बांधकामाचे प्रमाण कोणतेही असो, प्रकल्प विकसित करणे ही पहिली पायरी आहे. रेखाचित्रे केवळ संरचनेची भूमितीच नव्हे तर मुख्य थर्मल वैशिष्ट्यांची गणना देखील प्रतिबिंबित करतात. हे करण्यासाठी, आपल्याला बांधकाम साहित्याची थर्मल चालकता माहित असणे आवश्यक आहे. बांधकामाचे मुख्य उद्दिष्ट टिकाऊ संरचना, टिकाऊ संरचना तयार करणे आहे जे जास्त गरम खर्चाशिवाय आरामदायक आहेत. या संदर्भात, सामग्रीच्या थर्मल चालकता गुणांकांचे ज्ञान अत्यंत महत्वाचे आहे.
विटांची थर्मल चालकता चांगली असते
निर्देशकाची वैशिष्ट्ये
थर्मल चालकता हा शब्द अधिक तापलेल्या वस्तूंपासून कमी तापलेल्या वस्तूंकडे औष्णिक ऊर्जेच्या हस्तांतरणास सूचित करतो. तापमान समतोल होईपर्यंत एक्सचेंज चालू राहते.
खोलीतील तापमान सभोवतालच्या तपमानाच्या अनुषंगाने किती कालावधीसाठी उष्णता हस्तांतरण निर्धारित केले जाते. हा मध्यांतर जितका लहान असेल तितकी इमारत सामग्रीची उष्णता चालकता जास्त असेल.
उष्णतेची चालकता वैशिष्ट्यीकृत करण्यासाठी, थर्मल चालकता गुणांकाची संकल्पना वापरली जाते, जी अशा आणि अशा वेळी अशा पृष्ठभागाच्या क्षेत्रातून किती उष्णता जाते हे दर्शवते. हा निर्देशक जितका जास्त असेल तितका उष्णता एक्सचेंज जास्त असेल आणि इमारत खूप वेगाने थंड होईल. अशा प्रकारे, संरचना तयार करताना, किमान उष्णता चालकतेसह बांधकाम साहित्य वापरण्याची शिफारस केली जाते.
या व्हिडिओमध्ये तुम्ही बांधकाम साहित्याच्या थर्मल चालकतेबद्दल शिकाल:
उष्णतेचे नुकसान कसे ठरवायचे
इमारतीचे मुख्य घटक ज्याद्वारे उष्णता बाहेर पडते:
- दरवाजे (5-20%);
- लिंग (10-20%);
- छप्पर (15-25%);
- भिंती (15-35%);
- विंडोज (5-15%).
थर्मल इमेजर वापरून उष्णता कमी होण्याची पातळी निश्चित केली जाते. लाल सर्वात कठीण क्षेत्रे दर्शविते, पिवळे आणि हिरवे उष्णतेचे कमी नुकसान दर्शवितात. कमीत कमी नुकसान असलेले क्षेत्र निळ्या रंगात हायलाइट केले आहेत. थर्मल चालकता मूल्य प्रयोगशाळेच्या परिस्थितीत निर्धारित केले जाते आणि सामग्रीला गुणवत्ता प्रमाणपत्र दिले जाते.
थर्मल चालकतेचे मूल्य खालील पॅरामीटर्सवर अवलंबून असते:
- सच्छिद्रता. छिद्र संरचनेची विषमता दर्शवतात. जेव्हा उष्णता त्यांच्यामधून जाते, तेव्हा थंड होणे कमीतकमी असेल.
- आर्द्रता. उच्च पातळीची आर्द्रता छिद्रांमधून द्रवाच्या थेंबांद्वारे कोरड्या हवेचे विस्थापन करण्यास प्रवृत्त करते, म्हणूनच मूल्य अनेक पटींनी वाढते.
- घनता. उच्च घनता कणांमधील अधिक सक्रिय परस्परसंवादाला प्रोत्साहन देते. परिणामी, उष्णता विनिमय आणि तापमान संतुलन जलद पुढे जाते.
थर्मल चालकता गुणांक
घरातील उष्णतेचे नुकसान अपरिहार्य आहे आणि जेव्हा बाहेरचे तापमान आतील तापमानापेक्षा कमी असते तेव्हा असे होते. तीव्रता परिवर्तनीय असते आणि ती अनेक घटकांवर अवलंबून असते, मुख्य म्हणजे खालीलप्रमाणे:
- उष्णता एक्सचेंजमध्ये सामील असलेल्या पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ.
- बांधकाम साहित्य आणि बांधकाम घटकांचे थर्मल चालकता सूचक.
- तापमानात फरक.
ग्रीक अक्षर λ हे बांधकाम साहित्याची थर्मल चालकता दर्शविण्यासाठी वापरले जाते. मापनाचे एकक - W/(m×°C). एक मीटर जाडीच्या भिंतीच्या 1 m² साठी गणना केली जाते. येथे 1 डिग्री सेल्सिअस तापमानाचा फरक गृहीत धरला जातो.
केस स्टडी
पारंपारिकपणे, सामग्री थर्मल इन्सुलेशन आणि स्ट्रक्चरलमध्ये विभागली जाते. नंतरचे सर्वात जास्त थर्मल चालकता आहे; ते भिंती, छत आणि इतर कुंपण बांधण्यासाठी वापरले जातात. सामग्रीच्या सारणीनुसार, प्रबलित कंक्रीटपासून बनवलेल्या भिंती बांधताना, पर्यावरणासह कमी उष्णता विनिमय सुनिश्चित करण्यासाठी, त्यांची जाडी अंदाजे 6 मीटर असावी रचना अवजड आणि महाग असेल.
जर डिझाईन दरम्यान थर्मल चालकता चुकीच्या पद्धतीने मोजली गेली असेल, तर भविष्यातील घरातील रहिवासी ऊर्जा स्त्रोतांकडून केवळ 10% उष्णतेसह समाधानी असतील. म्हणून, मानक बांधकाम साहित्यापासून बनवलेल्या घरांना अतिरिक्तपणे इन्सुलेट करण्याची शिफारस केली जाते.
इन्सुलेशन योग्यरित्या वॉटरप्रूफिंग करताना, उच्च आर्द्रता थर्मल इन्सुलेशनच्या गुणवत्तेवर परिणाम करत नाही आणि उष्णता हस्तांतरणासाठी संरचनेचा प्रतिकार जास्त होईल.
सर्वोत्तम पर्याय म्हणजे इन्सुलेशन वापरणे
सर्वात सामान्य पर्याय म्हणजे अतिरिक्त थर्मल इन्सुलेशनसह उच्च-शक्तीच्या सामग्रीपासून बनवलेल्या समर्थन संरचनेचे संयोजन. उदाहरणार्थ:
- फ्रेम हाऊस. इन्सुलेशन स्टड दरम्यान ठेवले आहे. कधीकधी, उष्णता हस्तांतरणात किंचित घट झाल्यास, मुख्य फ्रेमच्या बाहेरील बाजूस अतिरिक्त इन्सुलेशन आवश्यक असते.
- मानक साहित्य पासून बांधकाम. जेव्हा भिंती विट किंवा सिंडर ब्लॉक असतात तेव्हा बाहेरून इन्सुलेशन केले जाते.
बाह्य भिंतींसाठी बांधकाम साहित्य
आज भिंती वेगवेगळ्या सामग्रीपासून बनविल्या जातात, परंतु सर्वात लोकप्रिय राहिले: लाकूड, वीट आणि बिल्डिंग ब्लॉक्स. मुख्य फरक बांधकाम साहित्याच्या घनता आणि थर्मल चालकता मध्ये आहेत. तुलनात्मक विश्लेषण आपल्याला या पॅरामीटर्समधील संबंधांमध्ये एक मध्यम जमीन शोधण्याची परवानगी देते. घनता जितकी जास्त असेल तितकी सामग्रीची लोड-असर क्षमता आणि म्हणूनच संपूर्ण संरचनेची. परंतु थर्मल प्रतिरोध कमी होतो, म्हणजेच ऊर्जा खर्च वाढतो. सहसा कमी घनतेवर सच्छिद्रता असते.
थर्मल चालकता गुणांक आणि त्याची घनता.
भिंतींसाठी इन्सुलेशन
जेव्हा बाह्य भिंतींचे थर्मल प्रतिरोध पुरेसे नसते तेव्हा इन्सुलेशन सामग्री वापरली जाते. सामान्यतः, आरामदायक इनडोअर मायक्रोक्लीमेट तयार करण्यासाठी 5-10 सेमी जाडी पुरेसे असते.
गुणांक λ चे मूल्य खालील तक्त्यामध्ये दिले आहे.
थर्मल चालकता सामग्रीची स्वतःद्वारे उष्णता प्रसारित करण्याची क्षमता मोजते. हे रचना आणि संरचनेवर मोठ्या प्रमाणात अवलंबून असते. धातू आणि दगड यांसारखे घन पदार्थ हे उष्णतेचे चांगले वाहक असतात, तर वायू आणि सच्छिद्र इन्सुलेशनसारखे कमी घनतेचे पदार्थ खराब वाहक असतात.
पदार्थाच्या थर्मल चालकतेचा अभ्यास करण्यासाठी, पद्धतींचे दोन गट वापरले जातात: स्थिर आणि नॉन-स्टेशनरी.
स्थिर पद्धतींचा सिद्धांत सोपा आणि अधिक पूर्णपणे विकसित झाला आहे. परंतु स्थिर नसलेल्या पद्धती, तत्त्वतः, थर्मल चालकता गुणांक व्यतिरिक्त, थर्मल डिफ्यूसिव्हिटी गुणांक आणि उष्णता क्षमतेबद्दल माहिती मिळवणे शक्य करतात. म्हणूनच, पदार्थांच्या थर्मोफिजिकल गुणधर्मांचे निर्धारण करण्यासाठी नॉन-स्टेशनरी पद्धतींच्या विकासाकडे अलीकडे जास्त लक्ष दिले गेले आहे.
पदार्थांची थर्मल चालकता निश्चित करण्यासाठी काही स्थिर पद्धतींची येथे चर्चा केली आहे.
अ) सपाट थर पद्धत.सपाट थरातून एक-आयामी उष्णता प्रवाहासाठी, थर्मल चालकता गुणांक सूत्राद्वारे निर्धारित केला जातो
कुठे डी-जाडी, ट 1 आणि ट 2 - नमुन्याच्या "गरम" आणि "थंड" पृष्ठभागाचे तापमान.
या पद्धतीचा वापर करून थर्मल चालकता अभ्यासण्यासाठी, एक-आयामी जवळ उष्णता प्रवाह तयार करणे आवश्यक आहे.
सामान्यतः, तापमान नमुन्याच्या पृष्ठभागावर मोजले जात नाही, परंतु त्यांच्यापासून काही अंतरावर मोजले जाते (चित्र 2 पहा), म्हणून हीटर आणि कूलरच्या थरातील तापमानाच्या फरकासाठी मोजलेल्या तापमानातील फरकामध्ये सुधारणा करणे आवश्यक आहे. संपर्कांचा थर्मल प्रतिकार कमी करा.
द्रवपदार्थांचा अभ्यास करताना, संवहनाची घटना दूर करण्यासाठी, तापमान ग्रेडियंट गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रासह (खाली) निर्देशित करणे आवश्यक आहे.
तांदूळ. 2. थर्मल चालकता मोजण्यासाठी फ्लॅट लेयर पद्धतींचा आकृती.
1 - अभ्यासाधीन नमुना; 2 - हीटर; 3 - रेफ्रिजरेटर; 4, 5 - इन्सुलेट रिंग; 6 - सुरक्षा हीटर्स; 7 - थर्मोकूपल्स; 8, 9 - विभेदक थर्मोकूपल्स.
ब) जेगर पद्धत.ही पद्धत एक-आयामी उष्णता समीकरण सोडविण्यावर आधारित आहे जी विद्युत प्रवाहाने गरम केलेल्या रॉडसह उष्णतेच्या प्रसाराचे वर्णन करते. या पद्धतीचा वापर करण्यात अडचण नमुन्याच्या बाह्य पृष्ठभागावर कठोर ॲडिबॅटिक परिस्थिती निर्माण करण्याची अशक्यता आहे, जी उष्णता प्रवाहाच्या एक-आयामीतेचे उल्लंघन करते.
गणना सूत्र असे दिसते:
(14)
कुठे s- चाचणी नमुन्याची विद्युत चालकता, यू- रॉडच्या टोकाला असलेल्या अत्यंत बिंदूंमधील व्होल्टेज ड्रॉप, डी.टी.- रॉडच्या मध्यभागी आणि रॉडच्या शेवटी असलेल्या बिंदूमधील तापमानाचा फरक.
तांदूळ. 3. जेगर पद्धतीची योजना.
1 - विद्युत भट्टी; 2 - नमुना; 3 - नमुना बांधण्यासाठी ट्रिनियन्स; T 1 ¸ T 6 – थर्मोकपल्स सील केलेली ठिकाणे.
ही पद्धत विद्युत प्रवाहकीय सामग्रीच्या अभ्यासात वापरली जाते.
V) दंडगोलाकार थर पद्धत.अभ्यासाखालील द्रव (बल्क मटेरियल) दोन सिलेंडर्सद्वारे तयार केलेला एक दंडगोलाकार थर भरतो, बहुतेकदा अंतर्गत एक हीटर असतो (चित्र 4).
अंजीर. 4. दंडगोलाकार थर पद्धतीची योजना
1 - आतील सिलेंडर; 2 - मुख्य हीटर; 3 - चाचणी पदार्थाचा थर; 4 - बाह्य सिलेंडर; 5 - थर्मोकूपल्स; 6 - सुरक्षा सिलेंडर; 7 - अतिरिक्त हीटर्स; 8 - शरीर.
दंडगोलाकार भिंतीमध्ये थर्मल चालकतेच्या स्थिर प्रक्रियेचा अधिक तपशीलवार विचार करूया, ज्याच्या बाह्य आणि आतील पृष्ठभागांचे तापमान स्थिर आणि टी 1 आणि टी 2 सारखे असते (आमच्या बाबतीत, हा पदार्थाचा थर आहे. अभ्यास अंतर्गत 5). भिंतीवरून उष्णतेचा प्रवाह निश्चित करू या बशर्ते की दंडगोलाकार भिंतीचा आतील व्यास d 1 = 2r 1 असेल आणि बाह्य व्यास d 2 = 2r 2, l = const असेल आणि उष्णता केवळ रेडियल दिशेने पसरते.
समस्येचे निराकरण करण्यासाठी, आम्ही समीकरण (12) वापरतो. दंडगोलाकार निर्देशांकांमध्ये, जेव्हा 
; समीकरण (12), (1O) नुसार, फॉर्म घेते:
. (15)
नोटेशनचा परिचय करून देऊ dT/डॉ= 0, आम्हाला मिळते
ही अभिव्यक्ती एकत्रित आणि सक्षम केल्यानंतर, मूळ व्हेरिएबल्सकडे गेल्यावर, आम्हाला मिळते:
. (16)
या समीकरणावरून पाहिले जाऊ शकते, अवलंबित्व T=f(r) लॉगरिदमिक आहे.
या समीकरणामध्ये सीमा परिस्थिती बदलल्यास C 1 आणि C 2 एकीकरण स्थिरांक निर्धारित केले जाऊ शकतात:
येथे r=r 1 T = T 1आणि T 1 =C 1 ln r 1 + C 2,
येथे r=r 2 T=T 2आणि T 2 =C 1 ln r 2 + C 2.
