21.01.2026 by Aileen Sammler
Metoda strzeżonej gorącej płyty: Jak rodzaj gazu i ciśnienie mogą zmienić przewodność cieplną materiałów izolacyjnych
Dowiedz się, w jaki sposób rodzaj gazu i ciśnienie mogą znacząco wpływać na przewodność cieplną materiałów izolacyjnych - i w jaki sposób GHP 456 Titan® umożliwia precyzyjne pomiary w gazie obojętnym i próżni. NETZSCH wspiera Cię w znalezieniu odpowiedniego rozwiązania dla Twojego zastosowania.
Jeśli pracujesz z materiałami izolacyjnymi - czy to w zakresie rozwoju produktu, zapewnienia jakości, czy projektowania termicznego - potrzebujesz danych dotyczących przewodności cieplnej, które są zarówno dokładne, jak i reprezentatywne dla rzeczywistych warunków zastosowania. Standardowe pomiary wykonywane w warunkach laboratoryjnych często tego nie zapewniają.
Dlaczego? Ponieważ rodzaj gazu i ciśnienie mają duży wpływ na efektywną przewodność cieplną materiałów o otwartych porach. W zależności od zastosowania może to decydować o tym, czy system pozostanie stabilny termicznie, czy też ulegnie przegrzaniu.
Nasze laboratorium aplikacyjne NETZSCH przeprowadziło dla Ciebie różne analizy. W tym artykule dowiesz się:
- dlaczego materiały izolacyjne z otwartymi porami reagują tak wrażliwie,
- jak znaczący jest wpływ gazu i ciśnienia,
- oraz co należy wziąć pod uwagę podczas wykonywania precyzyjnych pomiarów.
Dlaczego materiały izolacyjne o otwartych porach są tak wrażliwe na gaz i ciśnienie?
Przewodność cieplnaPrzewodność cieplna (λ z jednostką W/(m-K)) opisuje transport energii - w postaci ciepła - przez ciało o masie w wyniku gradientu temperatury (patrz rys. 1). Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, ciepło zawsze przepływa w kierunku niższej temperatury.Przewodność cieplna włóknistych materiałów izolacyjnych, takich jak wełna szklana, zachodzi za pośrednictwem trzech mechanizmów:
- przenoszenie ciepła przez ciało stałe,
- radiacyjny transfer ciepła,
- przenoszenie ciepła przez fazę gazową.
Faza gazowa jest szczególnie istotna. W materiałach z otwartymi porami, gaz oczyszczający lub otaczający skutecznie zastępuje "gaz komórkowy" i bezpośrednio wpływa na przewodność cieplną materiału.
Ponadto ciśnienie gazu określa, ile cząstek jest dostępnych do przenoszenia ciepła.
Wynik: Nawet small zmiany rodzaju gazu lub ciśnienia mogą prowadzić do large zmian w mierzonej przewodności cieplnej.
Co pokazują pomiary - i co to oznacza dla użytkownika
1. Różne gazy powodują znaczne odchylenia
Wełna szklana (NIST SRM 1450D) była mierzona w atmosferze azotu, argonu i helu.
Wyniki:
- w azocie ≈ powietrzu → praktycznie identyczne wartości
- w argonie: ok. 28% niższa efektywna Przewodność cieplnaPrzewodność cieplna (λ z jednostką W/(m-K)) opisuje transport energii - w postaci ciepła - przez ciało o masie w wyniku gradientu temperatury (patrz rys. 1). Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, ciepło zawsze przepływa w kierunku niższej temperatury.przewodność cieplna
- w helu: ok. 4× wyższa efektywna Przewodność cieplnaPrzewodność cieplna (λ z jednostką W/(m-K)) opisuje transport energii - w postaci ciepła - przez ciało o masie w wyniku gradientu temperatury (patrz rys. 1). Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, ciepło zawsze przepływa w kierunku niższej temperatury.przewodność cieplna
Dlaczego ma to znaczenie dla użytkownika:
- Argon symuluje scenariusze z bardzo niską przewodnością cieplną gazu.
- Hel reprezentuje drugą skrajność i jest typowy dla gazów o wysokiej przewodności cieplnej.
- Dokonując pomiarów tylko w powietrzu, można nie uzyskać wartości odzwierciedlających rzeczywiste warunki pracy.
2. Zależność od ciśnienia: charakterystyczna krzywa S
W przypadku azotu zbadano ciśnienia w zakresie od ok. 0,01 mbar do 1000 mbar.
Wynik: Efektywna Przewodność cieplnaPrzewodność cieplna (λ z jednostką W/(m-K)) opisuje transport energii - w postaci ciepła - przez ciało o masie w wyniku gradientu temperatury (patrz rys. 1). Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, ciepło zawsze przepływa w kierunku niższej temperatury.przewodność cieplna pozostaje na początku stała - a następnie gwałtownie spada poniżej ok. 300 mbar.
Implikacje praktyczne:
- Przy umiarkowanie obniżonym ciśnieniu początkowo niewiele się zmienia.
