TERMOFYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI. Radek Vašíček

Podobné dokumenty
KATEDRA MATERIÁLOVÉHO INŽENÝRSTVÍ A CHEMIE. 123TVVM tepelně-fyzikální parametry

KATEDRA MATERIÁLOVÉHO INŽENÝRSTVÍ A CHEMIE. 123MAIN tepelně-fyzikální parametry

BH059 Tepelná technika budov

Výpočtové nadstavby pro CAD

VI. Nestacionární vedení tepla

Šíření tepla. Obecnéprincipy

Stanovení požární odolnosti. Přestup tepla do konstrukce v ČSN EN

MODEL DYNAMICKÉHO TEPELNÉHO CHOVÁNÍ KONSTRUKČNÍCH DETAILŮ

VLASTNOSTI VLÁKEN. 3. Tepelné vlastnosti vláken

KATEDRA MATERIÁLOVÉHO INŽENÝRSTVÍ A CHEMIE. 123TVVM transport kapalné vody

Vliv kapilární vodivosti na tepelně technické vlastnosti stavební konstrukce

Přehled základních fyzikálních veličin užívaných ve výpočtech v termomechanice. Autor Ing. Jan BRANDA Jazyk Čeština

N_SFB. Stavebně fyzikální aspekty budov. Přednáška č. 3. Vysoká škola technická a ekonomická V Českých Budějovicích

NUMERICKÝ MODEL NESTACIONÁRNÍHO PŘENOSU TEPLA V PALIVOVÉ TYČI JADERNÉHO REAKTORU VVER 1000 SVOČ FST 2014

5. STANOVENÍ BOBTNACÍHO TLAKU

Stavební tepelná technika 1 - část A Jan Tywoniak ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta stavební. Stavební fyzika (L)

6. Jaký je výkon vařiče, který ohřeje 1 l vody o 40 C během 5 minut? Měrná tepelná kapacita vody je W)

M T I B A ZÁKLADY VEDENÍ TEPLA 2010/03/22

Příklad 1: V tlakové nádobě o objemu 0,23 m 3 jsou 2 kg vodní páry o tlaku 1,6 MPa. Určete, jestli je pára sytá, mokrá nebo přehřátá, teplotu,

Řešení 1D vedení tepla metodou sítí a metodou

VYBRANÉ STATĚ Z PROCESNÍHO INŢENÝRSTVÍ cvičení 8

h nadmořská výška [m]

4. Stanovení teplotního součinitele odporu kovů

KATEDRA MATERIÁLOVÉHO INŽENÝRSTVÍ A CHEMIE. 123TVVM transport vodní páry

1 Vedení tepla stacionární úloha

Počítačová dynamika tekutin (CFD) Základní rovnice. - laminární tok -

Technologie a procesy sušení dřeva

Dynamická viskozita oleje (Pa.s) Souřadný systém (proč)?

TERMIKA II. Stacionární vedení s dokonalou i nedokonalou izolací; Obecná rovnice vedení tepla; Přestup a prostup tepla;

Mechanika tekutin. Tekutiny = plyny a kapaliny

U218 Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze. Seminář z PHTH. 3. ročník. Fakulta strojní ČVUT v Praze

Protokol pomocných výpočtů

POŽADAVKY NA TEPELNOU OCHRANU BUDOV, STAVEBNÍ ŘEŠENÍ

ZÁKLADY STAVEBNÍ FYZIKY

U218 - Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze. ! t 2 :! Stacionární děj, bez vnitřního zdroje, se zanedbatelnou viskózní disipací

TEPELNĚ TECHNICKÉ POSOUZENÍ KONSTRUKCE - Dle českých technických norem

T E C H N I C K Á Z P R Á V A

Vlhkost. Voda - skupenství led voda vodní pára. ve stavebních konstrukcích - vše ve vzduchu (uvnitř budov) - vodní pára

Základy vakuové techniky

BH059 Tepelná technika budov přednáška č.1 Ing. Danuše Čuprová, CSc., Ing. Sylva Bantová, Ph.D.

