Tallinna Tehnikaülikool Füüsikainstituut Üliõpilane: Teostatud: 02.10.2008 Õpperühm: Kaitstud: Töö nr. 27 OT: SOOJUSJUHTIVUS Töö eesmärk: Halbade Töövahendid: Katseseade, ajamõõtja, nihik, soojusjuhtide katsekeha soojusjuhtivusteguri määramine JOONIS ~220V mV Teoreetilised alused Katse seisneb halva soojusjuhi (antud juhul paberi) soojusjuhtivusteguri määramises. Selleks asetatakse katsekeha kahe vasksilindri vahele, millest üks kuumutatakse 100-ni ja teine on toatemperatuuril. Seejärel ühendatakse katsekeha vasksilindritega ja mõõdetakse millivoltmeetrilt lugemid iga 15 sekundi tagant 13 korda. Saadud
TALLINNA TEHNIKAÜLIKOOL SOOJUSTEHNIKA INSTITUUT Praktilised tööd aines Töö nr. 7 Töö nimetus: Silindrilise kihi soojusjuhtivusteguri määramine Üliõpilane: Matr. nr. Rühm: Õppejõud: Töö tehtud: 18.09.2009 Aruanne esitatud: 16.10.2009 Aruanne vastu võetud: Tallinn 2009 2 Töö eesmärk Määrata Schmidti soojusmõõturiga silindrilise isolatsioonikihiga kaetud aurutoru soojuskadu ja arvutada selle põhjal isolatsiooni soojusjuhtivustegur . Töös kasutatud mõõteriistad ja seadmed 1
arvutustabel, Kodutöö 7
TALLINNA TEHNIKAÜLIKOOL SOOJUSTEHNIKA INSTITUUT Praktiline töö aines Soojustehnika Töö nr. 7 SILINDRILISE KIHI SOOJUSJUHTIVUSTEGURI MÄÄRAMINE Üliõpilane: Matrikkel Rühm: Üliõpilane: Matrikkel Rühm: Üliõpilane: Matrikkel Rühm: Õppejõud: Töö tehtud: Aruanne esitatud: Aruanne vastu võetud: Katseseadme skeem 1. Töö eesmärk
TALLINNA TEHNIKAÜLIKOOL MEHHAANIKA TEADUSKOND SOOJUSTEHNIKA INSTITUUT Praktiline töö aines : Töö nr. 7 Soojustehnika Töö nimetus: Silindrilise kihi soojusjuhtivusteguri määramine Üliõpilane: Matr. nr. Rühm: MAHB-51 Õppejõud: Töö tehtud: Heli Lootus 10.10.2012 Aruanne esitatud: Aruanne vastu võetud: 14.12.2011 Tallinn 2011 Skeem
Silindrilise kihi soojusjuhtivusteguri määramine. 1. Töö eesmärk Määrata Schmidti soojusvoomõõturiga silindrilise isolatsioonikihiga kaetud aurutoru soojuskadu ja arvutada selle põhjal silindrilise kihi materjali soojusjuhtivustegur λ. 2. Tööks vajalikud vahendid 1. Soojusisolatsiooniga kaetud aurutoru 2. Manomeeter 3. Termopaarid 4. Schmidti soojusvoomõõtur koos millivoltmeetriga 5. Termopaaride ümberlüliti 6. Millivoltmeeter 7. Elavhõbedatermomeeter 8
Tallinna Tehnikaülikool Füüsikainstituut Üliõpilane: Teostatud: Õpperühm: Kaitstud: Töö nr. 27 OT: SOOJUSJUHTIVUS Töö eesmärk: Töövahendid: Soojusjuhtivusteguri määramine Katseseade, ajamõõtja, nihik, katsekeha Soojusjuhtivusteguri määramine d=...... ± ....... m=...... ± ....... c=...... ± ....... h=...... ± ....... Katse nr t, s L ln L 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
TALLINNA TEHNIKAÜLIKOOL SOOJUSTEHNIKA INSTITUUT Praktilised tööd aines Soojustehnika Töö nr. 7 SILINDRILISE KIHI SOOJUSJUHTIVUSTEGURI MÄÄRAMINE Üliõpilane: Kaisa Kaasik Matrikkel 050841 Rühm: AAVB Üliõpilane: Martin Külm Matrikkel 031252 Rühm: AAVB Üliõpilane: Matrikkel Rühm: Õppejõud: Heli Lootus Töö tehtud: 02.09.2009 Aruanne esitatud: 25.11.2009 Aruanne vastu võetud: Katseseadme skeem Tallinn 2009 1. Töö eesmärk