या समीकरणांचे समाधान सापेक्ष आहे सह 1 आणि C 2देते:
; 
त्याऐवजी हे अभिव्यक्ती बदलत आहे क १आणि C 2समीकरण (1b) मध्ये, आपल्याला मिळते
(17)
त्रिज्येच्या बेलनाकार पृष्ठभागाच्या क्षेत्रातून उष्णतेचा प्रवाह आरआणि फुरियरचा नियम वापरून लांबी निश्चित केली जाते (5)
.
प्रतिस्थापनानंतर आम्हाला मिळते
. (18)
ज्ञात मूल्यांसाठी थर्मल चालकता गुणांक l प्र, ट 1 , ट 2 , d 1 , d 2, सूत्रानुसार गणना केली
. (19)
संवहन दाबण्यासाठी (द्रवाच्या बाबतीत), दंडगोलाकार थराची जाडी लहान असणे आवश्यक आहे, सामान्यतः मिलिमीटरचा एक अंश.
दंडगोलाकार थर पद्धतीमध्ये अंतिम नुकसान कमी करणे हे गुणोत्तर वाढवून साध्य केले जाते / dआणि सुरक्षा हीटर्स.
जी) गरम वायर पद्धत.या पद्धतीत संबंध/ dकमी झाल्यामुळे वाढते d. आतील सिलेंडर एका पातळ वायरने बदलले आहे, जे हीटर आणि प्रतिरोधक थर्मामीटर दोन्ही आहे (चित्र 5). डिझाइनची सापेक्ष साधेपणा आणि सिद्धांताच्या तपशीलवार विकासाच्या परिणामी, गरम वायर पद्धत सर्वात प्रगत आणि अचूक बनली आहे. द्रव आणि वायूंच्या थर्मल चालकतेच्या प्रायोगिक अभ्यासाच्या अभ्यासामध्ये, ते अग्रगण्य स्थान व्यापते.
तांदूळ. 5. तापलेल्या वायर पद्धतीचा वापर करून तयार केलेल्या मोजमाप सेलचे आकृती. 1 – मापन वायर, 2 – ट्यूब, 3 – चाचणी पदार्थ, 4 – वर्तमान लीड्स, 5 – संभाव्य लीड्स, 6 – बाह्य थर्मामीटर.
विभाग AB मधून संपूर्ण उष्णतेचा प्रवाह त्रिज्येने वाढतो आणि तापमानातील फरक T 1 – T 2 मोठा नसतो अशा स्थितीत, या मर्यादेत आपण l = const चा विचार करू शकतो, पदार्थाचा थर्मल चालकता गुणांक सूत्राद्वारे निर्धारित केला जातो.
, (20)
कुठे प्रएबी = T×U AB ही वायरवर सोडलेली शक्ती आहे.
e) बॉल पद्धत.द्रव आणि मोठ्या प्रमाणात सामग्रीच्या थर्मल चालकतेचा अभ्यास करण्याच्या सराव मध्ये अनुप्रयोग शोधतो. अभ्यासाखालील पदार्थाला गोलाकार थराचा आकार दिला जातो, जो तत्त्वतः, अनियंत्रित उष्णतेचे नुकसान दूर करण्यास अनुमती देतो. तांत्रिकदृष्ट्या, ही पद्धत खूपच क्लिष्ट आहे.
कामाचे ध्येय: गुणांकाचे प्रायोगिक निर्धारण करण्याच्या पद्धतीचा अभ्यास
प्लेट पद्धतीने घन पदार्थांची थर्मल चालकता.
व्यायाम करा:1. अभ्यासाधीन सामग्रीचे थर्मल चालकता गुणांक निश्चित करा.
2. तापमानावरील थर्मल चालकता गुणांकाची अवलंबित्व निश्चित करा
सामग्रीचा अभ्यास केला जात आहे.
मूलभूत तरतुदी.
उष्णता विनिमयतापमानाच्या फरकाच्या उपस्थितीत अवकाशात उष्णता हस्तांतरणाची उत्स्फूर्त अपरिवर्तनीय प्रक्रिया आहे. उष्णता हस्तांतरणाच्या तीन मुख्य पद्धती आहेत, ज्या त्यांच्या भौतिक स्वरूपामध्ये लक्षणीय भिन्न आहेत:
औष्मिक प्रवाहकता;
संवहन;
थर्मल विकिरण.
सराव मध्ये, उष्णता, एक नियम म्हणून, एकाच वेळी अनेक मार्गांनी हस्तांतरित केली जाते, परंतु उष्णता हस्तांतरणाच्या प्राथमिक प्रक्रियेचा अभ्यास केल्याशिवाय या प्रक्रियांचे ज्ञान अशक्य आहे.
औष्मिक प्रवाहकतासूक्ष्म कणांच्या थर्मल हालचालीमुळे होणारी उष्णता हस्तांतरणाची प्रक्रिया आहे. वायू आणि द्रवांमध्ये, थर्मल चालकतेद्वारे उष्णता हस्तांतरण अणू आणि रेणूंच्या प्रसाराद्वारे होते. घन पदार्थांमध्ये, पदार्थाच्या संपूर्ण व्हॉल्यूममध्ये अणू आणि रेणूंची मुक्त हालचाल अशक्य आहे आणि विशिष्ट समतोल स्थितींच्या सापेक्ष केवळ त्यांच्या कंपन गतीपर्यंत कमी होते. म्हणून, घन पदार्थांमध्ये थर्मल चालकतेची प्रक्रिया या दोलनांच्या मोठेपणात वाढ झाल्यामुळे होते, ज्याचा प्रसार शरीराच्या संपूर्ण खंडामध्ये दोलन कणांमधील बल क्षेत्रांच्या व्यत्ययामुळे होतो. धातूंमध्ये, थर्मल चालकतेद्वारे उष्णता हस्तांतरण केवळ क्रिस्टल जाळीच्या नोड्सवर स्थित आयन आणि अणूंच्या कंपनांमुळेच होत नाही तर मुक्त इलेक्ट्रॉनच्या हालचालीमुळे तथाकथित "इलेक्ट्रॉन वायू" तयार होते. मुक्त इलेक्ट्रॉनच्या रूपात अतिरिक्त थर्मल ऊर्जा वाहकांच्या धातूंच्या उपस्थितीमुळे, धातूंची थर्मल चालकता घन डायलेक्ट्रिक्सच्या तुलनेत लक्षणीयरीत्या जास्त असते.
थर्मल चालकता प्रक्रियेचा अभ्यास करताना, खालील मूलभूत संकल्पना वापरल्या जातात:
उष्णतेचे प्रमाण (प्र ) - संपूर्ण प्रक्रियेदरम्यान औष्णिक ऊर्जा उत्सर्जित होते - अनियंत्रित क्षेत्र F च्या पृष्ठभागाद्वारे. SI प्रणालीमध्ये ते जूल (J) मध्ये मोजले जाते.
उष्णता प्रवाह (औष्णिक उर्जा) (प्र) - अनियंत्रित क्षेत्र F च्या पृष्ठभागावरून प्रति युनिट वेळेत उत्तीर्ण होणाऱ्या उष्णतेचे प्रमाण.
एसआय प्रणालीमध्ये, उष्णता प्रवाह वॅट्स (डब्ल्यू) मध्ये मोजला जातो.
उष्णता प्रवाह घनता (q) - एका युनिटच्या पृष्ठभागावरून प्रति युनिट वेळेत उष्णतेचे प्रमाण.
SI प्रणालीमध्ये ते W/m2 मध्ये मोजले जाते.
तापमान फील्ड- शरीराने व्यापलेल्या जागेच्या सर्व बिंदूंवर दिलेल्या क्षणी तापमान मूल्यांचा संच. जर तापमान क्षेत्राच्या सर्व बिंदूंवरील तापमान कालांतराने बदलत नसेल तर अशा फील्डला म्हणतात स्थिर, जर ते बदलले तर - स्थिर नसलेला.
समान तापमान असलेल्या बिंदूंनी तयार केलेल्या पृष्ठभागांना म्हणतात समतापिक.
तापमान ग्रेडियंट (पदवीट) - वाढत्या तापमानाच्या दिशेने सामान्य बाजूने समतापीय पृष्ठभागाकडे निर्देशित केलेला एक सदिश आणि दोन समतापीय पृष्ठभागांमधील तापमान बदलाच्या गुणोत्तराची मर्यादा म्हणून त्यांच्यामध्ये अंतर शून्याकडे झुकत असताना त्यांच्यामध्ये साधारण अंतरापर्यंत म्हणून परिभाषित केले जाते. किंवा दुसऱ्या शब्दांत, तापमान ग्रेडियंट या दिशेने तापमानाचे व्युत्पन्न आहे.
तापमान ग्रेडियंट समस्थानिक पृष्ठभागाच्या सामान्य दिशेने तापमान बदलाचा दर दर्शवितो.
थर्मल चालकता प्रक्रिया थर्मल चालकता मूलभूत नियम द्वारे दर्शविले जाते - फोरियरचा कायदा(१८२२). या कायद्यानुसार, थर्मल चालकता द्वारे प्रसारित उष्णता प्रवाह घनता थेट तापमान ग्रेडियंटच्या प्रमाणात असते:
जेथे पदार्थाचा थर्मल चालकता गुणांक आहे, W/(mdeg).
(-) चिन्ह हे सूचित करते की उष्णतेचा प्रवाह आणि तापमान ग्रेडियंट विरुद्ध दिशेने आहेत.
थर्मल चालकता गुणांकयुनिटीच्या समान तापमान ग्रेडियंटसह युनिट पृष्ठभागाद्वारे प्रति युनिट वेळेत किती उष्णता हस्तांतरित केली जाते हे दर्शविते.
थर्मल चालकता गुणांक हे एखाद्या सामग्रीचे एक महत्त्वाचे थर्मोफिजिकल वैशिष्ट्य आहे आणि इमारती आणि संरचना, मशीन आणि उपकरणांच्या भिंती, थर्मल इन्सुलेशनची गणना तसेच केव्हा उष्णतेची हानी निर्धारित करण्याशी संबंधित थर्मल गणना करताना त्याचे ज्ञान आवश्यक आहे. इतर अनेक अभियांत्रिकी समस्या सोडवणे.
थर्मल चालकता आणखी एक महत्त्वाचा नियम आहे फोरियर-किर्चहॉफ कायदा, जे थर्मल चालकता दरम्यान स्पेस आणि वेळेत तापमान बदलांचे स्वरूप निर्धारित करते. त्याचे दुसरे नाव आहे भिन्न उष्णता समीकरण, कारण ते फूरियरच्या कायद्यावर आधारित गणितीय विश्लेषणाच्या सिद्धांताच्या पद्धतींद्वारे प्राप्त झाले होते. त्रिमितीय नॉन-स्टेशनरी तापमान फील्डसाठी, थर्मल चालकतेच्या विभेदक समीकरणाचे खालील स्वरूप आहे:
,
कुठे 
- थर्मल डिफ्यूसिव्हिटी गुणांक, सामग्रीच्या थर्मल जडत्व गुणधर्मांचे वैशिष्ट्य,
,C p, - अनुक्रमे, थर्मल चालकता गुणांक, आयसोबॅरिक उष्णता क्षमता आणि पदार्थाची घनता;
- Laplace ऑपरेटर.
एक-आयामी स्थिर तापमान क्षेत्रासाठी ( 
) थर्मल चालकतेचे विभेदक समीकरण साधे स्वरूप धारण करते
समीकरणे (1) आणि (2) एकत्र करून, शरीराद्वारे उष्णता प्रवाह घनता आणि वहनाद्वारे उष्णता हस्तांतरणादरम्यान शरीरातील तापमान बदलाचा नियम निर्धारित करणे शक्य आहे. उपाय प्राप्त करण्यासाठी, एक कार्य आवश्यक आहे अस्पष्टतेची परिस्थिती.
विशिष्टता अटी- विचाराधीन समस्या दर्शविणारा हा अतिरिक्त खाजगी डेटा आहे. यात समाविष्ट:
शरीराचा आकार आणि आकार दर्शविणारी भौमितिक परिस्थिती;
शरीराच्या भौतिक गुणधर्मांची वैशिष्ट्ये दर्शविणारी शारीरिक परिस्थिती;
वेळेच्या सुरुवातीच्या क्षणी तापमान वितरण दर्शविणारी तात्पुरती (प्रारंभिक) परिस्थिती;
शरीराच्या सीमेवर उष्णता एक्सचेंजची वैशिष्ट्ये दर्शविणारी सीमा परिस्थिती. 1ल्या, 2ऱ्या आणि 3ऱ्या प्रकारच्या सीमा अटी आहेत.
येथे पहिल्या प्रकारच्या सीमा परिस्थितीशरीराच्या पृष्ठभागावरील तापमानाचे वितरण निर्दिष्ट केले आहे. या प्रकरणात, शरीराद्वारे उष्णता प्रवाह घनता निर्धारित करणे आवश्यक आहे.
येथे 2 रा प्रकारची सीमा परिस्थितीउष्णता प्रवाह घनता आणि शरीराच्या पृष्ठभागांपैकी एकाचे तापमान निर्दिष्ट केले आहे. दुसर्या पृष्ठभागाचे तापमान निश्चित करणे आवश्यक आहे.
3 र्या प्रकारच्या सीमा परिस्थिती अंतर्गतशरीराच्या पृष्ठभागाच्या दरम्यान उष्णता हस्तांतरणाची परिस्थिती आणि त्यांना बाहेर धुणारे माध्यम माहित असणे आवश्यक आहे. या डेटावरून उष्णता प्रवाह घनता निर्धारित केली जाते. हे प्रकरण वहन आणि संवहनाद्वारे उष्णता हस्तांतरणाच्या एकत्रित प्रक्रियेचा संदर्भ देते, ज्याला म्हणतात उष्णता हस्तांतरण.
सपाट भिंतीतून उष्णता वहन करण्याच्या बाबतीत सर्वात सोप्या उदाहरणाचा विचार करूया. फ्लॅटज्याला भिंत म्हणतात ज्याची जाडी त्याच्या इतर दोन परिमाणे - लांबी आणि रुंदीपेक्षा लक्षणीयरीत्या कमी आहे. या प्रकरणात, विशिष्टतेच्या अटी खालीलप्रमाणे निर्दिष्ट केल्या जाऊ शकतात:
भौमितिक: भिंतीची जाडी ज्ञात आहे. तापमान क्षेत्र एक-आयामी आहे, म्हणून तापमान केवळ X अक्षाच्या दिशेने बदलते आणि उष्णता प्रवाह भिंतीच्या पृष्ठभागावर सामान्यपणे निर्देशित केला जातो;
शारीरिक: भिंत सामग्री आणि त्याची थर्मल चालकता गुणांक ज्ञात आहे, आणि संपूर्ण शरीरासाठी=const;
तात्पुरता: तापमान क्षेत्र कालांतराने बदलत नाही, उदा. स्थिर आहे;
सीमा परिस्थिती: पहिला प्रकार, भिंतीचे तापमान T 1 आणि T 2 आहे.
भिंतीची जाडी T=f(X) आणि wallq द्वारे उष्णता प्रवाह घनता सोबत तापमान बदलाचा नियम निर्धारित करणे आवश्यक आहे.