- Gdy średnia droga swobodna cząsteczek gazu zbliża się do średnicy porów, zachowanie ulega zmianie.
- Poniżej tego progu przenoszenie ciepła zależy tylko od gęstości cząstek - Przewodność cieplnaPrzewodność cieplna (λ z jednostką W/(m-K)) opisuje transport energii - w postaci ciepła - przez ciało o masie w wyniku gradientu temperatury (patrz rys. 1). Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, ciepło zawsze przepływa w kierunku niższej temperatury.przewodność cieplna gwałtownie spada.
Jest to szczególnie istotne w przypadku
- projektujesz komponenty do zastosowań próżniowych
- pracujesz w branży lotniczej, kriogenicznej lub wysokowydajnej izolacji,
- potrzebujesz realistycznych warunków brzegowych do symulacji,
- muszą scharakteryzować scenariusze niskociśnieniowe.
Co to oznacza dla strategii pomiarowej
Jeśli wymagane są wiarygodne dane dotyczące przewodności cieplnej materiałów izolacyjnych o otwartych porach w trudnych warunkach, system pomiarowy musi
- wprowadzać różne gazy oczyszczające w kontrolowany sposób,
- obsługiwać warunki prawdziwej próżni,
- umożliwiać precyzyjną regulację ciśnienia
- zapewniać stabilne wyniki pomiarów w stanie ustalonym.
Urządzenie NETZSCH Analizator GHP 456 Titan® spełnia wszystkie te wymagania dzięki intuicyjnemu oprogramowaniu i w pełni automatycznej kontroli ciśnienia.
Co to oznacza dla użytkownika w praktyce
Aby uzyskać dokładne i istotne dla danego zastosowania wartości przewodności cieplnej, można :
- mierzyć nie tylko w powietrzu, ale także w odpowiednim gazie komórkowym,
- ocenić zależność od ciśnienia, gdy materiał jest używany pod zmniejszonym ciśnieniem,
- zawsze interpretować wartości literaturowe w kontekście warunków pomiaru,
- korzystać z systemu pomiarowego, który obsługuje powtarzalne zmiany atmosfery.
Pomaga to uniknąć typowych pułapek:
- zbyt optymistyczne szacunki przewodności cieplnej,
- nieprawidłowy dobór materiału,
- niewiarygodne wyniki symulacji,
- problemy termiczne podczas pracy.
Pobierz pełny raport!
Odwiedź GHP jako kluczową technologię: Precyzyjna charakterystyka przewodności cieplnej materiałów izolacyjnych w atmosferze gazu obojętnego i próżni - NETZSCH Analyzing & Testing lub pobierz pełną notę aplikacyjną w formacie pdf tutaj:
NETZSCH pomaga w wyborze właściwej metody pomiaru!
Materiały izolacyjne o otwartych porach są bardzo wrażliwe na rodzaj gazu i ciśnienie. Jeśli materiał jest używany w takich warunkach, jego Przewodność cieplnaPrzewodność cieplna (λ z jednostką W/(m-K)) opisuje transport energii - w postaci ciepła - przez ciało o masie w wyniku gradientu temperatury (patrz rys. 1). Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, ciepło zawsze przepływa w kierunku niższej temperatury.przewodność cieplna musi być również testowana w tych samych warunkach. W przeciwnym razie można uzyskać niedokładną efektywną przewodność cieplną.
Tylko wtedy, gdy rodzaj gazu i ciśnienie są kontrolowane w celu odzwierciedlenia rzeczywistych warunków, można uzyskać wartości przewodności cieplnej, które niezawodnie odpowiadają rzeczywistej wydajności operacyjnej. GHP 456 Titan® jest idealnym urządzeniem pomiarowym do określania efektywnej przewodności cieplnej w takich trudnych warunkach.
Jako dostawca rozwiązań, NETZSCH wspiera użytkownika w całym procesie, począwszy od wyboru odpowiedniej metody pomiaru, poprzez zdefiniowanie właściwych warunków atmosfery i ciśnienia, aż po określenie, który system najlepiej pasuje do danego zastosowania. GHP 456 Titan® został specjalnie zaprojektowany do obsługi tak wymagających pomiarów w gazach obojętnych i próżni.
Jeśli chcesz dowiedzieć się, które rozwiązanie najlepiej nadaje się do konkretnego zastosowania, skontaktuj się z lokalnym przedstawicielem handlowym NETZSCH. Wspólnie znajdziemy konfigurację, która zapewni wiarygodne dane potrzebne do rozwoju, zapewnienia jakości i symulacji.
Kontakt lokalny
Zostań ekspertem dzięki naszym bezpłatnym kursom e-learningowym
Wszystkie podstawowe kursy e-learningowe NETZSCH są bezpłatne! Treść jest tworzona przez naszych ekspertów ds. metod laboratoryjnych, którzy dzielą się z Tobą swoimi osobistymi doświadczeniami. Skorzystaj z elastycznej nauki online, w pełni dostosowanej do Twoich potrzeb szkoleniowych!