PL193596B1 - Sposób wyznaczania parametrów cieplnych - Google Patents

Abstract

Sposób wyznaczania parametrów cieplnych materiałów, zwłaszcza termoizolacyjnych, polegający na umieszczeniu dwóch jednakowych próbek badanego materiału jednej nad drugą i nagrzewaniu zwróconych ku sobie powierzchni próbek przy zachowaniu chwilowej temperatury zewnętrznych powierzchni próbek niższej od temperatury wymuszenia cieplnego, a następnie na dokonywaniu pomiaru zmian temperatury, znamienny tym, że każda z próbek (1) badanego materiału jest dzielona płaszczyzną poziomą na dwie identyczne części, przy czym pomiaru temperatury dokonuje się w trakcie nagrzewania, od momentu jego rozpoczęcia, rejestrując zmiany temperatury powierzchni każdej z części próbek (1), po czym na podstawie zarejestrowanych zmian temperatury oraz wartości doprowadzonego strumienia cieplnego rozwiązuje się współczynnikowe zagadnienie odwrotne, w oparciu o gradientowe metody optymalizacji, wyznaczając na tej podstawie wartości współczynników przewodzenia ciepła i dyfuzyjności cieplnej badanego materiału oraz wartość iloczynu ciepła właściwego i gęstości materiału.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wyznaczania parametrów cieplnych materiałów, zwłaszcza termoizolacyjnych.

Znany jest sposób, w którym dwie jednakowe próbki badanego materiału umieszcza się jedną nad drugą, po czym zwrócone ku sobie powierzchnie próbek poddaje się nagrzewaniu. Zewnętrzne powierzchnie próbek chłodzi się, zachowując je w stałej temperaturze, niższej od temperatury wymuszenia cieplnego. Po ustaleniu się warunków wymiany ciepła dokonuje się pomiaru różnicy temperatur między powierzchniami każdej z próbek. Na podstawie zarejestrowanej różnicy temperatur oraz wartości doprowadzonego strumienia cieplnego wyznacza się, na podstawie znanej zależności, wartość współczynnika przewodzenia ciepła badanego materiału.

Znany jest również sposób, w którym badaniu poddaje się próbkę materiału dzieloną płaszczyzną poziomą na dwie identyczne części, umieszczone jedna nad drugą. Zewnętrzne powierzchnie próbki nagrzewa się lub chłodzi, po czym, z chwilą wystąpienia uporządkowanych warunków wymiany ciepła, dokonuje się pomiaru zmiany temperatury w płaszczyźnie przekroju próbki. Na podstawie zarejestrowanej zmiany temperatury wyznacza się wartość współczynnika dyfuzyjności cieplnej badanego materiału.

Zgodnie z wynalazkiem dwie jednakowe próbki badanego materiału, z których każda jest dzielona płaszczyzną poziomą na dwie identyczne części, umieszcza się jedną nad drugą, po czym zwrócone ku sobie powierzchnie próbek nagrzewa się, przy zachowaniu chwilowej temperatury zewnętrznych powierzchni próbek niższej od temperatury wymuszenia cieplnego. W trakcie nagrzewania próbek, od momentu jego rozpoczęcia, dokonuje się pomiaru zmian temperatury powierzchni każdej z części próbek. Na podstawie zarejestrowanych zmian temperatury oraz wartości doprowadzonego strumienia cieplnego rozwiązuje się współczynnikowe zagadnienie odwrotne, w oparciu o gradientowe metody optymalizacji, wyznaczając na tej podstawie wartości współczynników przewodzenia ciepła i dyfuzyjności cieplnej badanego materiału oraz wartość iloczynu ciepła właściwego i gęstości materiału.

Podczas nagrzewania próbek ich zewnętrzne powierzchnie mogą być chłodzone w celu utrzymania ich w stałej temperaturze, niższej od temperatury wymuszenia cieplnego.