N_SFB. Stavebně fyzikální aspekty budov. Přednáška č. 7. Vysoká škola technická a ekonomická V Českých Budějovicích

VLASTNOSTI DRCENÉHO PÓROBETONU

Termomechanika 9. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

Měření prostupu tepla

Přednáška č. 5: Jednorozměrné ustálené vedení tepla

MĚŘENÍ EMISÍ A VÝPOČET TEPELNÉHO VÝMĚNÍKU

Tepelná technika 1D verze TEPELNĚ TECHNICKÉ POSOUZENÍ KONSTRUKCE - Dle českých technických norem

Název testu: /01 Test na učebně prez. Fyzika LS 10/11

Vybrané technologie povrchových úprav. Základy vakuové techniky Doc. Ing. Karel Daďourek 2006

U218 Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze. Seminář z PHTH. 3. ročník. Fakulta strojní ČVUT v Praze

OTÁZKY K PROCVIČOVÁNÍ PRUŽNOST A PLASTICITA II - DD6

WiFi: název: InternetDEK heslo: netdekwifi. Školení DEKSOFT Tepelná technika

Stanovení hustoty pevných a kapalných látek

Protokol č. V- 213/09

Tepelnětechnický výpočet kondenzace vodní páry v konstrukci

VYBRANÉ STATĚ Z PROCESNÍHO INŢENÝRSTVÍ cvičení 9

ZKUŠEBNÍ ZAŘÍZENÍ PRO HODNOCENÍ SKRÁPĚNÝCH TRUBKOVÝCH SVAZKŮ

T0 Teplo a jeho měření

Úloha č. 1 pomůcky Šíření tepla v ustáleném stavu základní vztahy

Mechanika hornin a zemin Cvičení. Marek Mohyla LPOC 315 Tel.: 1362 ( ) homel.vsb.cz/~moh050 geotechnici.

Skalární a vektorový popis silového pole

Hydraulické posouzení vzduchospalinové cesty. ustálený a neustálený stav

MODELOVÁNÍ. Základní pojmy. Obecný postup vytváření induktivních modelů. Měřicí a řídicí technika magisterské studium FTOP - přednášky ZS 2009/10

ELT1 - Přednáška č. 6

KAPILÁRNÍ VODIVOST VLHKOSTI V PLOCHÝCH STŘEŠNÍCH KONSTRUKCÍCH. Ondřej Fuciman 1

KATEDRA MATERIÁLOVÉHO INŽENÝRSTVÍ A CHEMIE. GUM: Vyjádření nejistot měření

TEPELNĚ TECHNICKÉ POSOUZENÍ KONSTRUKCE - Dle českých technických norem

5. Duté zrcadlo má ohniskovou vzdálenost 25 cm. Jaký je jeho poloměr křivosti? 1) 0,5 m 2) 0,75 m 3) Žádná odpověď není správná 4) 0,25 m

TZB Městské stavitelsví

1 Zatížení konstrukcí teplotou

4. V jednom krychlovém metru (1 m 3 ) plynu je 2, molekul. Ve dvou krychlových milimetrech (2 mm 3 ) plynu je molekul

HUSTOTA PEVNÝCH LÁTEK

ČSN Statistické metody v průmyslové praxi II. Závislosti mezi náhodnými veličinami - korelace a regrese

Prohlášení o vlastnostech č CPR-0018

Termodynamika 2. UJOP Hostivař 2014

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE

PŘÍKLAD 2: 2D VEDENÍ TEPLA + PROUDĚNÍ

102FYZB-Termomechanika

Sypaná hráz výpočet ustáleného proudění

Thermio. Potěr pro podlahová topení. Extrémní účinek na teplo domova

Dynamika soustav hmotných bodů

KATEDRA MATERIÁLOVÉHO INŽENÝRSTVÍ A CHEMIE. 123TVVM transport vodní páry

Mechanika kontinua. Mechanika elastických těles Mechanika kapalin

Mechanika s Inventorem

1/6. 2. Stavová rovnice, plynová konstanta, Avogadrův zákon, kilomol plynu

MECHANIKA HORNIN A ZEMIN

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA STROJNÍ

OPTIMALIZACE PROVOZU OTOPNÉ SOUSTAVY BUDOVY PRO VZDĚLÁVÁNÍ PO JEJÍ REKONSTRUKCI

Dynamika tekutin popisuje kinematiku (pohyb částice v času a prostoru) a silové působení v tekutině.

