Inleiding
Er is een nieuwe optie beschikbaar voor de NETZSCH HFM 436 lijn van instrumenten (afbeelding 1) die gebruikers in staat stelt warmtestroommeters uit te voeren op monsters onder hoge drukbelasting; deze functie breidt de reeks mogelijkheden uit voor R&D-programma's op het gebied van thermische isolatie.
Door de druk van de plaat op het monster te variëren om verschillende compressieniveaus te bereiken, kunnen gebruikers krommen genereren van de warmtegeleiding als functie van de DichtheidDe massadichtheid wordt gedefinieerd als de verhouding tussen massa en volume. dichtheid, wat informatie geeft over de relatieve kracht van verschillende warmtetransportprocessen in thermische isolatieproducten.
Deze toepassingsnotitie geeft een analyse van de drie dominante warmtetransportmechanismen in een vezelig glasisolatiemateriaal om een analytische uitdrukking af te leiden voor de functionele afhankelijkheid van warmtegeleidingscoëfficiënt van DichtheidDe massadichtheid wordt gedefinieerd als de verhouding tussen massa en volume. dichtheid; voorspellingen van het analytische model worden vergeleken met werkelijke HFM testgegevens gegenereerd onder verschillende belastingen in de bijgewerkte HFM 436 Lambda. Er werd een uitstekende overeenkomst waargenomen over het hele dichtheidsbereik, dat een verhouding van 19:1 overspande van de hoogste naar de laagste DichtheidDe massadichtheid wordt gedefinieerd als de verhouding tussen massa en volume. dichtheid.
Multi-Mode Warmteoverdracht binnen isolatiematerialen
In de huidige energiebewuste wereld wordt voortdurend gewezen op het belang van energiebesparende maatregelen - een van de belangrijkste daarvan is het verbeteren van de thermische prestaties van gebouwen door middel van hoogwaardige isolatie. De R&D-inspanningen van fabrikanten voor de ontwikkeling van thermische isolatie met betere prestaties hebben veel baat gehad bij de parallelle ontwikkeling van krachtigere experimentele en analytische hulpmiddelen om de voortgang te beoordelen. De nieuwe testmogelijkheden die in deze toepassingsnotitie worden besproken, zijn een volgende stap in die richting.
In deze studie analyseren we de warmteoverdracht door een glasvezeldeken, die vaak gebruikt wordt als isolatie in gebouwen. Zo'n deken is een wirwar van lange glasvezels die de matrix vormen waarin lucht is ingesloten.
Geleiding door lucht:
Bij gematigde temperaturen vindt een aanzienlijk deel van de warmteoverdracht over de isolatie plaats door geleiding door lucht, die onafhankelijk is van de DichtheidDe massadichtheid wordt gedefinieerd als de verhouding tussen massa en volume. dichtheid. Deze manier van warmteoverdracht wordt bepaald door de vergelijking van Fourier met een constant luchtgeleidingsvermogen λair.
Geleiding door de glasvezels:
De warmteoverdracht door de glasvezels wordt ook geregeld door de Fourier-vergelijking, maar in dit geval is de bijbehorende warmtegeleiding glass een functie van de DichtheidDe massadichtheid wordt gedefinieerd als de verhouding tussen massa en volume. dichtheid ρ. De geleidingsbanen nemen grofweg toe in verhouding tot de DichtheidDe massadichtheid wordt gedefinieerd als de verhouding tussen massa en volume. dichtheid als:
λglas = B∙ρ
waarbij B een constante is.
Straling:
Voor de radiatieve warmteoverdrachtsmodus wordt de glasvezeldeken vaak beschouwd als een absorberend, emitterend, deelnemend en optisch dik medium met golflengteonafhankelijke optische eigenschappen. Met deze aannames wordt de stralingswarmteoverdracht afgeleid als:
qradiatief = -λrad dT/dx
Deze vergelijking lijkt op de wet van Fourier, wat de reden is waarom λrad vaak de radiatieve warmtegeleiding wordt genoemd. Hoe dichter de deken, hoe groter het aantal glasvezels per volume-eenheid, wat resulteert in meer verstrooiing en een verlaging van de stralingsoverdracht.
De stralingsflux neemt daardoor af met een snelheid die omgekeerd evenredig is met de DichtheidDe massadichtheid wordt gedefinieerd als de verhouding tussen massa en volume. dichtheid:
λrad = C/ρ
waarbij C een constante is.