समस्येचे निराकरण करण्यासाठी आपण (1) आणि (3) समीकरणे वापरतो. स्वीकृत सीमा परिस्थिती (x=0T=T 1 वर; x=T=T 2 वर), समीकरण (3) च्या दुहेरी एकत्रीकरणानंतर, आम्ही भिंतीच्या जाडीसह तापमान बदलाचा नियम प्राप्त करतो.
,
सपाट भिंतीतील तापमानाचे वितरण आकृती 1 मध्ये दाखवले आहे.
आकृती क्रं 1. सपाट भिंतीमध्ये तापमान वितरण.
उष्मा प्रवाह घनता नंतर अभिव्यक्तीनुसार निर्धारित केली जाते
,
थर्मल चालकता गुणांक सैद्धांतिकदृष्ट्या निर्धारित केल्याने आधुनिक अभियांत्रिकी सरावासाठी आवश्यक असलेल्या निकालाची अचूकता मिळू शकत नाही, म्हणून त्याचे प्रायोगिक निर्धारण हा एकमेव विश्वासार्ह मार्ग आहे.
fis निर्धारित करण्यासाठी सुप्रसिद्ध प्रायोगिक पद्धतींपैकी एक सपाट थर पद्धत. या पद्धतीनुसार, सपाट भिंतीच्या सामग्रीचे थर्मल चालकता गुणांक समीकरणाच्या आधारे निर्धारित केले जाऊ शकते (5)
;
या प्रकरणात, थर्मल चालकता गुणांकाचे प्राप्त मूल्य सरासरी तापमान T m = 0.5 (T 1 + T 2) संदर्भित करते.
भौतिक साधेपणा असूनही, या पद्धतीच्या व्यावहारिक अंमलबजावणीमध्ये अभ्यासाधीन नमुन्यांमध्ये एक-आयामी स्थिर तापमान क्षेत्र तयार करण्यात आणि उष्णतेचे नुकसान लक्षात घेण्याच्या अडचणींशी संबंधित स्वतःच्या अडचणी आहेत.
प्रयोगशाळेच्या स्टँडचे वर्णन.
वास्तविक भौतिक प्रक्रियेच्या सिम्युलेशनच्या पद्धतीवर आधारित प्रयोगशाळेच्या स्थापनेवर थर्मल चालकता गुणांकाचे निर्धारण केले जाते. इंस्टॉलेशनमध्ये कामाच्या क्षेत्राच्या लेआउटशी कनेक्ट केलेला पीसी असतो, जो मॉनिटर स्क्रीनवर प्रदर्शित होतो. कार्यरत क्षेत्र वास्तविक क्षेत्राशी साधर्म्य करून तयार केले गेले आहे आणि त्याचे आकृती अंजीर मध्ये सादर केले आहे. 2.
अंजीर.2. इंस्टॉलेशनच्या कामकाजाच्या क्षेत्राचे आकृती
कार्यरत विभागात 2 फ्लोरोप्लास्टिक नमुने 12 असतात, ज्याची जाडी = 5 मिमी आणि d = 140 मिमी व्यासासह डिस्कच्या स्वरूपात बनविली जाते. नमुने h = 12 मिमी आणि व्यास d n = 146 मिमी आणि पाण्याने थंड केलेले रेफ्रिजरेटर 10 हीटर 10 मध्ये ठेवले आहेत. उष्णतेच्या प्रवाहाची निर्मिती R = 41 Ohm च्या विद्युतीय प्रतिकारासह गरम घटकाद्वारे आणि थंड पाण्याच्या निर्देशित अभिसरणासाठी सर्पिल खोबणीसह रेफ्रिजरेटर 11 द्वारे केले जाते. अशा प्रकारे, अभ्यासाधीन फ्लोरोप्लास्टिक नमुन्यांमधून जाणारा उष्णता प्रवाह रेफ्रिजरेटरमधून वाहणाऱ्या पाण्याद्वारे वाहून जातो. हीटरमधील उष्णतेचा काही भाग शेवटच्या पृष्ठभागातून वातावरणात जातो, म्हणून, हे रेडियल नुकसान कमी करण्यासाठी, एस्बेस्टोस सिमेंटचे थर्मल इन्सुलेट आवरण 13 प्रदान केले जाते (k = 0.08 W/(mdeg)). h k = 22 mm ची उंची असलेले आवरण एका पोकळ सिलेंडरच्या स्वरूपात बनवले जाते ज्याचा अंतर्गत व्यास d h = 146 mm आणि बाह्य व्यास d k = 190 mm आहे. तापमान सात क्रोमल-कॉपेल थर्मोकूपल्स (प्रकार XK) pos वापरून मोजले जाते. 1…7, कार्यरत क्षेत्राच्या विविध बिंदूंवर स्थापित. तापमान सेन्सर स्विच 15 तुम्हाला सर्व सात तापमान सेन्सरचे थर्मो-ईएमएफ अनुक्रमे मोजण्याची परवानगी देतो. थर्मोकूपल 7 हे उष्णता-इन्सुलेटिंग आवरणाच्या बाहेरील पृष्ठभागावर स्थापित केले आहे जेणेकरुन त्यातून उष्णता गळती होईल.
कामाचा क्रम.
३.१. प्लेट्स Tg च्या गरम पृष्ठभागाचे तापमान 35°C ते 120°C पर्यंत सेट करून इंस्टॉलेशनच्या ऑपरेशनचा तापमान मोड निवडला जातो.
३.२. इन्स्टॉलेशन कन्सोलवर, इलेक्ट्रिक हीटर U वर व्होल्टेज रेकॉर्ड करणाऱ्या इंडिकेटर उपकरणांच्या पॉवर सप्लायसाठी टॉगल स्विच, तापमान सेन्सर्स ई चे थर्मो-ईएमएफ आणि हीटिंग चालू करण्यासाठी टॉगल स्विच क्रमशः चालू केले जातात.
३.३. रिओस्टॅट नॉब सहजतेने फिरवून, हीटरवर इच्छित व्होल्टेज सेट केला जातो. रिओस्टॅट स्टेप व्हर्जनमध्ये बनवले जाते, त्यामुळे व्होल्टेज टप्प्याटप्प्याने बदलते. अंजीर 3 मध्ये सादर केलेल्या अवलंबनानुसार व्होल्टेज U आणि तापमान T g एकमेकांशी सुसंगत असणे आवश्यक आहे.
अंजीर.3. कार्यरत हीटिंग झोन.
३.४. स्विच 15 वापरून तापमान सेन्सरची अनुक्रमिक चौकशी करून, सात थर्मोकपल्सची थर्मो-ईएमएफ मूल्ये निर्धारित केली जातात, जी, मूल्य U सह, प्रयोग प्रोटोकॉलमध्ये प्रविष्ट केली जातात (तक्ता 1 पहा). रीडिंगची नोंदणी कंट्रोल पॅनलवरील इंडिकेटर उपकरणांचा वापर करून केली जाते, ज्याचे रीडिंग पीसी मॉनिटरवर डुप्लिकेट केले जाते.
३.५. प्रयोगाच्या शेवटी, स्थापनेच्या सर्व नियामक संस्था त्यांच्या मूळ स्थितीत हस्तांतरित केल्या जातात.
३.६. पुनरावृत्ती प्रयोग केले जातात (त्यांची एकूण संख्या किमान 3 असणे आवश्यक आहे) आणि परिच्छेदांमध्ये विहित केलेल्या पद्धतीने Tg च्या इतर मूल्यांवर. ३.१…३.५.
मापन परिणामांवर प्रक्रिया करणे.
४.१. क्रोमल-कॉपेल थर्मोकूपलच्या कॅलिब्रेशन वैशिष्ट्यानुसार, तापमान सेन्सर्सचे वाचन 
केल्विन स्केलवर अंशांमध्ये रूपांतरित केले जातात. 
.
४.२. नमुन्यांच्या अंतर्गत गरम आणि बाह्य थंड पृष्ठभागांचे सरासरी तापमान निर्धारित केले जाते
जेथे मी थर्मोकूपल क्रमांक आहे.
४.३. इलेक्ट्रिक हीटरद्वारे व्युत्पन्न होणारा एकूण उष्णता प्रवाह निर्धारित केला जातो
, प
जेथे U हा विद्युत प्रवाह व्होल्टेज आहे, V;
R= 41 Ohm - इलेक्ट्रिक हीटरचा प्रतिकार.
४.४. आवरणाद्वारे उष्णता हस्तांतरणाच्या परिणामी गमावलेला उष्णता प्रवाह निश्चित केला जातो
जेथे k हा केसिंगद्वारे उष्णता हस्तांतरणाची प्रक्रिया दर्शविणारा गुणांक आहे.
, W/(m 2 deg)
जेथे k = 0.08 W/(mdeg) – आवरण सामग्रीचे थर्मल चालकता गुणांक;
d n = 0.146 m – हीटरचा बाह्य व्यास;
dк = 0.190 मी - आवरणाचा बाह्य व्यास;
h n = 0.012 m – हीटरची उंची;
h k = 0.022 m – आवरणाची उंची.
टी टी - केसिंगच्या बाह्य पृष्ठभागाचे तापमान, 7 व्या थर्मोकूपलद्वारे निर्धारित केले जाते
४.५. अभ्यासाखालील नमुन्यांमधून जाणारा उष्णता प्रवाह थर्मल चालकता द्वारे निर्धारित केला जातो
, प
४.६. अभ्यासाखालील सामग्रीचे थर्मल चालकता गुणांक निर्धारित केले जाते
, W/(mdeg) 
जेथे Q थर्मल चालकता, W द्वारे अभ्यासाखालील नमुन्यातून जाणारा उष्णता प्रवाह आहे;
= 0.005 मी - नमुना जाडी;
- एका नमुन्याचे पृष्ठभाग क्षेत्र, m2;
d = 0.140 मी - नमुना व्यास;
टी जी, टी एक्स - नमुन्याच्या गरम आणि थंड पृष्ठभागांचे तापमान, अनुक्रमे, के.
४.७. थर्मल चालकता गुणांक तापमानावर अवलंबून असते, म्हणून प्राप्त मूल्ये नमुन्याच्या सरासरी तापमानाचा संदर्भ देतात
प्रायोगिक डेटावर प्रक्रिया करण्याचे परिणाम तक्ता 1 मध्ये प्रविष्ट केले आहेत.
तक्ता 1
मोजमाप आणि प्रायोगिक डेटाच्या प्रक्रियेचे परिणाम
|
थर्मोकूपल रीडिंग, mV/K | ||||||||||||||
|
इ 1 | ||||||||||||||
४.८. प्राप्त परिणामांवर प्रक्रिया करण्याच्या ग्राफिक-विश्लेषणात्मक पद्धतीचा वापर करून, आम्ही अभ्यासाधीन सामग्रीच्या थर्मल चालकता गुणांकाचे अवलंबित्व प्राप्त करतो नमुना Tm च्या सरासरी तापमानावर
जेथे 0 आणि b- अवलंबित्व आलेख =f(T m) च्या विश्लेषणावर आधारित ग्राफिक पद्धतीने निर्धारित केले जातात.
नियंत्रण प्रश्न
उष्णता हस्तांतरणाच्या मुख्य पद्धती काय आहेत?
थर्मल चालकता काय आहे?
कंडक्टर आणि सॉलिड डायलेक्ट्रिक्समधील थर्मल चालकतेच्या यंत्रणेची वैशिष्ट्ये काय आहेत?
कोणते नियम उष्णता वहन प्रक्रियेचे वर्णन करतात?
सपाट भिंत म्हणजे काय?
सीमा परिस्थिती काय आहेत?
सपाट भिंतीमध्ये तापमान बदलाचे स्वरूप काय आहे?
थर्मल चालकता गुणांकाचा भौतिक अर्थ काय आहे?
विविध सामग्रीचे थर्मल चालकता गुणांक जाणून घेणे का आवश्यक आहे आणि त्याचे मूल्य कसे निर्धारित केले जाते?
फ्लॅट लेयर पद्धतीची पद्धतशीर वैशिष्ट्ये काय आहेत?
मोफत संवहन दरम्यान उष्णता हस्तांतरणाचा अभ्यास
कामाचे ध्येय: तापलेल्या पृष्ठभागाभोवती ट्रान्सव्हर्स आणि रेखांशाचा प्रवाह असलेल्या प्रकरणांसाठी मुक्त संवहन दरम्यान उष्णता हस्तांतरणाचे उदाहरण वापरून संवहनी उष्णता हस्तांतरणाच्या नमुन्यांचा अभ्यास करा. प्रायोगिक परिणामांवर प्रक्रिया करणे आणि त्यांना सामान्यीकृत स्वरूपात सादर करण्याचे कौशल्य प्राप्त करा.
व्यायाम करा:
1. मुक्त संवहन दरम्यान क्षैतिज सिलेंडर आणि उभ्या सिलेंडरमधून माध्यमापर्यंत उष्णता हस्तांतरण गुणांकांची प्रायोगिक मूल्ये निश्चित करा.
2. प्रायोगिक डेटावर प्रक्रिया करून, क्षैतिज आणि उभ्या पृष्ठभागाच्या सापेक्ष मुक्त संवहन प्रक्रियेचे वैशिष्ट्य असलेल्या निकष समीकरणांचे मापदंड मिळवा.
मूलभूत सैद्धांतिक तरतुदी.
उष्णता हस्तांतरणाच्या तीन मुख्य पद्धती आहेत, जे त्यांच्या भौतिक स्वरूपामध्ये एकमेकांपासून लक्षणीय भिन्न आहेत:
औष्मिक प्रवाहकता;
संवहन;
थर्मल विकिरण.
थर्मल चालकतेसह, थर्मल उर्जेचे वाहक पदार्थांचे सूक्ष्म कण असतात - अणू आणि रेणू, थर्मल रेडिएशनसह - इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लाटा.
संवहनअंतराळातील एका बिंदूपासून दुस-या बिंदूमध्ये मॅक्रोस्कोपिक प्रमाणात पदार्थ हलवून उष्णता हस्तांतरित करण्याचा एक मार्ग आहे.
अशा प्रकारे, संवहन केवळ माध्यमांमध्ये शक्य आहे ज्यात द्रवपणाची मालमत्ता आहे - वायू आणि द्रव. उष्णता हस्तांतरण सिद्धांतामध्ये ते सामान्यतः शब्दाद्वारे नियुक्त केले जातात "द्रव", भेद न करता, विशिष्टपणे नमूद केल्याशिवाय, थेंब द्रव आणि वायूंमध्ये. संवहनाद्वारे उष्णता हस्तांतरणाची प्रक्रिया सहसा थर्मल चालकतेसह असते. या प्रक्रियेला म्हणतात संवहनी उष्णता विनिमय.
संवहनी उष्णता हस्तांतरणसंवहन आणि वहन द्वारे उष्णता हस्तांतरणाची एकत्रित प्रक्रिया आहे.
अभियांत्रिकी प्रॅक्टिसमध्ये, ते बहुतेकदा घन शरीराच्या पृष्ठभागाच्या (उदाहरणार्थ, भट्टीच्या भिंतीची पृष्ठभाग, गरम यंत्र इ.) आणि या पृष्ठभागाच्या सभोवतालचा द्रव यांच्यातील संवहनी उष्णता विनिमय प्रक्रियेस सामोरे जातात. या प्रक्रियेला म्हणतात उष्णता हस्तांतरण.