133PSBZ Požární spolehlivost betonových a zděných konstrukcí. Přednáška A3. ČVUT v Praze, Fakulta stavební katedra betonových a zděných konstrukcí

SOFTWARE PRO STAVEBNÍ FYZIKU

Senzory průtoku tekutin

Únik plynu plným průřezem potrubí

12 DYNAMIKA SOUSTAVY HMOTNÝCH BODŮ

Reflexní parotěsná fólie SUNFLEX Roof-In Plus v praktické zkoušce

2. Úloha difúze v heterogenní katalýze

Tepelná technika 1D verze TEPELNĚ TECHNICKÉ POSOUZENÍ KONSTRUKCE - Dle českých technických norem

Tabulka Tepelně-technické vlastností zeminy Objemová tepelná kapacita.c.10-6 J/(m 3.K) Tepelná vodivost

HYDRAULICKÉ PARAMETRY ZVODNĚNÝCH SYSTÉMŮ

TERMOMECHANIKA 15. Základy přenosu tepla

Transkript:

TERMOFYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI Radek Vašíček

Základní termofyzikální vlastnosti Tepelná konduktivita l (součinitel tepelné vodivosti) vyjadřuje schopnost dané látky vést teplo jde o množství tepla, které v ustáleném stavu prochází jednotkovým průřezem látky při jednotkovém teplotním gradientu za jednotku času Měrná tepelná kapacita c je definována jako tepelná kapacita hmotné jednotky, značí množství tepla potřebné k ohřátí 1kglátky o 1 C Tepelná difuzivita a (součinitel teplotní vodivosti) vyjadřuje schopnost látky vyrovnávat rozdílné teploty při neustáleném šíření tepla vedením v homogenním prostředí Tyto veličiny jsou svázány vztahem: a = l / ( r. c ) a - součinitel teplotní vodivosti [ m 2 s -1 ] l - součinitel tepelné vodivosti [ W.m -1 K -1 ] r - objemová hmotnost [ kg.m -3 ] c - měrná tepelná kapacita materiálu [ J.kg -1 K -1 ] Všechny tyto materiálové parametry jsou obecně závislé na vnějších podmínkách, které dominantně ovlivňuje změna vlhkosti a objemová hmotnost, v menší míře teplota. Proto je při přesných výpočtech nutno tyto veličiny znát při různých vlhkostech i teplotách.

a = l / ( r. c ) a souč. teplotní vodivosti [m 2 s -1 ] l souč. tepelné vodivosti [W.m -1 K -1 ] r objemová hmotnost [kg.m -3 ] c - měrná tepelná kapacita [J.kg -1 K -1 ] c = c ρ / r c - měrná tepelná kapacita [J.kg -1 K -1 ] c ρ - měrná objemová tepel. kapacita [J.m -3 K -1 ] r - objemová hmotnost [kg.m -3 ]

Součinitel tepelné vodivosti l parametr nejvíce reagující na změnu vlhkosti a teploty vyjádření závislosti l na vlhkosti, teplotě a objemové hmotnosti: l = l o [ 1 + a w.w + a t ( t t o ) + a r (r - r sr )] l - hodnota součinitele tepelné vodivosti sledovaného materiálu při vlhkosti w, teplotě t a "srovnávací" objemové hmotnosti r sr l o - hodnota součinitele tepelné vodivosti sledovaného materiálu při nulové vlhkosti, základní teplotě t o ( laboratorní cca 29 C ) a při měření zjištěné objemové hmotnosti w - hmotnostní vlhkost udaná v % t - teplota ve C a w - linearizovaný koeficient nárůstu součinitele tepelné vodivosti s vlhkostí materiálu a t - linearizovaný koeficient nárůstu součinitele tepelné vodivosti s teplotou materiálu a r - linearizovaný koeficient nárůstu součinitele tepelné vodivosti s objemovou hmotností r - objemová hmotnost zjištěná na vzorku r sr - "srovnávací" objemová hmotnost