Tabel 27.1 Soojusjuhtivusteguri määramine d=...... ± ....... m=...... ± ....... c=...... ± ....... h=...... ± ....... Katse nr t, s L ln L
soojusvahetit tv", auru rõhk p on esitatud manomeetri näidu järgi. Õhurõhu väärtuseks lugeda 0,1 MPa. Soojusvaheti torude materjal valida lähteandmete tabelist. Torud valida välisläbimõõduga 20 mm ja seinapaksusega 2 mm. Torukimbu pikkusena mõeldakse boilerisse paigutatud torude pikkust l = 2 m joonisel. Soojusvahetuspind esitada torude arvuna boileris. Lihtsuse mõttes võib metalli soojusjuhtivusteguri lugeda temperatuurist sõltumatuks suuruseks ja valida käsiraamatu abil torude keskmise temperatuuri järgi. Algandmed: Q=900 kW p=1,4 Mbar d=0,016m tv´´=180°C λm=110,7 W/m*K tv=125°C tv´=70°C Δt=110°C cv=4.2 kJ/kg*K pv=928,23 kg/m3 dv=0,02m Δtmin=198,28-
kus võrdetegur k on varda materjali iseloomustav konstant, mida nimetatakse soojusjuhtivusteguriks. See on ainus parameeter, mida on tarvis aine või materjali soojusjuhtivuslike (või ka soojust isoleerivate) omaduste spetsifitseerimiseks. 2. Soojusjuhtivustegur- Soojusjuhtivustegur (U) näitab mitu vatti soojusenergiat läheb läbi ühe ruutmeetri suuruse seina või avatäite pinna ühe tunni jooksul, kui temperatuurierinevus seina ühe ja teise poole vahel on 1 kelvin. Mida väiksem on soojusjuhtivusteguri U väärtus, seda soojapidavam on sein. Ühikuks on W/m2K. Valem U=Q/ST 3. Kuidas on soojusjuhtivus seotud teiste ülekande nähtustega? 4. Erisoojus-on füüsikas soojushulk, mis on vajalik ühikulise massiga ainekoguse temperatuuri tõstmiseks 1 kraadi võrra. SI-süsteemi mõõtühik on J·kg-1·K-1. Enimlevinud tähis on c. Soojusmahtuvus- C on võrdetegur keha poolt neelatud või vabastatud soojuse Q ja sellest tuleneva kehatemperatuuri muutuse T vahel. Q=CT=C(T1-T2)
10 8,7 3,406 100,8 0,573 36,9 0,427 33,3 22,9 0,907 15 8,9 3,402 100,7 0,578 37 0,428 33,4 22,9 0,907 20 8,9 3,402 100,6 0,582 37 0,435 33,4 22,8 0,903 Keskmine 8,7 3,397 100,7 0,569 36,9 0,427 33,4 23 0,911 d1= 83 mm d2= 205 mm 0= 6 mm c= 12,65 W/(m2*mV) Arvutused: Valem 1. Soojusjuhtivusteguri arvutamine. c ( d 2 + 0 ) E ln d 2 d 1 = W/(m*K) 2(t1 - t 2 ) 12,65(0,205 + 0,006)8,7 ln 0,205 0,083 = = 0,16 W/(m*K) 2(100,7 - 36,9) Valem 2. Soojuskadu jooksva meetri kohta. q1 = c (d 2 + 0 ) E W/m q1 = 12,65 (0,205 + 0,006)8,7 = 72,95 W/m
sektsioonist (Joonis 1). Soojusvaheti on ühendatud kuuma ja külma vee torustikuga. Kuum soojuskandja liigub sisemises torus, külm soojuskandja sisemise ja välimise toru vahelises ruumis. Sisemine toru (1) on valmistatud valgevasest, läbimõõduga 16×1,2 mm, välimine toru (2) terasest, läbimõõduga 34×2,6 mm. Välimised torud on isoleeritud vahtpolüetüleenikihiga. Isolatsiooni välimine läbimõõt on 50 mm; ühe sektsiooni pikkus 1,2 m. Vahtpolüetüleeni soojusjuhtivusteguri väärtus on 0,035 kuni 0,040 W/m·K. Külma vee torustikul on ventiilid (3 ja 4) vee juhtimiseks soojusvahetisse ning vee kulu reguleerimiseks. Külma vee kulu reguleeritakse rotameetri PC-5 (5) näidu järgi. Kuuma vee torustikul on ventiil (8) kuuma vee juhtimiseks soojusvahetisse, ventiil (7) vee kulu reguleerimiseks ja neljakäiguline jaotuskraan (9) voo suuna muutmiseks. Kuuma vee kulu reguleeritakse rotameetri PC-5 (6) näidu järgi. Vee kulu täpseks määramiseks mõõdetakse