उष्णता नष्ट होणे- घन शरीराच्या पृष्ठभागाच्या (भिंत) आणि त्याच्या सभोवतालच्या द्रवपदार्थाच्या दरम्यान संवहनी उष्णता विनिमयाचे एक विशेष प्रकरण.
भेद करा सक्ती आणि मुक्त (नैसर्गिक)संवहन
सक्तीचे संवहनदबाव शक्तींच्या प्रभावाखाली उद्भवते जे जबरदस्तीने तयार केले जाते, उदाहरणार्थ पंप, पंखा इ.
मुक्त किंवा नैसर्गिक संवहनवेगवेगळ्या निसर्गाच्या वस्तुमान शक्तींच्या प्रभावाखाली उद्भवते: गुरुत्वाकर्षण, केंद्रापसारक, इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक इ.
पृथ्वीवर, गुरुत्वाकर्षणाच्या प्रभावाखाली मुक्त संवहन होते, म्हणूनच त्याला म्हणतात थर्मल गुरुत्वाकर्षण संवहन. या प्रकरणात प्रक्रियेची प्रेरक शक्ती उचलण्याची शक्ती आहे, जी विचाराधीन व्हॉल्यूमच्या आत घनतेच्या वितरणामध्ये विषमतेच्या उपस्थितीत माध्यमात उद्भवते. उष्णता हस्तांतरणादरम्यान, माध्यमाचे वैयक्तिक घटक वेगवेगळ्या तापमानात असू शकतात या वस्तुस्थितीमुळे अशी विषमता उद्भवते. या प्रकरणात, माध्यमाचे घटक जितके जास्त गरम आणि म्हणून कमी दाट असतील, ते उचलण्याच्या शक्तीच्या कृती अंतर्गत वरच्या दिशेने जातील, त्यांच्यासह उष्णता हस्तांतरित करतील आणि थंड, आणि म्हणून, माध्यमाचे अधिक घनतेचे घटक प्रवाहाकडे वाहतील. अंजीर मध्ये दाखवल्याप्रमाणे रिक्त जागा. १.
तांदूळ. 1. मुक्त संवहन दरम्यान द्रवामध्ये प्रवाहाच्या हालचालीचे स्वरूप
जर या ठिकाणी उष्णतेचा एक स्थिर स्त्रोत असेल तर, गरम झाल्यावर, मध्यम गरम केलेल्या घटकांची घनता कमी होईल आणि ते वरच्या दिशेने तरंगू लागतील. म्हणून, जोपर्यंत पर्यावरणाच्या वैयक्तिक घटकांच्या घनतेमध्ये फरक आहे, तोपर्यंत त्यांचे परिसंचरण चालू राहील, म्हणजे. मुक्त संवहन चालू राहील. माध्यमाच्या मोठ्या प्रमाणात होणारे मुक्त संवहन, जेथे संवहनी प्रवाहांच्या विकासास काहीही प्रतिबंधित करत नाही, असे म्हणतात. अमर्यादित जागेत मुक्त संवहन. अमर्यादित जागेत विनामूल्य संवहन, उदाहरणार्थ, स्पेस हीटिंग, गरम पाण्याच्या बॉयलरमध्ये पाणी गरम करणे आणि इतर अनेक प्रकरणांमध्ये उद्भवते. जर द्रव माध्यमाने भरलेल्या चॅनेल किंवा स्तरांच्या भिंतींनी संवहनी प्रवाहाचा विकास रोखला असेल तर या प्रकरणात प्रक्रिया म्हणतात. मर्यादित जागेत मुक्त संवहन. ही प्रक्रिया उद्भवते, उदाहरणार्थ, खिडकीच्या चौकटींमधील हवेच्या अंतराच्या आत उष्णता विनिमय दरम्यान.
संवहनी उष्णता हस्तांतरणाच्या प्रक्रियेचे वर्णन करणारा मूलभूत कायदा आहे न्यूटन-रिचमन कायदा. उष्णता हस्तांतरणाच्या स्थिर तापमान प्रणालीसाठी विश्लेषणात्मक स्वरूपात, त्याचे खालील स्वरूप आहे:
,
कुठे 
- वेळेच्या प्राथमिक कालावधीत दिलेली उष्णतेची प्राथमिक रक्कम 
प्राथमिक पृष्ठभागाच्या क्षेत्रापासून 
;
- भिंत तापमान;
- द्रव तापमान;
- उष्णता हस्तांतरण गुणांक.
उष्णता हस्तांतरण गुणांकजेव्हा भिंत आणि द्रव यांच्यातील तापमानाचा फरक एक अंश असतो तेव्हा युनिट पृष्ठभागावरून प्रति युनिट वेळेत किती उष्णता दिली जाते हे दर्शवते. SI प्रणालीमध्ये उष्णता हस्तांतरण गुणांक मोजण्याचे एकक W/m 2 ∙deg आहे. स्थिर स्थिर प्रक्रियेत, अभिव्यक्तीवरून उष्णता हस्तांतरण गुणांक निश्चित केला जाऊ शकतो:
, W/m 2 ∙deg
कुठे 
- उष्णता प्रवाह, डब्ल्यू;
- उष्णता विनिमय पृष्ठभाग क्षेत्र, m2;
- पृष्ठभाग आणि द्रव यांच्यातील तापमानाचा फरक, अंश.
उष्णता हस्तांतरण गुणांक भिंत आणि ते धुतले जाणारे द्रव यांच्यातील उष्णता विनिमयाची तीव्रता दर्शवते. त्याच्या भौतिक स्वरूपानुसार, संवहनी उष्णता हस्तांतरण ही एक अतिशय जटिल प्रक्रिया आहे. उष्णता हस्तांतरण गुणांक खूप मोठ्या संख्येने वेगवेगळ्या पॅरामीटर्सवर अवलंबून असतो - द्रवाचे भौतिक गुणधर्म, द्रव प्रवाहाचे स्वरूप, द्रव प्रवाहाचा वेग, वाहिनीचा आकार आणि आकार तसेच इतर अनेक घटक. या संदर्भात, सैद्धांतिकदृष्ट्या उष्णता हस्तांतरण गुणांक शोधण्यासाठी सामान्य अवलंबित्व देणे अशक्य आहे
समीकरण (2) च्या आधारावर उष्णता हस्तांतरण गुणांक सर्वात अचूक आणि विश्वासार्हपणे प्रायोगिकरित्या निर्धारित केला जाऊ शकतो. तथापि, अभियांत्रिकी प्रॅक्टिसमध्ये, विविध तांत्रिक उपकरणांमध्ये उष्णता हस्तांतरण प्रक्रियेची गणना करताना, एक नियम म्हणून, जटिलतेमुळे वास्तविक पूर्ण-स्केल ऑब्जेक्टच्या परिस्थितीत उष्णता हस्तांतरण गुणांकाचे मूल्य प्रायोगिकरित्या निर्धारित करणे शक्य नाही. अशा प्रयोगाच्या स्थापनेची किंमत. या प्रकरणात, निर्धारित करण्याच्या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी, ते बचावासाठी येते समानता सिद्धांत.
समानतेच्या सिद्धांताचे मुख्य व्यावहारिक महत्त्व हे आहे की ते प्रयोगशाळेच्या परिस्थितीत मॉडेलवर केलेल्या एका प्रयोगाचे परिणाम वास्तविक प्रक्रियेच्या संपूर्ण वर्गामध्ये आणि मॉडेलवर अभ्यास केलेल्या प्रक्रियेप्रमाणेच वस्तूंमध्ये सामान्यीकरण करण्यास अनुमती देते. समानतेची संकल्पना, भौमितिक आकृत्यांच्या संबंधात सुप्रसिद्ध आहे, कोणत्याही भौतिक प्रक्रिया आणि घटनांपर्यंत विस्तारित केली जाऊ शकते.
भौतिक घटनांचा वर्गघटनांचा एक संच आहे ज्याचे वर्णन एका सामान्य समीकरण प्रणालीद्वारे केले जाऊ शकते आणि त्यांचे भौतिक स्वरूप समान आहे.
एकच घटना- हा भौतिक घटनांच्या वर्गाचा एक भाग आहे जो विशिष्टतेच्या विशिष्ट परिस्थितींद्वारे ओळखला जातो (भौमितिक, भौतिक, प्रारंभिक, सीमा).
तत्सम घटना- या अटींमध्ये समाविष्ट असलेल्या परिमाणांची संख्यात्मक मूल्ये वगळता, अस्पष्टतेच्या समान परिस्थितीसह समान वर्गाच्या घटनांचा समूह.
समानतेचा सिद्धांत या वस्तुस्थितीवर आधारित आहे की घटना दर्शविणारी मितीय भौतिक मात्रा एकत्र केली जाऊ शकतात आकारहीन कॉम्प्लेक्स, आणि अशा प्रकारे की या कॉम्प्लेक्सची संख्या मितीय प्रमाणांच्या संख्येपेक्षा कमी असेल. परिणामी आकारहीन कॉम्प्लेक्स म्हणतात समानता निकष. समानतेच्या निकषांचा एक विशिष्ट भौतिक अर्थ असतो आणि तो एका भौतिक प्रमाणाचा नव्हे तर निकषांमध्ये समाविष्ट केलेल्या त्यांच्या संपूर्ण संचाचा प्रभाव प्रतिबिंबित करतो, जे अभ्यासाधीन प्रक्रियेचे विश्लेषण लक्षणीयरीत्या सुलभ करते. या प्रकरणात प्रक्रिया स्वतः विश्लेषणात्मक संबंधाच्या स्वरूपात दर्शविली जाऊ शकते 
समानता निकष दरम्यान 
, त्याचे वैयक्तिक पैलू वैशिष्ट्यीकृत. अशा अवलंबित्वांना म्हणतात निकष समीकरणे. हायड्रोडायनामिक्स आणि उष्णता हस्तांतरण सिद्धांताच्या विकासात महत्त्वपूर्ण योगदान देणाऱ्या शास्त्रज्ञांच्या नावांवरून समानता निकषांचे नाव देण्यात आले - नुसेल्ट, प्रांडटल, ग्रॅशॉफ, रेनॉल्ड्स, किरपिचेव्ह आणि इतर.
समानता सिद्धांत 3 समानता प्रमेयांवर आधारित आहे.
पहिले प्रमेय:
एकमेकांसारख्या घटनांमध्ये समानतेचे निकष असतात.
हे प्रमेय असे दर्शविते की प्रयोगांमध्ये समानतेच्या निकषांमध्ये समाविष्ट असलेल्या भौतिक प्रमाणांचे मोजमाप करणे आवश्यक आहे.
2 रा प्रमेय:
दिलेली भौतिक घटना दर्शविणारी मूळ गणितीय समीकरणे ही घटना दर्शविणाऱ्या समानता निकषांमधील संबंधाच्या स्वरूपात नेहमी सादर केली जाऊ शकतात.
या समीकरणांना म्हणतात निकष. हे प्रमेय असे दर्शविते की प्रयोगांचे परिणाम निकष समीकरणांच्या स्वरूपात सादर केले पाहिजेत.
3 रा प्रमेय.
तत्सम अशा घटना आहेत ज्यासाठी समानतेचे निकष, विशिष्टतेच्या अटींनी बनलेले, समान आहेत.
हे प्रमेय भौतिक समानता स्थापित करण्यासाठी आवश्यक स्थिती परिभाषित करते. अस्पष्टतेच्या अटींनी बनलेले समानता निकष म्हणतात व्याख्या. ते इतर सर्वांची समानता ठरवतात किंवा निर्धारितसमानता निकष, जो प्रत्यक्षात पहिल्या समानता प्रमेयाचा विषय आहे. अशा प्रकारे, 3 रा समानता प्रमेय 1 ला प्रमेय विकसित आणि गहन करते.
संवहनी उष्णता हस्तांतरणाचा अभ्यास करताना, खालील समानता निकष बहुतेकदा वापरले जातात.
रेनॉल्ड्स निकष (रे) - जडत्वाच्या शक्ती आणि द्रवपदार्थात कार्य करणाऱ्या चिकट घर्षणाच्या शक्तींमधील संबंध दर्शवते. रेनॉल्ड्स निकष मूल्य सक्तीच्या संवहन दरम्यान द्रव प्रवाह व्यवस्था दर्शवते.
,
कुठे 
- द्रव हालचालीची गती;
- द्रव च्या किनेमॅटिक व्हिस्कोसिटीचे गुणांक;
- आकार निश्चित करणे.
ग्रॅशॉफ निकष (ग्रॅ) - मुक्त संवहन दरम्यान द्रवपदार्थात कार्य करणारी चिपचिपा घर्षण शक्ती आणि उचलणारी शक्ती यांच्यातील संबंध दर्शवते. ग्रॅशॉफ निकषाचे मूल्य मुक्त संवहन दरम्यान द्रव प्रवाह व्यवस्था दर्शवते.
,
कुठे 
- गुरुत्वाकर्षण प्रवेग;
- आकार निश्चित करणे;
- द्रवाच्या व्हॉल्यूमेट्रिक विस्ताराचे तापमान गुणांक (वायूंसाठी 
, कुठे 
- केल्विन स्केलवर तापमान निर्धारित करणे;
- भिंत आणि द्रव दरम्यान तापमान फरक;
- भिंत आणि द्रव तापमान, अनुक्रमे;
- द्रवाच्या किनेमॅटिक व्हिस्कोसिटीचे गुणांक.
नसेल्ट निकष (नू) - औष्णिक चालकतेद्वारे हस्तांतरित केलेल्या उष्णतेचे प्रमाण आणि घन (भिंत) आणि द्रव यांच्या पृष्ठभागाच्या दरम्यान संवहनी उष्णता विनिमय दरम्यान संवहनाद्वारे हस्तांतरित केलेल्या उष्णतेचे प्रमाण यांच्यातील संबंध दर्शवते, उदा. उष्णता हस्तांतरण दरम्यान.
,
कुठे 
- उष्णता हस्तांतरण गुणांक;
- आकार निश्चित करणे;
- भिंत आणि द्रव यांच्या सीमेवरील द्रवाच्या थर्मल चालकतेचे गुणांक.
पेक्लेट निकष (पे) - द्रव प्रवाहाद्वारे प्राप्त झालेल्या उष्णतेचे प्रमाण (दिलेले) आणि संवहनी उष्णता विनिमयाद्वारे प्रसारित केलेल्या उष्णतेचे प्रमाण (दिलेले) यांच्यातील संबंध दर्शवते.
,
कुठे 
- द्रव प्रवाह गती;
- आकार निश्चित करणे;
- थर्मल diffusivity गुणांक;
- अनुक्रमे, थर्मल चालकता गुणांक, आयसोबॅरिक उष्णता क्षमता आणि द्रव घनता.
Prandtl निकष (प्रा) - द्रवाचे भौतिक गुणधर्म दर्शवते.
,
कुठे 
- किनेमॅटिक व्हिस्कोसिटीचे गुणांक;
- द्रवाच्या थर्मल डिफ्यूसिव्हिटीचे गुणांक.