Vedení tepla Matematickým základem měřících metod je diferenciální rovnice vedení tepla: T cr t div l gradt qv T teplota t - čas q v - výkon tepelného zdroje v objemové jednotce látky r - objemová hmotnost materiálu Pro izotropní látky lze použít tvaru: T cr t 2 T l 2 x 2 T 2 y 2 T 2 z q v x, y, z kartézské souřadnice V rovnici se vyskytují dvě základní termofyzikální veličiny - součinitel tepelné vodivosti λ a měrná tepelná kapacita c. Po vydělení rovnice součinem cr se objevuje jako neznámá, spolu s měrnou tepelnou kapacitou c, součinitel teplotní vodivosti a. Najitím vhodného řešení při daných počátečních a okrajových podmínkách je možno tyto veličiny měřit.

Rozdělení měřících metod Základem všech metod je znalost rozložení teplot ve vzorku. Tvar tohoto rozložení závisí především na působení a tvaru tepelného zdroje, takže rozdělení metod je dle těchto faktorů: Bezzdrojové metody Zdrojové metody 1. Bezzdrojové metody Při řešení rovnice jsou charakterizovány hodnotou qv = 0, teplota vzorku se moduluje stykem s jinou látkou nebo prostředím, které má úlohu nekonečného tepelného zásobníku. stacionární - časová derivace teploty je rovna nule, tzn. měření se provádí za ustáleného stavu nestacionární - časová derivace teploty není rovna nule, tzn. měření se provádí v přechodovém stavu. Dále se dělí dle modulace teploty na měřeném vzorku. Součinitel tepelné vodivosti l je možné měřit oběma druhy metod, avšak součinitel teplotní vodivosti a pouze metodami nestacionárními.

2. Zdrojové metody Při řešení rovnice jsou charakterizovány hodnotou qv 0, na vzorku ( popř. uvnitř ) působí zjevný tepelný zdroj. Dále se dělí: dle tvaru působícího zdroje ( bodový, liniový, plošný, objemový, kombinovaný ) dle časového průběhu tepelného příkonu zdroje ( impulzové zdroje, konstantně, periodicky a všeobecně působící zdroje ) dle tvaru měřeného vzorku ( vzorky nedefinovaného tvaru - nekonečné a polonekonečné prostředí, vzorky definovaného geometrického tvaru - destičky, válce, koule atd., velmi tenké destičky a tenké vrstvy ) Tyto tři faktory je možno různě kombinovat, takže počet výsledných kombinací pro měření je značný. Volba dané kombinace je tedy závislá na konkrétních požadovcích na výsledky měření. Nutno uvážit požadavky na přesnost a rychlost měření, tvar vzorků a okolnosti měření ( např. měření při vysokých teplotách, v silném magnetickém poli atd. ).

Chyby měření U všech metod je nutné zhodnotit zkreslující vlivy různých činitelů na měření a následně vzniklé chyby měření. Ty je možno rozdělit na chyby: vzniklé používáním přibližných vztahů vzniklé tepelnými ztrátami při měření související s měřením teploty související s kontaktními jevy zaviněné kolísáním teploty v okolí zaviněné setrvačností tepelného indikátoru a měřícího přístroje ( nestacionární metody )