sektsioonist (Joonis 1). Soojusvaheti on ühendatud kuuma ja külma vee torustikuga. Kuum soojuskandja liigub sisemises torus, külm soojuskandja sisemise ja välimise toru vahelises ruumis. Sisemine toru (1) on valmistatud valgevasest, läbimõõduga 16×1,2 mm, välimine toru (2) terasest, läbimõõduga 34×2,6 mm. Välimised torud on isoleeritud vahtpolüetüleenikihiga. Isolatsiooni välimine läbimõõt on 50 mm; ühe sektsiooni pikkus 1,2 m. Vahtpolüetüleeni soojusjuhtivusteguri väärtus on 0,035 kuni 0,040 W/m·K. Külma vee torustikul on ventiilid (3 ja 4) vee juhtimiseks soojusvahetisse ning vee kulu reguleerimiseks. Külma vee kulu reguleeritakse rotameetri PC-5 (5) näidu järgi. Kuuma vee torustikul on ventiil (8) kuuma vee juhtimiseks soojusvahetisse, ventiil (7) vee kulu reguleerimiseks ja neljakäiguline jaotuskraan (9) voo suuna muutmiseks. Kuuma vee kulu reguleeritakse rotameetri PC-5 (6) näidu järgi. Vee kulu täpseks määramiseks 3 4
Kivivilla toodetakse pehmest ehk basaltkivimist, mis tootmisprotsessis sulatatuna kukub kiiresti pöörlevatele ketastele ning sealt lenduvad pritsmed moodustavad kiud. Tootmisprotsessi iseärasusest tulenevalt on kivivilla kiud lühemad ning jämedamad ja klaasvillakiud pikemad, peenemad ja elastsemad. Mõlemaid hoiab koos sama sideaine. Ka kivivilla heliisolatsiooni- ja summutus- ning niiskusomadused on väga head ning kivivilla soojusjuhtivusteguri väärtused on vahemikus 0,037 - 0,050 W/mK seega mõne kivivilla soojatakistuse omadused pisut madalamad kui seda on klaasvillal. Kivivilltooted ei põle ning neid võib kasutada kõigis hoonetes ilma piiranguteta. Pinnakatteta tooted on klassifitseeritud euronormatiivide alusel A1 klassi ning alumiiniumfooliumi või klaaskiudvildiga kaetud tooted on klassifitseeritud euronormatiivide alusel klassi: A2 (EN ISO 13501-1). Räbuvill
Klaasvill koosneb kuni 80% ulatuses ringlusest hangitud klaasist. 6 Lisaks kergele kaalule on klaasvillade eeliseks et näiteks kui katuseluugi lahtiununemise korral sisse pääsev niiskus jääb klaasvillal pealiskihtidesse, kui kivivillades niiskus valgub alumistesse kihtidesse nii et pealispind jääb kuivaks. KIVIVILLA soojusjuhtivusteguri väärtused on vahemikus 0,037 - 0,050 W/mK seega mõne kivivilla soojatakistuse omadused pisut madalamad kui seda on klaasvillal. Üle 95% kivivilla toormaterjalist on kivi ning ülejäänud materjalideks on kivistunud vaik ja õli. Kivivilla toodetakse pehmest ehk basaltkivimist, kasutades sellised kiviliigid nagu nt gabro, anortosiit ja dolomiit. Toorained ja koks valatakse sulatusahju. Sulatusahjust väljavoolav sulam suunatakse ketrusmasinale, kus moodustuvad kiud
