Introduction
Les matériaux d'isolation thermique sont essentiels pour minimiser les pertes de chaleur et garantir des conditions de température stables dans les systèmes techniques. Leur Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique est souvent caractérisée avec précision à l'aide de méthodes stationnaires, telles que la méthode de la plaque chauffante gardée (GHP). Ces études sont pertinentes non seulement pour la recherche sur les matériaux, mais aussi pour les voyages dans l'espace, où les matériaux d'isolation sont utilisés dans un vide avec des fluctuations de température extrêmes. Les mesures GHP fournissent des données précieuses pour la conception thermique et l'évaluation des performances, entre autres.
La Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique effective des matériaux isolants fibreux (par exemple, la laine de verre) dépend principalement de trois mécanismes de transfert de chaleur :
- Transfert de chaleur à travers le solide
- Transfert de chaleur par rayonnement
- Transfert de chaleur à travers la phase gazeuse
En fonction de la température, de la densité et des gaz présents dans le matériau isolant, la Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique effective peut varier considérablement.
Cette note d'application se concentre sur différentes atmosphères. La laine de verre standard (NIST SRM 1450D), dont la Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique dans l'air est connue, a été testée sur le site GHP 456 Titan®. L'appareil est équipé d'un four qui permet d'utiliser différents gaz de purge et d'effectuer des mesures sous pression réduite.
Expérimental
Le matériau NIST SRM 1450D a été examiné à des températures moyennes de l'échantillon (Tmean) comprises entre 10°C et 60°C avec une différence de température (ΔT) de 20 K entre les plaques de mesure. Les mesures ont été effectuées sous différents gaz (argon, azote, hélium) à différentes pressions (d'environ 0,01 mbar à 1000 mbar). Avant chaque mesure utilisant un autre gaz, l'appareil (y compris l'échantillon) a été évacué deux fois et purgé avec le nouveau gaz.
Résultats et discussion
La figure 1 montre la Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique de l'échantillon dans différents gaz de purge (azote, argon et hélium). Les résultats des mesures sont résumés dans le tableau 1.
Tableau 1 : Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.Conductivité thermique de la laine de verre standard (NIST SRM 1450D), déterminée dans différents gaz de purge en comparaison avec la littérature
| Température °C | (W/m-K) | |||
| Littérature [2] | N2 | Ar | He | |
| 10 | 0.0313 | 0.0312 | 0.0224 | 0.1590 |
| 20 | 0.0324 | 0.0324 | 0.0233 | 0.1631 |
| 40 | 0.0346 | 0.0345 | 0.025 | 0.1708 |
| 60 | 0.03868 | 0.0366 | 0.0267 | 0.1785 |
La laine de verre étant un système à pores ouverts, le gaz de purge pénètre dans le matériau et modifie ainsi sa Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique effective. La Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique de l'air et de l'azote est presque identique (voir tableau 2). Comme prévu, aucune différence significative n'est détectable entre les valeurs de référence pour la laine de verre et les mesures effectuées sous azote. L'argon, en revanche, a une Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique nettement inférieure à celle de l'azote (environ 31 % de moins), comme le montre la mesure de la Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique de la laine de verre avec purge à l'argon. Les valeurs mesurées sont inférieures d'environ 28 % à celles obtenues avec l'azote.
Contrairement à l'argon, l'hélium a une Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique nettement plus élevée que l'azote. La Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique effective de la laine de verre purgée à l'hélium est environ quatre fois plus élevée qu'avec l'azote ou l'air.
Tableau 2 : Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.Conductivité thermique de différents gaz à 20°C [1]
La figure 2 illustre l'influence de la pression sur la Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique des matériaux isolants à pores ouverts. Elle montre la Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique de la laine de verre à différentes températures. La courbe en S est typique des mesures dépendant de la pression. Elle montre clairement que la Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique du gaz de la cellule influence de manière significative la Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique effective et qu'il existe une dépendance substantielle à la pression en dessous d'un certain seuil (environ 300 mbar). Cela peut s'expliquer par la longueur du libre parcours des molécules ou des atomes de gaz.
Le transfert de chaleur à l'intérieur d'un gaz est principalement déterminé par le nombre de particules et le libre parcours moyen entre elles. À des pressions légèrement inférieures, le libre parcours moyen augmente, mais le nombre de particules diminue. La Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique reste donc constante. Toutefois, cette règle ne s'applique plus aux très basses pressions [3]. À partir d'un certain point (ici, environ 300 mbar), il n'y a plus assez de particules pour s'entrechoquer, et la longueur du libre parcours moyen se situe dans la plage des diamètres des pores. À partir de ce point, le transfert de chaleur dans le gaz dépend uniquement du nombre de particules de gaz. Si le nombre de particules diminue en raison de la baisse de la pression, le transfert de chaleur par le gaz diminue considérablement, tout comme la Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique effective de l'ensemble du matériau.
Résumé
En raison de leur structure, la Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique des matériaux d'isolation dépend fortement de la pression et du gaz cellulaire. Le GHP 456 Titan® est l'appareil de mesure idéal pour déterminer la Conductivité thermiqueLa conductivité thermique (λ avec l'unité W/(m-K)) décrit le transport d'énergie - sous forme de chaleur - à travers un corps de masse sous l'effet d'un gradient de température (voir fig. 1). Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la chaleur s'écoule toujours dans la direction de la température la plus basse.conductivité thermique effective dans ces conditions difficiles. Grâce à son logiciel intuitif et au contrôle automatique de la pression, il est toujours facile d'effectuer des mesures.