1. Fáze Přírodní materiály: r d = 750 kg/m 3 r d = 1250 kg/m 3 r d = 1750 kg/m 3 Podmínky při zkouškách: w = 0 40% t = 0 180 C atmosférický tlak

thermal conductivity l [Wm -1 K -1 ] Závislost tepelné vodivosti λ na vlhkosti w t = 0,150 C, přírodní materiál 2,0 1,5 1,0 0,5 ~ 1750 kg/m 3 ~ 1200 kg/m 3 ~ 750 kg/m 3 t = 150 C t = 0 C 0,0 0 5 10 15 20 25 30 35 water content w [%]

thermal conductivity l [Wm -1 K -1 ] Závislost tepelné vodivosti l na obj. hmotnosti r d w = 0%, t = 30 C přírodní bent. z lokalit: Stránce, Rokle, Hroznětín; průmyslové bent. - G, RMN 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 Stránce, Rokle, Hroznětín 0,2 0,1 0,0 Rokle Stránce Hroznětín RMN bentonite G Zřejmý vliv zrnitosti podíl jemných částic: bent. G > RMN > Rokle, Stránce 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 dry density r d [kg/m 3 ]

2. Fáze Směsi bentonitu RMN s pískem a grafitem: r d = 950 kg/m 3 r d = 1800 kg/m 3 Podmínky při testech: w = 0 40% t = cca 25 C atmosférický tlak

směsi RMN, 10% písku a 0-20% grafitu

Závislost tepelné vodivosti l na obj. hmotnosti r d t = 30 C, w = 0%, RMN + 10% písek+ 0-20% grafit 1,8 thermal conductivity l [ Wm -1 K -1 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 y = 0,00157x - 1,25 R 2 = 0,99 y = 0,00147x - 1,24 R 2 = 0,95 y = 0,00109x - 0,90 R 2 = 0,97 y = 0,00066x - 0,55 R 2 = 0,87 y = 0,00055x - 0,46 R 2 = 0,95 graphite 20% graphite 15% graphite 10% graphite 5% graphite 0% RMN y = 0,00050x - 0,35 R 2 = 0,98 0,0 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 dry density r d [ kg/m 3 ]

l [ Wm -1 K -1 Závislost tepelné vodivosti l na vlhkosti w t = 30 C, 950 a 1800 kg/m 3, RMN + 10% písek + 0-20% grafit 3,5 3,0 graphite 20% 2,5 graphite 15% 2,0 1,5 compacted blocks r d = 1800 kg/m 3 graphite 10% graphite 5% graphite 0% RMN 1,0 0,5 0,0 r d = 950kg/m 3 0 5 10 15 20 25 30 water content w [ % ]

3. FÁZE Simulace skutečných podmínek v HÚ - APT-P01: t = 20-200 C saturace vzorku (granitická voda) měření bobtnacího tlaku - do 20MPa Směs 85% RMN + 10% písek + 5% grafit, FEBEX bent., MX 80 - Wyoming

swelling pressure ssw [ MPa ] Bobtnací tlak, tepelná vodivost a měrná tepelná kapacita RMN + 10% písek + 5% grafit lisovaný vzorek [r d = 1795 kg/m 3 ], w init = 7,9% 4,5 260 4,0 3,5 3,0 2,5 initial (100%) values l = 1,45 W/mK c = 1085 J/kgK w = 7,9 % Sr = 0,42 final values l = 3,51 W/mK c = 1401 J/kgK w = 25,4% Sr = 1,36 240 220 200 180 2,0 160 l, c [ % ] 1,5 140 1,0 120 0,5 100 0,0 0 6 12 18 24 30 36 42 80 time [day]

swelling pressure ssw [ MPa ] l,c [ % ] steam pressure [ kpa ] temperature [ C ] Bobtnací tlak, tlak par, teplota, tepelná vodivost, měrná tepelná kapacita, l, c MX80, lisovaný vzorek [r d =1699 kg/m 3 ], w init = 7% 4,0 3,5 3,0 initial (100%) values l = 0,88 W/mK c = 1049 J/kgK w = 9,2 % Sr = 0,42 250 225 200 175 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 final values l = 1,87 W/mK c = 1381J/kgK w = 30,1 % Sr = 1,26 150 125 100 75 50 25 0 0,0-25 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 time [day]

Koroze 85% RMN, 10% písek, 5% grafit 30dní 80 C černý antikorozní nástřik po testu při t = 80 C 3 testy při t =80-180 C