vähemalt 2 selle kao vähendamise võimalust. Hooletus, lekke tõttu ei jõuagi agens aparaati. ; Hooletuse tõttu, et aparaat ei töötaks tühjalt. ; Kondentspott on rikkis, aparaadist välljub aur, mis polegi seal tööd teinud. 6 58. Analüüsida toote (või agensi) voolukiiruse, soojusfüüsikaliste omaduste (viskoossuse ja soojusjuhtivusteguri) ning kihi paksuse olulisust soojuslike protsesside intensiivsusele. 59. Millistest teguritest koosneb küttepinna termiline takistus / ning kuidas on seda võimalik vähendada? 1 näide küttepinna mõlema poole kohta. Küttepinna termiline takistus sõltub veekivi (katlakivi), seina ja kõrbekihi paksusest ning veekivi, seina materjali ja kõrbekihi soojusjuhtivustegurist. Soojusvahetite küttepindu tuleb regulaarselt pesta ja hooldada. 60
Kaod tootest vee aurumise tõttu – saab vältida hermeetiliste soojusvahetite kasutamisel. Kaod hooletusest – mittekorras keedupott laseb läbi ka kondenseerumata auru. Soojusenergia kadu kiirguse ja konvektsooni teel. Saab vähendada: seadmeid tuleb hooldada, leke kiiresti peatada, soojustamine, kompaktsemad aparaadid. 18. Analüüsida toote (või agensi) voolukiiruse, soojusfüüsikaliste omaduste (viskoossuse ja soojusjuhtivusteguri) ning kihi paksuse olulisust soojuslike protsesside intensiivsusele. Mida suurem on voolu kiirus, seda turbulentsem vool. Mida viskoossem, seda aeglasem prots. Soojusjuhtivus tegur, mida suurem, seda parem. Mida õhem kiht, seda parem 19. Millistest teguritest koosneb küttepinna termiline takistus Σ δ/λ ning kuidas on seda võimalik vähendada? 1 näide küttepinna mõlema poole kohta.
T2
seda rohkem soojus selles suunas levib. Soojusvoo tihedus jQ = Q / ( t S) näitab, kui suur soojushulk Q läbib ühikulise ajavahemiku jooksul soojuse levikusuunaga x ristuvat ühikulist pinda. Temperatuuri gradient dT/dx näitab, kui palju muutub temperatuur liikumisel vaadeldavas suunas x ühikulise pikkuse võrra. Võrdetegur K iseloomustab soojuse levikut vaadeldavas aines ja teda nimetatakse aine soojusjuhtivusteguriks. Soojusjuhtivusteguri SI-ühikuks on üks vatt meetri ja kelvini kohta 1 W/(m K). Difusiooniks nimetatakse mingit tüüpi osakeste liikumist sealt, kus neid on palju, ära sinna, kus neid on vähem (kontsentratsiooni vähenemise suunas). Difusiooni põhiseadus (ehk Fick'i seadus): osakeste voo tihedus difusioonil on võrdeline nende osakeste kontsentratsiooni gradiendiga, jN = - D (dn/dx) . Mida rohkem kontsentratsioon mingis suunas muutub (mida suurem on dn/dx), seda rohkem osakesed difusioonil selles suunas