विचारात घेतलेल्या समानतेच्या निकषांवरून हे स्पष्ट होते की संवहनी उष्णता हस्तांतरण प्रक्रियेची गणना करण्यासाठी, प्रक्रियेची तीव्रता दर्शविणारा सर्वात महत्वाचा पॅरामीटर, म्हणजे, उष्णता हस्तांतरण गुणांक , नसेल्ट निकषाच्या अभिव्यक्तीमध्ये समाविष्ट आहे. यावरून असे ठरले की समानता सिद्धांताच्या वापरावर आधारित अभियांत्रिकी पद्धतींचा वापर करून संवहनी उष्णता हस्तांतरणाच्या समस्यांचे निराकरण करण्यासाठी, हा निकष निर्धारित केलेल्या निकषांपैकी सर्वात महत्त्वाचा आहे. या प्रकरणात उष्णता हस्तांतरण गुणांकाचे मूल्य खालील अभिव्यक्तीनुसार निर्धारित केले जाते
या संदर्भात, निकष समीकरणे सामान्यतः नसेल्ट निकषाच्या संदर्भात समाधानाच्या स्वरूपात लिहिली जातात आणि त्यांना पॉवर फंक्शनचे स्वरूप असते.
कुठे 
- विचाराधीन प्रक्रियेच्या विविध पैलूंचे वैशिष्ट्य दर्शविणारी समानता निकषांची मूल्ये;
- प्रायोगिकरित्या मॉडेल्सचा वापर करून समान घटनांच्या वर्गाचा अभ्यास करून प्राप्त केलेल्या प्रायोगिक डेटाच्या आधारे निर्धारित संख्यात्मक स्थिरांक.
संवहन प्रकार आणि प्रक्रियेच्या विशिष्ट परिस्थितीनुसार, निकष समीकरणामध्ये समाविष्ट केलेल्या समानता निकषांचा संच, स्थिरांक आणि सुधार घटकांची मूल्ये भिन्न असू शकतात.
निकष समीकरणांच्या व्यावहारिक वापरामध्ये, निर्धारित आकार आणि तापमान निर्धारित करण्याच्या योग्य निवडीचा मुद्दा महत्त्वाचा आहे. समानता निकषांच्या मूल्यांची गणना करण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या द्रवाच्या भौतिक गुणधर्मांच्या मूल्यांचे अचूक निर्धारण करण्यासाठी निर्धारित तापमान आवश्यक आहे. निर्धारित आकाराची निवड द्रव प्रवाहाच्या सापेक्ष स्थितीवर आणि धुतल्या जाणार्या पृष्ठभागावर अवलंबून असते, म्हणजे, त्याच्या प्रवाहाच्या स्वरूपावर. या प्रकरणात, आपण खालील विशिष्ट प्रकरणांसाठी विद्यमान शिफारसींद्वारे मार्गदर्शन केले पाहिजे.
जेव्हा द्रव गोलाकार पाईपच्या आत फिरतो तेव्हा सक्तीचे संवहन.
- पाईपचा अंतर्गत व्यास.
अनियंत्रित क्रॉस-सेक्शनच्या चॅनेलमध्ये द्रव हालचाली दरम्यान सक्तीचे संवहन.
- समतुल्य व्यास,
कुठे 
- चॅनेलचे क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र;
- विभाग परिमिती.
गोलाकार नळीभोवती मुक्त संवहन (क्षैतिज पाईप (चित्र 2 पाहा) थर्मल गुरुत्वाकर्षण संवहनासह) ट्रान्सव्हर्स प्रवाह
- पाईपचा बाह्य व्यास.
अंजीर.2. थर्मल गुरुत्वाकर्षण संवहन दरम्यान आडव्या पाईपभोवती प्रवाहाचे स्वरूप
थर्मल गुरुत्वाकर्षण संवहन दरम्यान सपाट भिंतीभोवती (पाईप) रेखांशाचा प्रवाह (चित्र 3 पहा).
- भिंतीची उंची (पाईप लांबी).
तांदूळ. 3. थर्मल गुरुत्वाकर्षण संवहन दरम्यान उभ्या भिंती (पाईप) भोवती प्रवाहाचे स्वरूप.
तापमान परिभाषित करणे 
माध्यमाच्या थर्मोफिजिकल गुणधर्मांच्या योग्य निर्धारणसाठी आवश्यक आहे, ज्याची मूल्ये तापमानावर अवलंबून बदलतात.
जेव्हा उष्णता हस्तांतरण होते, तेव्हा भिंत आणि द्रव तापमान यांच्यातील अंकगणितीय माध्य हे निर्धारित तापमान म्हणून घेतले जाते.
विचाराधीन व्हॉल्यूमच्या आत असलेल्या माध्यमाच्या वैयक्तिक घटकांमधील संवहनी उष्णता विनिमयाच्या बाबतीत, उष्णता विनिमयामध्ये भाग घेणाऱ्या माध्यमाच्या घटकांच्या तापमानांमधील अंकगणितीय माध्य हे निर्धारित तापमान म्हणून घेतले जाते.
हा पेपर प्रयोगशाळेतील प्रयोग आयोजित करण्याची प्रक्रिया आणि क्षैतिज आणि उभ्या सिलेंडर्सच्या सापेक्ष विविध वायूंच्या मुक्त संवहनासह तापलेल्या पृष्ठभागाभोवती (ट्रान्सव्हर्स आणि रेखांशाचा) प्रवाहाच्या 2 वैशिष्ट्यपूर्ण प्रकरणांसाठी निकष समीकरणे मिळविण्याच्या पद्धतीची चर्चा करतो.
प्रायोगिक भाग.
उष्णता वाहून नेण्याच्या सामग्री आणि पदार्थांच्या क्षमतेला थर्मल चालकता (X,) म्हणतात आणि क्षेत्र 1 च्या भिंतीमधून जाणाऱ्या उष्णतेच्या प्रमाणाद्वारे व्यक्त केले जाते. m2, 1 डिग्रीच्या विरुद्ध भिंतीच्या पृष्ठभागावर तापमानाच्या फरकासह 1 तासात 1 मीटर जाडी. थर्मल चालकता मोजण्याचे एकक W/(m-K) किंवा W/(m-°C) आहे.
सामग्रीची थर्मल चालकता निश्चित केली जाते
कुठे प्र- उष्णतेचे प्रमाण (ऊर्जा), डब्ल्यू; एफ- सामग्रीचे क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र (नमुना), उष्णता प्रवाहाच्या दिशेने लंब, एम 2; नमुन्याच्या विरुद्ध पृष्ठभागावरील तापमानात फरक आहे, K किंवा °C; b - नमुना जाडी, मी.
थर्मल इन्सुलेशन सामग्रीच्या गुणधर्मांच्या मुख्य निर्देशकांपैकी एक थर्मल चालकता आहे. हा निर्देशक अनेक घटकांवर अवलंबून असतो: सामग्रीची एकूण सच्छिद्रता, छिद्रांचा आकार आणि आकार, घन टप्प्याचा प्रकार, छिद्रांमध्ये गॅस भरण्याचा प्रकार, तापमान इ.
सर्वात सार्वत्रिक स्वरूपात या घटकांवर थर्मल चालकतेचे अवलंबन लीब समीकरणाद्वारे व्यक्त केले जाते:
_______ Ђs ______ - і
जेथे Kr ही सामग्रीची थर्मल चालकता आहे; Xs ही सामग्रीच्या घन टप्प्याची थर्मल चालकता आहे; रु- उष्णतेच्या प्रवाहाला लंब असलेल्या विभागात असलेल्या छिद्रांची संख्या; पाई- उष्णता प्रवाहाच्या समांतर विभागात असलेल्या छिद्रांची संख्या; b - रेडियल स्थिरांक; є - उत्सर्जनशीलता; v हा एक भौमितिक घटक आहे जो प्रभावित करतो. छिद्रांच्या आत विकिरण; Tt- सरासरी परिपूर्ण तापमान; d- सरासरी छिद्र व्यास.
विशिष्ट उष्मा-इन्सुलेट सामग्रीची थर्मल चालकता जाणून घेतल्याने एखाद्याला त्याच्या उष्णता-इन्सुलेट गुणांचे अचूक मूल्यांकन करता येते आणि दिलेल्या परिस्थितीत या सामग्रीपासून बनवलेल्या उष्णता-इन्सुलेटिंग संरचनेची जाडी मोजता येते.
सध्या, स्थिर आणि नॉन-स्टेशनरी उष्णता प्रवाह मोजण्याच्या आधारावर सामग्रीची थर्मल चालकता निर्धारित करण्यासाठी अनेक पद्धती आहेत.
पद्धतींचा पहिला गट विस्तृत तापमान श्रेणी (20 ते 700 डिग्री सेल्सिअस पर्यंत) मध्ये मोजमाप करणे आणि अधिक अचूक परिणाम प्राप्त करणे शक्य करते. स्थिर उष्णता प्रवाह मोजण्याच्या पद्धतींचा तोटा म्हणजे प्रयोगाचा दीर्घ कालावधी, तासांमध्ये मोजला जातो.
पद्धतींचा दुसरा गट आपल्याला प्रयोग आयोजित करण्यास अनुमती देतो व्हीकाही मिनिटांत (पर्यंत 1 h), परंतु केवळ तुलनेने कमी तापमानात सामग्रीची थर्मल चालकता निर्धारित करण्यासाठी योग्य आहे.
अंजीर मध्ये दर्शविलेल्या उपकरणाचा वापर करून या पद्धतीचा वापर करून बांधकाम साहित्याची थर्मल चालकता मोजली जाते. 22. त्याच वेळी, कमी-जडत्वाच्या मदतीने उष्णता मीटर तयार केले जातातसामग्रीच्या चाचणी नमुन्यातून जाणाऱ्या स्थिर-स्थितीतील उष्णता प्रवाहाचे मापन.
डिव्हाइसमध्ये फ्लॅट इलेक्ट्रिक हीटर 7 आणि कमी-जडता उष्णता मीटर असते 9, रेफ्रिजरेटरच्या पृष्ठभागापासून 2 मिमीच्या अंतरावर स्थापित 10, ज्याद्वारे पाणी सतत स्थिर तापमानात वाहते. हीटर आणि उष्णता मीटरच्या पृष्ठभागावर थर्मोकूपल्स ठेवल्या जातात 1,2,4 आणि 5. उपकरण धातूच्या आवरणात ठेवलेले आहे 6, थर्मल इन्सुलेशन सामग्रीने भरलेले. घट्ट नमुना फिट 8 उष्णता मीटर आणि हीटरला क्लॅम्पिंग उपकरण दिले जाते 3. हीटर, उष्णता मीटरआणि रेफ्रिजरेटरमध्ये 250 मिमी व्यासासह डिस्कचा आकार असतो.
हीटरमधून उष्णतेचा प्रवाह नमुना आणि कमी-जडता उष्णता मीटरद्वारे रेफ्रिजरेटरमध्ये हस्तांतरित केला जातो. नमुन्याच्या मध्यवर्ती भागातून जाणाऱ्या उष्णतेच्या प्रवाहाचे प्रमाण उष्णता मीटरने मोजले जाते, जे पॅरानाइट डिस्कवरील थर्मोपाइल आहे, किंवापुनरुत्पादक घटकासह उष्णता मीटर ज्यामध्ये फ्लॅट इलेक्ट्रिक हीटर बसविला जातो.
यंत्र नमुन्याच्या गरम पृष्ठभागावर 25 ते 700 ° से तापमानात थर्मल चालकता मोजू शकते.
उपकरण किटमध्ये हे समाविष्ट आहे: RO-1 प्रकारचा थर्मोस्टॅट, KP-59 प्रकारचा पोटेंशियोमीटर, RNO-250-2 प्रकारचा प्रयोगशाळा ऑटोट्रान्सफॉर्मर, MGP थर्मोकूपल स्विच, TS-16 थर्मोस्टॅट, 5 A पर्यंत तांत्रिक AC ammeter आणि थर्मॉस.
तपासल्या जाणाऱ्या सामग्रीच्या नमुन्यांची 250 मिमी व्यासाची गोलाकार योजना असणे आवश्यक आहे. नमुन्यांची जाडी 50 पेक्षा जास्त आणि 10 मिमी पेक्षा कमी नसावी. नमुन्यांची जाडी 0.1 मिमीच्या अचूकतेने मोजली जाते आणि चार मोजमापांच्या निकालांचे अंकगणितीय सरासरी म्हणून निर्धारित केली जाते. नमुन्यांची पृष्ठभाग सपाट आणि समांतर असणे आवश्यक आहे.
तंतुमय, सैल, मऊ आणि अर्ध-कठोर थर्मल इन्सुलेशन सामग्रीची चाचणी करताना, निवडलेले नमुने 250 मिमी व्यासासह आणि 30-40 मिमी उंचीच्या पिंजऱ्यांमध्ये ठेवले जातात, 3-4 मिमी जाडीच्या एस्बेस्टोस पुठ्ठ्यापासून बनवले जातात.
विशिष्ट लोड अंतर्गत निवडलेल्या नमुन्याची घनता संपूर्ण व्हॉल्यूममध्ये एकसमान असणे आवश्यक आहे आणि चाचणी केलेल्या सामग्रीच्या सरासरी घनतेशी संबंधित असणे आवश्यक आहे.
चाचणी करण्यापूर्वी, नमुने 105-110 डिग्री सेल्सिअस तापमानात स्थिर वजनापर्यंत वाळवले पाहिजेत.
चाचणीसाठी तयार केलेला नमुना उष्णता मीटरवर ठेवला जातो आणि हीटरने दाबला जातो. नंतर डिव्हाइसच्या हीटरचा थर्मोस्टॅट इच्छित तापमानावर सेट करा आणि हीटर चालू करा. स्थिर मोड स्थापित केल्यानंतर, ज्यामध्ये उष्णता मीटरचे रीडिंग 30 मिनिटांसाठी स्थिर असेल, पोटेंशियोमीटर स्केलवर थर्मोकूपल रीडिंग लक्षात घ्या.
पुनरुत्पादक घटकासह कमी-जडता उष्णता मीटर वापरताना, उष्मा मीटरचे रीडिंग नल-गॅल्व्हॅनोमीटरमध्ये हस्तांतरित केले जाते आणि भरपाईसाठी रिओस्टॅट आणि मिलिअममीटरद्वारे विद्युत प्रवाह चालू केला जातो, तेव्हा शून्य-गॅल्व्हनोमीटर सुईची स्थिती प्राप्त करते. 0, ज्यानंतर वाचन mA मध्ये इन्स्ट्रुमेंट स्केलवर रेकॉर्ड केले जातात.
पुनरुत्पादक घटकासह कमी-जडता उष्णता मीटरने उष्णतेचे प्रमाण मोजताना, सूत्र वापरून सामग्रीची थर्मल चालकता मोजली जाते.
जेथे b ही नमुन्याची जाडी आहे, मी; ट - नमुन्याच्या गरम पृष्ठभागाचे तापमान, °C; - नमुन्याच्या थंड पृष्ठभागाचे तापमान, °C; प्र- नमुन्यातून त्याच्या पृष्ठभागाच्या लंब दिशेने जाणाऱ्या उष्णतेचे प्रमाण, W /m2.
जेथे आर उष्णता मीटर हीटरचा स्थिर प्रतिकार आहे, ओम; / - वर्तमान शक्ती, ए; एफ- उष्णता मीटर क्षेत्र, m2.
