो परतों के बीच 250 . की मोटाई के साथ मिमीएक फोम पैड 50 मोटा स्थापित करें मिमी. तापीय चालकता गुणांक क्रमशः बराबर हैं: किरपो . = 0,5 मंगल/(एम के); कलम। . = 0,05 मंगल/(एम के).

अब तक, एक एकीकृत वर्गीकरण विकसित नहीं किया गया है, जो मौजूदा तरीकों की विविधता से जुड़ा है। सामग्री की तापीय चालकता को मापने के लिए प्रसिद्ध प्रयोगात्मक विधियों को दो बड़े समूहों में विभाजित किया गया है: स्थिर और गैर-स्थिर। पहले मामले में, गणना सूत्र की गुणवत्ता गर्मी चालन समीकरण के विशेष समाधानों का उपयोग करती है

बशर्ते, दूसरे में - बशर्ते, जहां टी तापमान है; च - समय; - थर्मल प्रसार का गुणांक; एल - तापीय चालकता का गुणांक; सी - विशिष्ट ताप क्षमता; डी सामग्री का घनत्व है; - लैपलेस ऑपरेटर, संबंधित समन्वय प्रणाली में लिखा गया है; - वॉल्यूमेट्रिक ताप स्रोत की विशिष्ट शक्ति।

विधियों का पहला समूह स्थिर थर्मल शासन के उपयोग पर आधारित है; दूसरा - गैर-स्थिर थर्मल शासन। माप की प्रकृति द्वारा तापीय चालकता गुणांक निर्धारित करने के लिए स्थिर तरीके प्रत्यक्ष हैं (यानी, तापीय चालकता गुणांक सीधे निर्धारित होता है) और निरपेक्ष और सापेक्ष में विभाजित होते हैं। निरपेक्ष विधियों में, प्रयोग में मापे गए पैरामीटर गणना सूत्र का उपयोग करके तापीय चालकता गुणांक का वांछित मान प्राप्त करना संभव बनाते हैं। सापेक्ष विधियों में, प्रयोग में मापे गए पैरामीटर गणना सूत्र का उपयोग करके तापीय चालकता गुणांक का आवश्यक मान प्राप्त करना संभव बनाते हैं। सापेक्ष विधियों में, मापा पैरामीटर निरपेक्ष मान की गणना करने के लिए पर्याप्त नहीं हैं। यहां दो मामले संभव हैं। पहला, प्रारंभिक एक के संबंध में तापीय चालकता गुणांक में परिवर्तन की निगरानी कर रहा है, जिसे एकता के रूप में लिया गया है। दूसरा मामला ज्ञात तापीय गुणों वाली संदर्भ सामग्री का उपयोग है। इस मामले में, गणना सूत्र में मानक के तापीय चालकता गुणांक का उपयोग किया जाता है। सापेक्ष विधियों का निरपेक्ष विधियों पर कुछ लाभ है कि वे सरल हैं। स्थिर विधियों का आगे विभाजन हीटिंग की प्रकृति (बाहरी, वॉल्यूमेट्रिक और संयुक्त) के अनुसार और नमूनों में तापमान क्षेत्र के प्रकार के अनुसार (सपाट, बेलनाकार, गोलाकार) किया जा सकता है। बाहरी हीटिंग के साथ विधियों के उपसमूह में वे सभी विधियां शामिल हैं जो बाहरी (इलेक्ट्रिक, वॉल्यूमेट्रिक, आदि) हीटर का उपयोग करती हैं और थर्मल विकिरण या इलेक्ट्रॉन बमबारी द्वारा नमूना सतहों को गर्म करती हैं। वॉल्यूमेट्रिक हीटिंग के साथ विधियों का उपसमूह उन सभी विधियों को जोड़ता है जो नमूने के माध्यम से पारित वर्तमान द्वारा हीटिंग का उपयोग करते हैं, न्यूट्रॉन या जेड-विकिरण से परीक्षण नमूने को गर्म करते हैं, या माइक्रोवेव धाराओं द्वारा। संयुक्त हीटिंग के साथ विधियों के एक उपसमूह में ऐसे तरीके शामिल हो सकते हैं जो एक साथ नमूनों के बाहरी और वॉल्यूम हीटिंग का उपयोग करते हैं, या मध्यवर्ती हीटिंग (उदाहरण के लिए, उच्च आवृत्ति धाराओं द्वारा)।

स्थिर विधियों के सभी तीन उपसमूहों में, तापमान क्षेत्र

अलग हो सकता है।

फ्लैट इज़ोटेर्म तब बनते हैं जब ऊष्मा प्रवाह को नमूने के समरूपता अक्ष के साथ निर्देशित किया जाता है। साहित्य में फ्लैट इज़ोटेर्म का उपयोग करने वाले तरीकों को अक्षीय या अनुदैर्ध्य गर्मी प्रवाह के साथ कहा जाता है, और प्रयोगात्मक सेटअप स्वयं को फ्लैट डिवाइस कहा जाता है।

बेलनाकार समताप मंडल, बेलनाकार नमूने की त्रिज्या के अनुदिश ऊष्मा प्रवाह प्रसार के अनुरूप होते हैं। मामले में जब एक गोलाकार नमूने के त्रिज्या के साथ गर्मी का प्रवाह निर्देशित होता है, गोलाकार इज़ोटेर्म उत्पन्न होते हैं। ऐसे समतापों का उपयोग करने वाली विधियों को गोलाकार कहा जाता है, और उपकरणों को गोलाकार कहा जाता है।