ligikaudu 200 päeva. Selleks aga kulub väga suur hulk küttematerjali, mis omakorda nõuab raha. Et säästa küttekulu pealt, tuleks elamu seinad ja lagi ehitada võimalikult soojapidavad. Materjalide soojustatust iseloomustab soojusjuhtivustegur U. Soojusjuhtivustegur U näitab mitu vatti soojusenergiat läheb läbi ühe ruutmeetri suuruse seina või muu pinna ühe tunni jooksul, kui temperatuuri erinevus seina ühe ja teise poole vahel on 1 kraad. Mida väiksem on soojusjuhtivusteguri U väärtus, seda soojapidavam on sein. Tõsiasi on, et gaasid on halvemad soojusjuhid kui tahked ja vedelad ained, kuid soojusenergia säilitamise koha pealt on see ainult hea näitaja. Näiteks on õhu soojusjuhtivustegur 0,026 W/mK ja parematel soojustus materjalidel on see 0,03-0,04 W/mK. Samas on puidu soojaerijuhtivus 0,12-0,14 W/mK , betoonil 1,7-2 W/mK ja tsingitud terasel 45-55 W/mK. Selgelt on näha, et mida suurem on materjali tihedus, seda suurem on selle soojusjuhtivustegur
ruumi või keha kõikides vaadeldavates punktides. Temperatuuri gradiendiks nimetatakse mingisuguses punktis temperatuuuri juurdekasvu piirväärtust isotermide vahelise ristlõigu pikkusele [ lim(dt/dn) ] joonis. Vihikus Temperatuuri muutus on maksimaalne ja temp.muutumise kiirus on max. Normaali suunas. Fourier seadus Soojusvoog kehades on võrdeline temperatuuri gradiendiga : q = - × grad (t ) [W/m²] , kus lambda on soojusjuhtivustegur. 61. Soojusjuhtivusteguri mõiste. Millest oleneb materjalide ja ainete soojusjuhtivustegur ja kuida? Mõningad näitet selle väärtusest erinevatele materjalidele. Lambda on soojusjuhtivustegur ehk võrdetegur, mis iseloomustab antud materjali võimet juhtida soojust ja see oleneb ainest millest keha koosneb, agregaatolekust, aine struktuurist, tihedusest, poorsusest, niiskusest ja keha temperatuurist. Kui on poorne ja kuiv materjal siis
järeldusele, et soojusvoog kehades on võrdeline temp. gradiendiga. q=-gradt[W/m2]. Soojusvoog ja temp. gradient on vastupidise suunaga. Gaasides on soojust edasi kandvateks osadeks molekulid, kus temp. mõjutab soojusjuhtivust. Vedelikes oleneb see füüsikalistest omadustest ja temp. Tahketes ainetes kannab energiat edasi helikvandid e. fonoonid. Metallides aga peamiselt vabad elektronid. Wiedemann-Franzi seadus—parimad soojusjuhid on need metallid, mis juhivad paremini ka elektrit. Soojusjuhtivusteguri lamda näiteid: Mänd-(pikisuunas 0,36 ja ristisuunas 0,15[W/mK]; Õhk 0C 0,024, 500C-0,057; grafiit-5,0; vask-370. Soojusjuhtivus tasapinnalises seinas (ühe ja mitmekihilises eraldi). 14. Vaatame ,kui soojuse levik on statsionaarne: Joonis: q=-gradt=-dt/dx. Ükski punkt seinas ei soojene, ega jahtu. Igasse x-teljega risti olevasse seinakihti saabub ja väljub ühesugune kogus soojust. Gradt=dt/dx=const=ts2-ts1/x2-x1=ts2-ts1/. q=/(ts1-ts2), [W/m2]. 15
ruumi või keha kõikides vaadeldavates punktides. Temperatuuri gradiendiks nimetatakse mingisuguses punktis temperatuuuri juurdekasvu piirväärtust isotermide vahelise ristlõigu pikkusele [ lim(dt/dn) ] joonis. Vihikus Temperatuuri muutus on maksimaalne ja temp.muutumise kiirus on max. Normaali suunas. Fourier seadus Soojusvoog kehades on võrdeline temperatuuri gradiendiga : q grad (t ) [W/m²] , kus lambda on soojusjuhtivustegur. 61. Soojusjuhtivusteguri mõiste. Millest oleneb materjalide ja ainete soojusjuhtivustegur ja kuida? Mõningad näitet selle väärtusest erinevatele materjalidele. Lambda on soojusjuhtivustegur ehk võrdetegur, mis iseloomustab antud materjali võimet juhtida soojust ja see oleneb ainest millest keha koosneb, agregaatolekust, aine struktuurist, tihedusest, poorsusest, niiskusest ja keha temperatuurist. Kui on poorne ja kuiv materjal siis