कॅलिब्रेटेड लो-जडता उष्णता मीटरने उष्णतेचे प्रमाण (क्यू) मोजताना, गणना सूत्रानुसार केली जाते प्र= ए.ई.(W/m2), कुठे इ- इलेक्ट्रोमोटिव्ह फोर्स (ईएमएफ), एमव्ही; A हे उष्णता मीटरसाठी कॅलिब्रेशन प्रमाणपत्रामध्ये निर्दिष्ट केलेले डिव्हाइस स्थिर आहे.
नमुना पृष्ठभागांचे तापमान 0.1 C च्या अचूकतेने (स्थिर स्थिती गृहीत धरून) मोजले जाते. उष्णतेचा प्रवाह 1 W/m2 च्या अचूकतेसह मोजला जातो आणि थर्मल चालकता जवळच्या 0.001 W/(m-°C) पर्यंत मोजली जाते.
या डिव्हाइसवर काम करताना, वेळोवेळी मानक नमुन्यांची चाचणी करून ते तपासणे आवश्यक आहे, जे मेट्रोलॉजीच्या संशोधन संस्था आणि यूएसएसआरच्या मंत्रिमंडळाच्या अंतर्गत मानक, माप आणि मोजमाप यंत्रांच्या समितीच्या प्रयोगशाळेद्वारे प्रदान केले जातात.
प्रयोग आयोजित केल्यानंतर आणि डेटा प्राप्त केल्यानंतर, एक सामग्री चाचणी प्रमाणपत्र तयार केले जाते, ज्यामध्ये खालील डेटा असणे आवश्यक आहे: चाचण्या आयोजित केलेल्या प्रयोगशाळेचे नाव आणि पत्ता; चाचणीची तारीख; नाव आणि सामग्रीची वैशिष्ट्ये; कोरड्या स्थितीत सामग्रीची सरासरी घनता; चाचणी दरम्यान सरासरी नमुना तापमान; या तापमानात सामग्रीची थर्मल चालकता.
दोन-प्लेट पद्धतीमुळे वर चर्चा केलेल्यांपेक्षा अधिक विश्वासार्ह परिणाम मिळू शकतात, कारण दोन जुळे नमुने एकाच वेळी तपासले जातात आणि त्याव्यतिरिक्त, थर्मल मधून जाणारा प्रवाहनमुन्यांमध्ये दोन दिशा आहेत: एका नमुन्याद्वारे ते खालपासून वरपर्यंत जाते आणि दुसऱ्याद्वारे ते वरपासून खालपर्यंत जाते. ही परिस्थिती चाचणी परिणामांच्या सरासरीमध्ये मोठ्या प्रमाणात योगदान देते आणि प्रायोगिक परिस्थिती सामग्रीच्या वास्तविक सेवा परिस्थितीच्या जवळ आणते.
स्थिर-स्थिती पद्धतीचा वापर करून सामग्रीची थर्मल चालकता निर्धारित करण्यासाठी दोन-प्लेट डिव्हाइसचे योजनाबद्ध आकृती अंजीर मध्ये दर्शविले आहे. 23.
डिव्हाइसमध्ये केंद्रीय हीटर 1, सुरक्षा हीटर आहे 2, कूलिंग डिस्क 6, कोणता
त्याच वेळी, सामग्रीचे नमुने दाबले जातात 4 हीटर्स, इन्सुलेट बॅकफिल 3, थर्मोकूपल्स 5 आणि केसिंग 7.
डिव्हाइसमध्ये खालील नियंत्रण आणि मापन उपकरणे समाविष्ट आहेत. व्होल्टेज स्टॅबिलायझर (SN),ऑटोट्रान्सफॉर्मर्स (ट),वॅटमीटर (प), Ammeters (A), सुरक्षा हीटर तापमान नियंत्रक (P), थर्मोकूपल स्विच (I), तापमान मोजण्यासाठी गॅल्व्हॅनोमीटर किंवा पोटेंशियोमीटर (जी)आणि बर्फ (C) असलेले जहाज.
चाचणी नमुन्यांच्या परिमितीवर समान सीमा परिस्थिती सुनिश्चित करण्यासाठी, हीटरचा आकार डिस्क असल्याचे गृहीत धरले जाते. गणना सुलभतेसाठी, मुख्य (कार्यरत) हीटरचा व्यास 112.5 मिमी घेतला जातो, जो 0.01 मीटर 2 च्या क्षेत्राशी संबंधित आहे.
खालीलप्रमाणे सामग्रीची थर्मल चालकता तपासली जाते.
चाचणीसाठी निवडलेल्या सामग्रीमधून, गार्ड रिंग (250 मिमी) च्या व्यासाच्या समान व्यासासह डिस्कच्या स्वरूपात दोन जुळे नमुने तयार केले जातात. नमुन्यांची जाडी समान असावी आणि 10 ते 50 मिमी पर्यंत असावी. नमुन्यांचे पृष्ठभाग स्क्रॅच किंवा डेंट्सशिवाय, सपाट आणि समांतर असले पाहिजेत.
एस्बेस्टोस पुठ्ठ्यापासून बनवलेल्या विशेष पिंजऱ्यांमध्ये तंतुमय आणि मोठ्या प्रमाणात सामग्रीची चाचणी केली जाते.
चाचणी करण्यापूर्वी, नमुने स्थिर वजनापर्यंत वाळवले जातात आणि त्यांची जाडी जवळच्या 0.1 मिमी पर्यंत मोजली जाते.
इलेक्ट्रिक हीटरच्या दोन्ही बाजूंना नमुने ठेवलेले असतात आणि कूलिंग डिस्कसह त्यावर दाबले जातात. नंतर व्होल्टेज रेग्युलेटर (latr) अशा स्थितीत सेट करा जे इलेक्ट्रिक हीटरचे निर्दिष्ट तापमान सुनिश्चित करते. ते कूलिंग डिस्क्समध्ये पाण्याचे परिसंचरण चालू करतात आणि गॅल्व्हानोमीटरने निरीक्षण केलेल्या स्थिर स्थितीत पोहोचल्यानंतर, नमुन्यांच्या गरम आणि थंड पृष्ठभागावर तापमान मोजतात, ज्यासाठी ते योग्य थर्मोकूपल्स आणि गॅल्व्हनोमीटर किंवा पोटेंशियोमीटर वापरतात. त्याच वेळी, ऊर्जेचा वापर मोजला जातो. यानंतर, इलेक्ट्रिक हीटर बंद करा आणि 2-3 तासांनंतर, कूलिंग डिस्कला पाणीपुरवठा थांबवा.
सामग्रीची थर्मल चालकता, W/(m-°C),
कुठे प- विजेचा वापर, डब्ल्यू; b - नमुना जाडी, m; एफ- इलेक्ट्रिक हीटरच्या एका पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ, m2;. t म्हणजे नमुन्याच्या गरम पृष्ठभागावरील तापमान, °C; I2- नमुन्याच्या थंड पृष्ठभागावर तापमान, °C.
थर्मल चालकता निश्चित करण्यासाठी अंतिम परिणाम नमुन्यांच्या सरासरी तापमानाशी संबंधित आहेत
कुठे ट
- नमुन्याच्या गरम पृष्ठभागावर तापमान (दोन नमुन्यांची सरासरी), °C; ट
2
-
नमुन्यांच्या थंड पृष्ठभागावरील तापमान (दोन नमुन्यांची सरासरी), °C.
पाईप पद्धत. वक्र पृष्ठभागासह उष्णता-इन्सुलेटिंग उत्पादनांची थर्मल चालकता निश्चित करण्यासाठी (शेल, सिलेंडर्स, विभाग) एक स्थापना वापरली जाते, ज्याचे योजनाबद्ध आकृतीमध्ये दर्शविले आहे.
तांदूळ. 24. ही स्थापना 100-150 मिमी व्यासासह आणि किमान 2.5 मीटर लांबीची स्टील पाईप आहे, एक हीटिंग एलिमेंट रेफ्रेक्ट्री सामग्रीवर बसवले जाते, जे लांबीच्या बाजूने तीन स्वतंत्र विभागांमध्ये विभागलेले असते. पाईप: मध्यवर्ती (कार्यरत) विभाग, जो पाईपची अंदाजे ]/ लांबी व्यापतो आणि बाजूचा भाग, जो उपकरणाच्या (पाईप) टोकांमधून उष्णता गळती दूर करतो.
पाईप खोलीच्या मजल्यापासून, भिंती आणि छतापासून 1.5-2 मीटर अंतरावर हँगर्सवर किंवा स्टँडवर स्थापित केले आहे.
पाईपचे तापमान आणि चाचणी सामग्रीची पृष्ठभाग थर्मोकूपल्सद्वारे मोजली जाते. चाचणी करताना, कार्यरत आणि सुरक्षा विभागांमधील तापमानातील फरक दूर करण्यासाठी सुरक्षा विभागांद्वारे वापरल्या जाणाऱ्या विद्युत उर्जेचे नियमन करणे आवश्यक आहे.
mi चाचण्या स्थिर-अवस्थेच्या थर्मल परिस्थितीत केल्या जातात, ज्यामध्ये पाईप आणि इन्सुलेट सामग्रीच्या पृष्ठभागावरील तापमान 30 मिनिटांसाठी स्थिर असते.
कार्यरत हीटरद्वारे विजेचा वापर एकतर वॅटमीटरने किंवा व्होल्टमीटर आणि ॲमीटरने स्वतंत्रपणे मोजला जाऊ शकतो.
सामग्रीची थर्मल चालकता, W/(m ■ °C),
X -_____ डी
कुठे डी - चाचणी केलेल्या उत्पादनाचा बाह्य व्यास, मी; d - चाचणी केलेल्या सामग्रीचा आतील व्यास, मी; - पाईप पृष्ठभागावरील तापमान, °C; ट 2 - चाचणी उत्पादनाच्या बाह्य पृष्ठभागावरील तापमान, °C; मी हीटरच्या कार्यरत विभागाची लांबी आहे, मी.
थर्मल चालकता व्यतिरिक्त, हे उपकरण एक किंवा दुसर्या उष्णता-इन्सुलेटिंग सामग्रीपासून बनविलेल्या उष्णता-इन्सुलेटिंग संरचनेमध्ये उष्णता प्रवाहाचे प्रमाण मोजू शकते. हीट फ्लक्स (W/m2)
अस्थिर उष्णता प्रवाह पद्धती (डायनॅमिक मापन पद्धती) वर आधारित थर्मल चालकता निश्चित करणे. पद्धतींवर आधारित वर अस्थिर उष्णतेच्या प्रवाहाचे मोजमाप (गतिमान मापन पद्धती), थर्मोफिजिकल प्रमाण निश्चित करण्यासाठी अलीकडे वाढत्या प्रमाणात वापरल्या जात आहेत. या पद्धतींचा फायदा केवळ प्रयोग आयोजित करण्याची तुलनात्मक गती नाही तर आणिएका अनुभवात जास्त माहिती मिळवली. येथे, नियंत्रित प्रक्रियेच्या इतर पॅरामीटर्समध्ये, आणखी एक जोडला आहे - वेळ. याबद्दल धन्यवाद, केवळ डायनॅमिक पद्धतींमुळे, एका प्रयोगाच्या परिणामांवर आधारित, थर्मल चालकता, उष्णता क्षमता, थर्मल डिफ्यूसिव्हिटी, कूलिंग (हीटिंग) रेट यासारख्या सामग्रीची थर्मोफिजिकल वैशिष्ट्ये प्राप्त करणे शक्य होते.
सध्या, डायनॅमिक तापमान आणि उष्णता प्रवाह मोजण्यासाठी मोठ्या प्रमाणात पद्धती आणि साधने आहेत. तथापि, ते सर्व आवश्यक आहे माहित आहे
विशिष्ट परिस्थितींचा परिचय आणि प्राप्त परिणामांमध्ये सुधारणांचा परिचय, कारण थर्मल परिमाण मोजण्याच्या प्रक्रिया त्यांच्या महत्त्वपूर्ण जडत्वाद्वारे दुसर्या निसर्गाच्या (यांत्रिक, ऑप्टिकल, इलेक्ट्रिकल, ध्वनिक, इ.) परिमाणांच्या मोजमापांपेक्षा भिन्न असतात.
म्हणून, स्थिर उष्णता प्रवाह मोजण्याच्या पद्धती विचाराधीन पद्धतींपेक्षा भिन्न आहेत कारण ते मोजमाप परिणाम आणि मोजलेल्या थर्मल परिमाणांची खरी मूल्ये यांच्यात अधिक समान आहेत.
डायनॅमिक मापन पद्धतींमध्ये सुधारणा तीन दिशांनी सुरू आहे. प्रथम, त्रुटींचे विश्लेषण करण्यासाठी आणि मापन परिणामांमध्ये सुधारणा सादर करण्याच्या पद्धतींचा हा विकास आहे. दुसरे म्हणजे, डायनॅमिक त्रुटींची भरपाई करण्यासाठी स्वयंचलित सुधारणा उपकरणांचा विकास.
अस्थिर उष्णता प्रवाह मोजण्याच्या आधारावर, यूएसएसआरमधील दोन सर्वात सामान्य पद्धतींचा विचार करूया.
1. bicalo-rimeter सह नियमित थर्मल शासनाची पद्धत. ही पद्धत लागू करताना, विविध प्रकारचे bicalorimeter डिझाइन वापरले जाऊ शकतात. चला त्यापैकी एकाचा विचार करूया - एक लहान आकाराची सपाट bicalori - मीटर प्रकार MPB-64-1 (Fig. 25), ज्याची रचना आहे.
खोलीच्या तपमानावर अर्ध-कडक, तंतुमय आणि मोठ्या प्रमाणात थर्मल इन्सुलेशन सामग्रीची थर्मल चालकता निर्धारित करण्यासाठी.
MPB-64-1 यंत्र एक दंडगोलाकार स्प्लिट शेल (केस) असून त्याचा अंतर्गत व्यास 105 मिमी आहे, व्हीज्याच्या मध्यभागी अंगभूत असलेला कोर आहे व्हीते हीटर आणि डिफरेंशियल थर्मोकपल्सच्या बॅटरीसह. डिव्हाइस D16T duralumin चे बनलेले आहे.
बिकालो-रिमीटरच्या विभेदक थर्मोकूपल्सचे थर्मोपाइल कॉपर-कॉपेल थर्मोकूपल्ससह सुसज्ज आहे, इलेक्ट्रोडचा व्यास 0.2 मिमी आहे. थर्मोपाइल वळणाची टोके BF-2 गोंद असलेल्या फायबरग्लास रिंगच्या पितळी पाकळ्यांवर बाहेर आणली जातात आणि नंतर तारांद्वारे प्लगवर आणली जातात. बनलेले गरम घटक०.१ मिमी व्यासाची निक्रोम वायर, गोलाकार प्लेटवर शिवलेली काचफॅब्रिक्स हीटिंग एलिमेंट वायरचे टोक, तसेच थर्मोपाइल वायरचे टोक, अंगठीच्या पितळी पाकळ्यांपर्यंत आणले जातात आणि नंतर, प्लगद्वारे, उर्जा स्त्रोताकडे आणले जातात. हीटिंग एलिमेंट 127 V AC पॉवरमधून चालवले जाऊ शकते.
शरीर आणि कव्हर्समध्ये ठेवलेल्या व्हॅक्यूम रबर सीलमुळे, तसेच हँडल, बॉस आणि बॉडी दरम्यान ग्रंथी पॅकिंग (भांग आणि लाल शिसे) मुळे डिव्हाइस हर्मेटिकली सील केलेले आहे.