Sposób według wynalazku umożliwia jednoczesne wyznaczenie, w krótkim czasie, kilku podstawowych parametrów cieplnych badanego materiału. W przeciwieństwie do znanych rozwiązań sposób według wynalazku wykorzystuje zarówno nieuporządkowane, jak i uporządkowane warunki wymiany ciepła, przy czym zewnętrzne powierzchnie próbek nie muszą być koniecznie utrzymywane w stałej temperaturze.

Przedmiot wynalazku, w przykładzie wykonania, ilustruje rysunek przedstawiający schemat ideowy stanowiska pomiarowego do realizacji sposobu będącego przedmiotem wynalazku.

Dwie próbki 1 w postaci jednakowych kwadratowych płytek ze styropianu umieszcza się jedną nad drugą między dwiema płytami 2 z metalu o dużym współczynniku przewodzenia ciepła, przykładowo z aluminium. Na zewnętrznych powierzchniach płyt 2 mocuje się przetworniki temperatury z bardzo cienkiego drutu miedzianego. Między próbkami 1 umieszcza się dwa cienkie grzejniki 3, 4 elektryczne o małej pojemności cieplnej, z wklejonymi przetwornikami temperatury z bardzo cienkiego drutu miedzianego. Grzejnik 3, centrycznie usytuowany, pełni rolę grzejnika głównego, którego moc doprowadzona jest rejestrowana. Grzejnik 4 jest usytuowany wokół grzejnika 3 i pełni rolę ochronną - od momentu rozpoczęcia nagrzewania utrzymuje temperaturę równą chwilowej temperaturze grzejnika 3. Każda z próbek 1 jest dzielona płaszczyzną poziomą na dwie identyczne części, między którymi umieszcza się przetworniki temperatury o znikomej pojemności cieplnej, z bardzo cienkiego drutu miedzianego rozpiętego na ramce. Wszystkie przetworniki temperatury są połączone za pośrednictwem przetwornika 5 analogowo-cyfrowego z mikrokontrolerem 6, który steruje pracą zasilacza 7, doprowadzającego moc elektryczną do grzejników 3, 4 i jest połączony z szybkim mikrokomputerem 8. Wraz z pojawieniem się wymuszenia cieplnego przez grzejniki 3, 4 mikrokontroler 6 dokonuje rejestracji zmian temperatury, wskazywanych przez poszczególne przetworniki. Na podstawie zarejestrowanych przebiegów temperatury oraz wartości strumienia cieplnego, doprowadzonego przez grzejnik 3, mikrokomputer 8 rozwiązuje współczynnikowe zagadnienie odwrotne, w oparciu o gradientowe metody optymalizacji, wyznaczając na tej podstawie wartości współczynników przewodzenia ciepła i dyfuzyjności cieplnej badanego materiału oraz wartość iloczynu ciepła właściwego i gęstości materiału.

Claims (1)

1. Sposób wyznaczania parametrów cieplnych materiałów, zwłaszcza termoizolacyjnych, polegający na umieszczeniu dwóch jednakowych próbek badanego materiału jednej nad drugą i nagrzewaniu zwróconych ku sobie powierzchni próbek przy zachowaniu chwilowej temperatury zewnętrznych powierzchni próbek niższej od temperatury wymuszenia cieplnego, a następnie na dokonywaniu pomiaru zmian temperatury, znamienny tym, że każda z próbek (1) badanego materiału jest dzielona płaszczyzną poziomą na dwie identyczne części, przy czym pomiaru temperatury dokonuje się w trakcie nagrzewania, od momentu jego rozpoczęcia, rejestrując zmiany temperatury powierzchni każdej z części próbek (1), po czym na podstawie zarejestrowanych zmian temperatury oraz wartości doprowadzonego strumienia cieplnego rozwiązuje się współczynnikowe zagadnienie odwrotne, w oparciu o gradientowe metody optymalizacji, wyznaczając na tej podstawie wartości współczynników przewodzenia ciepła i dyfuzyjności cieplnej badanego materiału oraz wartość iloczynu ciepła właściwego i gęstości materiału.