De totale warmte die door de deken wordt overgedragen is de som van deze drie verschillende modi. De effectieve warmtegeleiding wordt dan afgeleid als:
λtotal = λair +B∙ρ + C/ρ
Deze laatste vergelijking geeft het verband weer tussen de totale geleidbaarheid en de DichtheidDe massadichtheid wordt gedefinieerd als de verhouding tussen massa en volume. dichtheid van de glasvezeldeken met drie onbekende parameters: λair, B en C.
HFM 436 Glasvezeldeken meting met variabele belastingsfunctie
Beginnend met een glasvezelisolatiedeken met een dikte van 240 mm, werd een reeks vierkante secties van 300 mm bij 300 mm gesneden en gestapeld tot verschillende hoogtes. Warmtegeleidingsmetingen met verschillende dichtheden werden uitgevoerd door de dikte te variëren via de plaatdruk. Voor glasvezelstapels die de maximale opening van 100 mm van de HFM 436/3 overschreden, werd voorcompressie uitgevoerd met starre platen voordat ze in de HFM werden geïnstalleerd. Alle metingen werden uitgevoerd bij kamertemperatuur. Het instrument werd gekalibreerd met een 25 mm dikke NIST 1450d glasvezelplaatstandaard en het temperatuurverschil tussen de platen was 20 K.
Resultaten en Discussies
De resultaten van de metingen staan in tabel 1 en figuur 2.
Tabel 1: Warmtegeleidingscoëfficiënt versus DichtheidDe massadichtheid wordt gedefinieerd als de verhouding tussen massa en volume. dichtheid voor een glasvezelmonster onderworpen aan verschillende instellingen van de drukbelasting in een HFM-apparaat bij kamertemperatuur
Dikte (mm) | HFM Stapeldruk | DichtheidDe massadichtheid wordt gedefinieerd als de verhouding tussen massa en volume. Dichtheid (kg/m³) | Geleidingsvermogen (W/m*K) | |
|---|---|---|---|---|
(PSI) | (kPa) | |||
| 100.0 | 0.00 | 0.03 | 8.6 | 0.0472 |
| 75.3 | 0.00 | 0.03 | 11.4 | 0.0418 |
| 50.1 | 0.00 | 0.03 | 12.6 | 0.0394 |
| 50.3 | 0.03 | 0.19 | 17.1 | 0.0369 |
| 50.4 | 0.05 | 0.35 | 30.2 | 0.0333 |
| 24.7 | 0.10 | 0.68 | 34.8 | 0.0325 |
| 17.3 | 0.22 | 1.51 | 49.6 | 0.0318 |
| 49.1 | 0.12 | 0.85 | 52.6 | 0.0317 |
| 50.0 | 0.67 | 4.63 | 87.1 | 0.0317 |
| 50.1 | 1.58 | 10.9 | 125 | 0.0325 |
| 38.2 | 3.09 | 21.3 | 164 | 0.0330 |
De blauwe curve werd verkregen door de datapunten te passen met het totale geleidbaarheidsmodel via de methode van de kleinste kwadraten. Geconcludeerd kan worden dat het hierboven gepresenteerde model een adequate formulering is van het warmtedoorgangsproces door de glasvezeldeken. De stippellijnen vertegenwoordigen elke verwachte overdrachtsmodus. De resultaten laten een breed minimum in warmtegeleiding zien in het dichtheidsbereik van ongeveer 50-80 Kg/m3, vlakbij de dichtheid waarbij de geleiding door de glasvezels gelijk is aan de stralingsgeleiding. Deze informatie kan door fabrikanten worden gebruikt om de prestaties van hun producten te optimaliseren door het glasvezelgehalte en dus de kosten te minimaliseren. De optimale dichtheid zou bijvoorbeeld waarschijnlijk aan de lage kant van het geleidingsminimum liggen.
Conclusie
Het is erg handig om zo'n onderzoek uit te voeren met de variabele belastingsfunctie. Voor een grondige statistische analyse zijn zeker meer datapunten nodig, wat gemakkelijk te realiseren is met de HFM 436 Lambda. Eén complete test kan eenvoudig worden geprogrammeerd met verschillende belastingen en temperaturen. Deze toepassing geldt ook voor andere poreuze isolatiematerialen zoals steen- (minerale) of slakkenwol.