थर्मोकपल्स, हीटर आणि त्यांचे शिसे घरापासून चांगले इन्सुलेटेड असले पाहिजेत.
चाचणी नमुन्यांची परिमाणे व्यासापेक्षा जास्त नसावी 104 मिमी आणि जाडी - 16 मिमी. हे उपकरण एकाच वेळी दोन जुळ्या नमुन्यांची चाचणी करते.
डिव्हाइसचे ऑपरेशन खालील तत्त्वावर आधारित आहे.
तपमानावर तापलेल्या घन पदार्थाला थंड करण्याची प्रक्रिया ट° आणि तापमान © सह वातावरणात ठेवले<Ґ при весьма большой теплопередаче (а) от телаलापर्यावरण (“->-00) आणि या वातावरणाच्या स्थिर तापमानात (0 = const), तीन अवस्थांमध्ये विभागले गेले आहे.
1. तापमान वितरण व्हीशरीर सुरुवातीला यादृच्छिक स्वरूपाचे असते, म्हणजे एक विस्कळीत थर्मल शासन घडते.
2. कालांतराने, कूलिंग व्यवस्थित होते, म्हणजे, एक नियमित शासन सुरू होते, ज्यावर
रम, शरीराच्या प्रत्येक बिंदूवर तापमानात होणारा बदल घातांकीय नियमाचे पालन करतो:
प्र - AUe.-"1
जेथे © शरीराच्या काही ठिकाणी वाढलेले तापमान आहे; U हे बिंदूच्या निर्देशांकांचे काही कार्य आहे; नैसर्गिक लॉगरिदमचा ई-बेस; टी म्हणजे शरीर थंड होण्याच्या सुरुवातीपासूनची वेळ; टी - थंड दर; A हे डिव्हाइस स्थिर आहे, जे प्रारंभिक परिस्थितींवर अवलंबून असते.
3. नियमित शीतकरण शासनानंतर, कूलिंग हे वातावरणासह शरीराच्या थर्मल समतोलच्या प्रारंभाद्वारे दर्शविले जाते.
अभिव्यक्ती भिन्न केल्यानंतर कूलिंग रेट टी
द्वारे टनिर्देशांक मध्ये मध्येIN-टखालीलप्रमाणे व्यक्त केले आहे:
कुठे ए आणि मध्ये - डिव्हाइस स्थिरांक; सह - चाचणी सामग्रीची एकूण उष्णता क्षमता, सामग्रीच्या विशिष्ट उष्णता क्षमतेच्या उत्पादनाप्रमाणे आणि त्याचे वस्तुमान, J/(kg-°C - शीतलक दर, 1/h);
खालीलप्रमाणे चाचणी केली जाते. इन्स्ट्रुमेंटमध्ये नमुने ठेवल्यानंतर, इन्स्ट्रुमेंटचे झाकण नटच्या सहाय्याने शरीरावर घट्ट दाबले जाते. स्टीयररसह डिव्हाइस थर्मोस्टॅटमध्ये खाली केले जाते, उदाहरणार्थ, खोलीच्या तपमानावर पाण्याने भरलेल्या TS-16 थर्मोस्टॅटमध्ये, नंतर विभेदक थर्मोकूपल्सचा थर्मोपाइल गॅल्व्हनोमीटरशी जोडला जातो. चाचणी केलेल्या सामग्रीच्या नमुन्यांच्या बाह्य आणि आतील पृष्ठभागांचे तापमान समान होईपर्यंत डिव्हाइस थर्मोस्टॅटमध्ये ठेवले जाते, जे गॅल्व्हनोमीटरच्या वाचनाद्वारे रेकॉर्ड केले जाते. यानंतर, कोर हीटर चालू आहे. थर्मोस्टॅटमधील पाण्याच्या तापमानापेक्षा 30-40° जास्त तापमानात कोर गरम केला जातो आणि नंतर हीटर बंद केला जातो. जेव्हा गॅल्व्हनोमीटर सुई स्केलवर परत येते, तेव्हा कालांतराने कमी होणारे गॅल्व्हनोमीटर रीडिंग रेकॉर्ड केले जाते. एकूण 8-10 गुण नोंदवले जातात.
1n0-m समन्वय प्रणालीमध्ये, एक आलेख तयार केला जातो, जो काही बिंदूंवर ॲब्सिसा आणि ऑर्डिनेट अक्षांना छेदणाऱ्या सरळ रेषेसारखा दिसला पाहिजे. नंतर परिणामी सरळ रेषेच्या झुकाव कोनाच्या स्पर्शिकेची गणना केली जाते, जी सामग्रीच्या थंड होण्याचा दर व्यक्त करते:
__ 6 मध्ये - मध्ये O2 __ 6 02
ТІь- - जे
T2 - Tj 12 - "El
जिथे Bi आणि 02 हे Ti आणि T2 वेळेसाठी संबंधित निर्देशांक आहेत.
प्रयोग पुन्हा पुन्हा केला जातो आणि थंड दर पुन्हा निर्धारित केला जातो. पहिल्या आणि दुसऱ्या प्रयोगात मोजलेल्या शीतलक दराच्या मूल्यांमधील विसंगती 5% पेक्षा कमी असल्यास, ते या दोन प्रयोगांपुरते मर्यादित आहेत. कूलिंग रेटचे सरासरी मूल्य दोन प्रयोगांच्या परिणामांवरून निर्धारित केले जाते आणि सामग्रीची थर्मल चालकता मोजली जाते, W/(m*°C)
X = (A + YSuR)/u.
उदाहरण. चाचणी केलेली सामग्री खनिज लोकर चटई आहे ज्यामध्ये फिनोलिक बाईंडर असते ज्याची सरासरी कोरडी घनता 80 kg/m3 असते.
1. डिव्हाइसमध्ये वजन केलेल्या सामग्रीची गणना करा,
जेथे Рп यंत्राच्या एका दंडगोलाकार कंटेनरमध्ये ठेवलेल्या सामग्रीचा नमुना आहे, किलो; व्ही.एन - डिव्हाइसच्या एका दंडगोलाकार कंटेनरची मात्रा 140 सेमी 3 आहे; рср - सामग्रीची सरासरी घनता, g/cm3.
2. आम्ही व्याख्या करतोकाम B.C.Y.P. , कुठे IN - 0.324 च्या समान डिव्हाइस स्थिरांक; C ही सामग्रीची विशिष्ट उष्णता क्षमता आहे, 0.8237 kJ/(kg-K) च्या बरोबरीची. मग VSUR= =0,324 0,8237 0,0224 = 0,00598.
3. परिणाम ची निरीक्षणेवेळोवेळी डिव्हाइसमधील नमुने थंड करणे टेबलमध्ये प्रविष्ट केले जाते. 2.
कूलिंग रेट टी आणि टी 2 च्या मूल्यांमधील फरक 5% पेक्षा कमी आहे, म्हणून वारंवार प्रयोग करण्याची आवश्यकता नाही.
4. सरासरी कूलिंग रेटची गणना करा
T=(2.41 + 2.104)/2=2.072.
सर्व आवश्यक प्रमाणात जाणून घेऊन, आम्ही थर्मल चालकता मोजतो
(0.0169+0.00598) 2.072=0.047 W/(m-K)
किंवा W/(m-°C).
या प्रकरणात, नमुन्यांचे सरासरी तापमान 303 K किंवा 30 ° C होते. सूत्रानुसार, 0.0169 -L (डिव्हाइस स्थिरांक).
2. तपासणी पद्धत.उष्णता चालकता निश्चित करण्यासाठी अनेक प्रकारच्या प्रोब पद्धती आहेत
थर्मल इन्सुलेशन सामग्रीचे गुणधर्म जे वापरलेल्या उपकरणांमध्ये एकमेकांपासून भिन्न आहेत आणि प्रोब गरम करण्याचे सिद्धांत. चला यापैकी एका पद्धतीचा विचार करूया - इलेक्ट्रिक हीटरशिवाय बेलनाकार प्रोब पद्धत.
ही पद्धत खालीलप्रमाणे आहे. 5-6 मिमी (चित्र 26) व्यासाचा आणि सुमारे 100 मिमी लांबीचा धातूचा रॉड गरम थर्मल इन्सुलेशन सामग्रीच्या जाडीमध्ये घातला जातो आणि आत बसवलेल्या रॉडचा वापर केला जातो.
थर्मोकपल्स तापमान ओळखतात. तापमान दोन टप्प्यात निर्धारित केले जाते: प्रयोगाच्या सुरूवातीस (ज्या क्षणी प्रोब गरम होते) आणि शेवटी, जेव्हा समतोल स्थिती येते आणि प्रोबच्या तापमानात वाढ थांबते. या दोन मोजण्यांमधील वेळ स्टॉपवॉच वापरून मोजला जातो. h सामग्रीची थर्मल चालकता, प/(m °C), , आर2CV
कुठे आर- रॉडची त्रिज्या, m; सह- ज्या सामग्रीपासून रॉड बनविला जातो त्याची विशिष्ट उष्णता क्षमता, kJ/(kgХ ХК); रॉडचा व्ही-व्हॉल्यूम, एम 3; t - तापमान रीडिंग दरम्यान वेळ मध्यांतर, h; tx आणि U - पहिल्या आणि दुसऱ्या रीडिंगच्या वेळी तापमान मूल्ये, K किंवा °C.
ही पद्धत अगदी सोपी आहे आणि आपल्याला प्रयोगशाळा आणि उत्पादन परिस्थितीमध्ये सामग्रीची थर्मल चालकता द्रुतपणे निर्धारित करण्यास अनुमती देते. तथापि, हे केवळ या निर्देशकाच्या ढोबळ अंदाजासाठी योग्य आहे.
त्यांच्या थर्मल हालचाली दरम्यान. द्रव आणि घन पदार्थांमध्ये - डायलेक्ट्रिक्स - उष्णता हस्तांतरण रेणू आणि अणूंच्या थर्मल गतीचे पदार्थाच्या शेजारच्या कणांमध्ये थेट हस्तांतरणाद्वारे केले जाते. वायू शरीरात, थर्मल वाहकतेद्वारे उष्णतेचा प्रसार थर्मल मोशनच्या वेगवेगळ्या गती असलेल्या रेणूंच्या टक्कर दरम्यान ऊर्जेच्या देवाणघेवाणीमुळे होतो. धातूंमध्ये, थर्मल चालकता प्रामुख्याने मुक्त इलेक्ट्रॉनच्या हालचालीमुळे उद्भवते.
थर्मल चालकतेच्या मूलभूत संकल्पनेमध्ये अनेक गणितीय संकल्पनांचा समावेश आहे, ज्याच्या व्याख्या लक्षात ठेवण्यासारख्या आणि समजावून सांगण्यासारख्या आहेत.
तापमान फील्डवेळेत दिलेल्या क्षणी शरीराच्या सर्व बिंदूंवर तापमान मूल्यांचा संग्रह आहे. गणितीय दृष्ट्या असे वर्णन केले आहे ट = f(x, y, z, τ). भेद करा स्थिर तापमानफील्ड, जेव्हा शरीराच्या सर्व बिंदूंवरील तापमान वेळेवर अवलंबून नसते (काळानुसार बदलत नाही), आणि स्थिर नसलेले तापमान क्षेत्र. याव्यतिरिक्त, जर तापमान केवळ एक किंवा दोन स्थानिक निर्देशांकांसह बदलत असेल, तर तापमान फील्डला अनुक्रमे एक- किंवा द्विमितीय म्हणतात.
Isothermal पृष्ठभाग- हे बिंदूंचे भौमितिक स्थान आहे ज्यावर तापमान समान आहे.
तापमान ग्रेडियंट — पदवी टीसमतापीय पृष्ठभागावर सामान्य निर्देशित केलेला एक सदिश आहे आणि या दिशेने तापमानाच्या व्युत्पन्नाच्या संख्यात्मकदृष्ट्या समान आहे.
थर्मल चालकता मूलभूत नियमानुसार - कायदा फोरियर(1822), थर्मल चालकता द्वारे प्रसारित उष्णता प्रवाह घनता वेक्टर तापमान ग्रेडियंटच्या प्रमाणात आहे:
q = - λ पदवी टी, (3)
कुठे λ - पदार्थाच्या थर्मल चालकतेचे गुणांक; त्याचे मोजमाप एकक प/(मी के).
वजा चिन्ह समीकरण (3) दर्शवते की सदिश qवेक्टरच्या विरुद्ध दिशेने निर्देशित पदवी टी, म्हणजे तापमानात सर्वाधिक घट होण्याच्या दिशेने.
उष्णता प्रवाह δQअनियंत्रितपणे ओरिएंटेड प्राथमिक क्षेत्राद्वारे dFवेक्टरच्या स्केलर गुणाप्रमाणे qप्राथमिक साइटच्या वेक्टरकडे dF, आणि एकूण उष्णता प्रवाह प्रसंपूर्ण पृष्ठभागावर एफहे उत्पादन पृष्ठभागावर एकत्रित करून निर्धारित केले जाते F:
थर्मल चालकता गुणांक
थर्मल चालकता गुणांक λ कायद्यात फोरियर(३) दिलेल्या पदार्थाची उष्णता चालविण्याची क्षमता दर्शवते. थर्मल चालकता गुणांकांची मूल्ये पदार्थांच्या थर्मोफिजिकल गुणधर्मांवरील संदर्भ पुस्तकांमध्ये दिली आहेत. संख्यात्मकदृष्ट्या, थर्मल चालकता गुणांक λ = q/पदवी टउष्णता प्रवाह घनतेच्या समान qतापमान ग्रेडियंटसह पदवी टी = 1 K/m. सर्वात जास्त थर्मल चालकता असलेला प्रकाश वायू म्हणजे हायड्रोजन. खोलीच्या परिस्थितीत, हायड्रोजनची थर्मल चालकता λ = 0,2 प/(मी के). जड वायूंमध्ये थर्मल चालकता कमी असते - हवा λ = 0,025 प/(मी के), कार्बन डायऑक्साइड मध्ये λ = 0,02 प/(मी के).
शुद्ध चांदी आणि तांब्यामध्ये सर्वात जास्त थर्मल चालकता गुणांक आहे: λ = 400 प/(मी के). कार्बन स्टील्ससाठी λ = 50 प/(मी के). द्रवांमध्ये सामान्यतः 1 पेक्षा कमी थर्मल चालकता गुणांक असतो प/(मी के). पाणी हे उष्णतेचे सर्वोत्तम द्रव वाहक आहे λ = 0,6 प/(मी के).
नॉन-मेटलिक घन पदार्थांचे थर्मल चालकता गुणांक सामान्यतः 10 च्या खाली असते प/(मी के).
सच्छिद्र सामग्री - कॉर्क, विविध तंतुमय फिलर जसे की सेंद्रिय लोकर - सर्वात कमी थर्मल चालकता गुणांक असतात λ <0,25 प/(मी के), छिद्रे भरणाऱ्या हवेच्या थर्मल चालकतेच्या गुणांकाच्या कमी पॅकिंग घनतेपर्यंत पोहोचणे.