Mida rohkem temperatuur mingis suunas muutub (mida suurem on dT/dx), seda rohkem soojus selles suunas levib. Soojusvoo tihedus jQ = Q / (t S) näitab, kui suur soojushulk Q läbib ühikulise ajavahemiku jooksul soojuse levikusuunaga x ristuvat ühikulist pinda. Temperatuuri gradient dT/dx näitab, kui palju muutub temperatuur liikumisel vaadeldavas suunas x ühikulise pikkuse võrra. Võrdetegur K iseloomustab soojuse levikut vaadeldavas aines ja teda nimetatakse aine soojusjuhtivusteguriks. Soojusjuhtivusteguri SI- ühikuks on üks vatt meetri ja kelvini kohta 1 W/(m K). Difusiooniks nimetatakse mingit tüüpi osakeste liikumist sealt, kus neid on palju, ära sinna, kus neid on vähem (kontsentratsiooni vähenemise suunas). Difusiooni põhiseadus (ehk Fick'i seadus): osakeste voo tihedus difusioonil on võrdeline nende osakeste kontsentratsiooni gradiendiga, jN = - D (dn/dx) . Mida rohkem kontsentratsioon mingis suunas muutub (mida suurem on dn/dx), seda rohkem osakesed
Kuivõrd c V = = ~ , siis ~ , st M 2m N A m m suurema molekuli massiga (ning ka suurema molaarmassiga) gaasi soojusjuhtivustegur on väiksem. Kuid temperatuurist ja molekulide ristlõikepindalast sõltuvad nii gaasi soojusjuhtivustegur kui ka gaasi sisehõõrdetegur ühtemoodi. Seose (3.6) abil võib kirjeldada ka soojusjuhtivust vedelikes ja gaasides, kuid soojusjuhtivusteguri iseloomustamine – millest see sõltub, ei ole nii lihtne. Kui tegemist on mitmest erineva soojusjuhtivusteguriga kihist koosnevast seinaga kogupaksusega z , siis sellise liitmaterjali korral on pindala S läbiv soojusvoog S T q= , z 1 z2 z3 (3.7) ...
Mida rohkem temperatuur mingis suunas muutub (mida suurem on dT/dx), seda rohkem soojus selles suunas levib. Soojusvoo tihedus jQ = Q / ( t S) näitab, kui suur soojushulk Q läbib ühikulise ajavahemiku jooksul soojuse levikusuunaga x ristuvat ühikulist pinda. Temperatuuri gradient dT/dx näitab, kui palju muutub temperatuur liikumisel vaadeldavas suunas x ühikulise pikkuse võrra. Võrdetegur K iseloomustab soojuse levikut vaadeldavas aines ja teda nimetatakse aine soojusjuhtivusteguriks. Soojusjuhtivusteguri SI-ühikuks on üks vatt meetri ja kelvini kohta 1 W/(m K). Difusiooniks nimetatakse mingit tüüpi osakeste liikumist sealt, kus neid on palju, ära sinna, kus neid on vähem (kontsentratsiooni vähenemise suunas). Difusiooni põhiseadus (ehk Fick'i seadus): osakeste voo tihedus difusioonil on võrdeline nende osakeste kontsentratsiooni gradiendiga, jN = - D (dn/dx) . Mida rohkem kontsentratsioon mingis suunas muutub (mida suurem on dn/dx), seda
annaabi.ee 