तापमान, दाब आणि सच्छिद्र सामग्रीसाठी, आर्द्रता देखील थर्मल चालकता गुणांकावर लक्षणीय परिणाम करू शकते. संदर्भ पुस्तके नेहमी अटी प्रदान करतात ज्या अंतर्गत दिलेल्या पदार्थाचे थर्मल चालकता गुणांक निर्धारित केले गेले होते आणि हा डेटा इतर परिस्थितींसाठी वापरला जाऊ शकत नाही. मूल्य श्रेणी λ विविध सामग्रीसाठी अंजीर मध्ये दर्शविले आहे. १.
आकृती क्रं 1. विविध पदार्थांच्या थर्मल चालकता गुणांकांच्या मूल्यांचे अंतराल.
थर्मल चालकता द्वारे उष्णता हस्तांतरण
एकसंध सपाट भिंत.
उष्णता हस्तांतरणाच्या सिद्धांताद्वारे सोडवलेली सर्वात सोपी आणि सामान्य समस्या म्हणजे जाडीच्या सपाट भिंतीद्वारे प्रसारित होणाऱ्या उष्णता प्रवाहाची घनता निश्चित करणे. δ , ज्या पृष्ठभागावर तापमान राखले जाते t w1आणि t w2 .(चित्र 2). तापमान फक्त प्लेटच्या जाडीवर बदलते - एक समन्वय एक्स.अशा समस्यांना एक-आयामी म्हटले जाते, त्यांचे निराकरण सर्वात सोपे आहे आणि या कोर्समध्ये आपण केवळ एक-आयामी समस्यांचा विचार करण्यापुरते मर्यादित राहू.
एक नंबरच्या केससाठी ते लक्षात घेऊन:
पदवी टी = dt/dх, (5)
आणि थर्मल चालकता (2) च्या मूलभूत नियमाचा वापर करून, आम्ही सपाट भिंतीसाठी स्थिर थर्मल चालकतेचे भिन्न समीकरण प्राप्त करतो:
स्थिर परिस्थितीत, जेव्हा उर्जा गरम करण्यासाठी खर्च केली जात नाही, तेव्हा उष्णता प्रवाह घनता qभिंतीच्या जाडीने अपरिवर्तित. बहुतेक व्यावहारिक समस्यांमध्ये, हे अंदाजे गृहित धरले जाते की थर्मल चालकता गुणांक λ तापमानावर अवलंबून नाही आणि संपूर्ण भिंतीची जाडी समान आहे. अर्थ λ तापमानात संदर्भ पुस्तकांमध्ये आढळते:
भिंतींच्या पृष्ठभागाच्या तापमानांमधील सरासरी. (या प्रकरणात गणनेची त्रुटी सामान्यतः प्रारंभिक डेटा आणि सारणीबद्ध मूल्यांच्या त्रुटीपेक्षा कमी असते आणि तापमानावरील थर्मल चालकता गुणांकाच्या रेखीय अवलंबनासह: λ = a+ btसाठी अचूक गणना सूत्र qअंदाजेपेक्षा वेगळे नाही). येथे λ = const:
(7)
त्या तापमान अवलंबित्व टसमन्वयातून एक्सरेखीय (चित्र 2).
अंजीर.2. सपाट भिंतीच्या जाडीवर स्थिर तापमानाचे वितरण.
समीकरण (7) मधील चलांचे विभाजन करून आणि एकत्रित करून टपासून t w1आधी t w2आणि द्वारे एक्स 0 ते δ :
, (8)
उष्णता प्रवाह घनतेची गणना करण्यासाठी आम्ही अवलंबित्व प्राप्त करतो:
, (9)
किंवा उष्णता प्रवाह शक्ती (उष्णता प्रवाह):
(10)
म्हणून, 1 द्वारे हस्तांतरित केलेल्या उष्णतेचे प्रमाण मी 2भिंती, थर्मल चालकता गुणांक थेट प्रमाणात λ आणि भिंतीच्या बाह्य पृष्ठभागांमधील तापमानातील फरक ( t w1 - t w2) आणि भिंतीच्या जाडीच्या व्यस्त प्रमाणात δ . भिंतीच्या क्षेत्राद्वारे उष्णतेचे एकूण प्रमाण एफया क्षेत्राच्या प्रमाणात देखील.
परिणामी साधे सूत्र (10) थर्मल गणनेमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते. या सूत्राचा वापर करून, ते केवळ सपाट भिंतींद्वारे उष्णतेच्या प्रवाहाच्या घनतेची गणना करत नाहीत, तर अधिक जटिल प्रकरणांसाठी अंदाज लावतात, फक्त गणनामध्ये एका सपाट भिंतीसह जटिल कॉन्फिगरेशनच्या भिंती बदलतात. कधीकधी, मूल्यांकनावर आधारित, एक किंवा दुसरा पर्याय त्याच्या तपशीलवार विकासासाठी अधिक वेळ न घालवता नाकारला जातो.
एका बिंदूवर शरीराचे तापमान एक्ससूत्रानुसार निर्धारित:
t x = t w1 - (t w1 - t w2) × (x × d)
वृत्ती λF/δभिंतीची थर्मल चालकता आणि परस्पर मूल्य असे म्हणतात δ/λFभिंतीचा थर्मल किंवा थर्मल प्रतिकार आणि नियुक्त केला आहे Rλ. थर्मल रेझिस्टन्सच्या संकल्पनेचा वापर करून, उष्णता प्रवाह मोजण्याचे सूत्र खालीलप्रमाणे सादर केले जाऊ शकते:
अवलंबित्व (11) कायद्याप्रमाणेच आहे ओमइलेक्ट्रिकल अभियांत्रिकीमध्ये (विद्युत प्रवाहाची ताकद कंडक्टरच्या विद्युतीय प्रतिकाराने भागलेल्या संभाव्य फरकाच्या समान असते ज्याद्वारे विद्युत प्रवाह वाहतो).
बऱ्याचदा, थर्मल रेझिस्टन्स हे मूल्य δ/λ असते, जे 1 क्षेत्रफळ असलेल्या सपाट भिंतीच्या थर्मल रेझिस्टन्सच्या बरोबरीचे असते. मी 2.
गणना उदाहरणे.
उदाहरण १. 200 जाडी असलेल्या इमारतीच्या काँक्रीटच्या भिंतीमधून उष्णता प्रवाह निश्चित करा मिमी, उंची एच = 2,5 मीआणि लांबी 2 मी, जर त्याच्या पृष्ठभागावरील तापमान असेल: t с1= 20 0 से, t s2= - 10 0 सी, आणि थर्मल चालकता गुणांक λ =1 प/(मी के):
= 750 प.
उदाहरण २. 50 च्या जाडीसह भिंत सामग्रीचे थर्मल चालकता गुणांक निश्चित करा मिमी, जर त्यातून उष्णता प्रवाह घनता q = 100 प/मी 2, आणि पृष्ठभागावरील तापमानातील फरक Δt = 20 0 से.
प/(मी के).
बहुस्तरीय भिंत.
फॉर्म्युला (10) अनेक ( n) भिन्न सामग्रीचे थर एकमेकांना घट्ट चिकटलेले आहेत (चित्र 3), उदाहरणार्थ, एक सिलेंडर हेड, एक गॅस्केट आणि वेगवेगळ्या सामग्रीपासून बनविलेले सिलेंडर ब्लॉक इ.
अंजीर.3. मल्टीलेयर सपाट भिंतीच्या जाडीसह तापमान वितरण.
अशा भिंतीचा थर्मल रेझिस्टन्स वैयक्तिक स्तरांच्या थर्मल रेझिस्टन्सच्या बेरजेइतका असतो:
(12)
फॉर्म्युला (12) मध्ये, तुम्हाला त्या बिंदूंवर (पृष्ठभाग) तापमानातील फरक बदलण्याची आवश्यकता आहे ज्या दरम्यान सर्व बेरीज थर्मल रेझिस्टन्स "समाविष्ट" आहेत, म्हणजे. या प्रकरणात: t w1आणि t w(n+1):
, (13)
कुठे i- स्तर क्रमांक.
स्थिर मोडमध्ये, मल्टीलेयर भिंतीद्वारे विशिष्ट उष्णता प्रवाह स्थिर असतो आणि सर्व स्तरांसाठी समान असतो. (13) वरून ते खालीलप्रमाणे आहे:
. (14)
समीकरण (14) वरून असे दिसून येते की मल्टीलेयर भिंतीचा एकूण थर्मल रेझिस्टन्स प्रत्येक लेयरच्या रेझिस्टन्सच्या बेरजेइतका असतो.
प्रत्येकासाठी फॉर्म्युला (10) नुसार तापमानातील फरक लिहून सूत्र (13) सहज मिळवता येते. पीमल्टीलेअर भिंतीचे स्तर आणि सर्वकाही जोडणे पीसर्व स्तरांमध्ये हे तथ्य लक्षात घेऊन अभिव्यक्ती प्रसमान अर्थ आहे. एकत्र जोडल्यास, सर्व मध्यवर्ती तापमान कमी होईल.
प्रत्येक थरातील तापमानाचे वितरण रेखीय असते, तथापि, वेगवेगळ्या स्तरांमध्ये तापमान अवलंबनाचा उतार भिन्न असतो, कारण सूत्रानुसार (7) ( dt/dx)i = - q/λ i. स्थिर मोडमध्ये सर्व स्तरांमधून जाणाऱ्या उष्णतेच्या प्रवाहाची घनता सारखीच असते, परंतु थरांची थर्मल चालकता गुणांक भिन्न असतो, म्हणून, कमी थर्मल चालकता असलेल्या थरांमध्ये तापमान अधिक तीव्रतेने बदलते. तर, अंजीर 4 मधील उदाहरणामध्ये, दुसर्या लेयरची सामग्री (उदाहरणार्थ, गॅस्केट) सर्वात कमी थर्मल चालकता आहे आणि तिसर्या लेयरमध्ये सर्वात जास्त आहे.
बहुस्तरीय भिंतीद्वारे उष्णतेच्या प्रवाहाची गणना करून, आपण संबंध (10) वापरून प्रत्येक स्तरावरील तापमानातील घट निर्धारित करू शकतो आणि सर्व स्तरांच्या सीमांवर तापमान शोधू शकतो. हीट इन्सुलेटर म्हणून मर्यादित परवानगीयोग्य तापमान असलेली सामग्री वापरताना हे फार महत्वाचे आहे.
थरांचे तापमान खालील सूत्राद्वारे निर्धारित केले जाते:
t sl1 = t c t1 - q × (d 1 × l 1 -1)
t sl2 = t c l1 - q × (d 2 × l 2 -1)
थर्मल प्रतिकार संपर्क. बहुस्तरीय भिंतीसाठी सूत्रे काढताना, असे गृहीत धरले गेले की स्तर एकमेकांना घट्ट चिकटलेले आहेत आणि चांगल्या संपर्कामुळे, वेगवेगळ्या स्तरांच्या संपर्क पृष्ठभागांचे तापमान समान आहे. बहुस्तरीय भिंतीच्या वैयक्तिक स्तरांमधील आदर्शपणे घट्ट संपर्क प्राप्त होतो जर एक थर दुसर्या स्तरावर द्रव स्थितीत किंवा प्रवाही द्रावणाच्या स्वरूपात लागू केला जातो. घन शरीरे एकमेकांना फक्त खडबडीत प्रोफाइलच्या शीर्षस्थानी स्पर्श करतात (चित्र 4).
शिरोबिंदूंचे संपर्क क्षेत्र नगण्यपणे लहान आहे आणि संपूर्ण उष्णता प्रवाह हवेच्या अंतरातून जातो ( h). हे अतिरिक्त (संपर्क) थर्मल प्रतिरोध तयार करते आर ते. थर्मल कॉन्टॅक्ट रेझिस्टन्स योग्य अनुभवजन्य संबंध वापरून किंवा प्रायोगिकरित्या स्वतंत्रपणे निर्धारित केले जाऊ शकतात. उदाहरणार्थ, 0.03 चे अंतर थर्मल प्रतिरोध मिमीसुमारे ३० स्टीलच्या थराच्या थर्मल रेझिस्टन्सच्या समतुल्य मिमी.
अंजीर.4. दोन खडबडीत पृष्ठभागांमधील संपर्कांची प्रतिमा.
थर्मल संपर्क प्रतिकार कमी करण्यासाठी पद्धती.संपर्काचा एकूण थर्मल प्रतिरोध प्रक्रिया स्वच्छता, लोड, माध्यमाची थर्मल चालकता, संपर्क भागांच्या सामग्रीचे थर्मल चालकता गुणांक आणि इतर घटकांद्वारे निर्धारित केले जाते.
धातूच्या थर्मल चालकतेच्या जवळ थर्मल चालकता असलेले एक माध्यम संपर्क क्षेत्रामध्ये आणून थर्मल प्रतिरोधकता कमी करण्यात सर्वात मोठी कार्यक्षमता प्राप्त होते.
पदार्थांसह संपर्क क्षेत्र भरण्यासाठी खालील शक्यता आहेत:
सॉफ्ट मेटल गॅस्केटचा वापर;
चांगल्या थर्मल चालकता असलेल्या पावडर पदार्थाच्या संपर्क झोनमध्ये परिचय;
चांगल्या थर्मल चालकतेसह चिकट पदार्थाच्या झोनमध्ये परिचय;
द्रव धातू सह खडबडीत protrusions दरम्यान जागा भरणे.
वितळलेल्या टिनसह संपर्क क्षेत्र भरताना सर्वोत्तम परिणाम प्राप्त झाले. या प्रकरणात, संपर्काचा थर्मल प्रतिरोध व्यावहारिकपणे शून्य होतो.
दंडगोलाकार भिंत.
बऱ्याचदा, शीतलक पाईप्स (सिलेंडर) मधून फिरतात आणि पाईप (सिलेंडर) च्या दंडगोलाकार भिंतीद्वारे प्रसारित होणाऱ्या उष्णतेच्या प्रवाहाची गणना करणे आवश्यक आहे. बेलनाकार भिंतीद्वारे उष्णता हस्तांतरणाची समस्या (आतील आणि बाहेरील पृष्ठभागावर ज्ञात आणि स्थिर तापमानासह) देखील एक-आयामी आहे जर ते बेलनाकार निर्देशांकांमध्ये मानले जाते (चित्र 4).
तापमान केवळ त्रिज्या आणि पाईपच्या लांबीच्या बाजूने बदलते lआणि त्याची परिमिती अपरिवर्तित राहते.
या प्रकरणात, उष्णता प्रवाह समीकरणाचे स्वरूप आहे:
. (15)
अवलंबित्व (15) दर्शविते की सिलेंडरच्या भिंतीद्वारे हस्तांतरित केलेल्या उष्णतेचे प्रमाण थर्मल चालकता गुणांकाशी थेट प्रमाणात असते. λ , पाईप लांबी lआणि तापमान फरक ( t w1 - t w2) आणि सिलेंडरच्या बाह्य व्यासाच्या गुणोत्तराच्या नैसर्गिक लॉगरिथमच्या व्यस्त प्रमाणात d 2त्याच्या आतील व्यासापर्यंत d 1.
तांदूळ. 4. सिंगल-लेयर बेलनाकार भिंतीच्या जाडीसह तापमान बदल.
येथे λ = प्रति त्रिज्या स्थिर तापमान वितरण आरएकल-स्तर दंडगोलाकार भिंत लॉगरिदमिक कायद्याचे पालन करते (चित्र 4).
उदाहरण. दोन थरांमध्ये 250 जाड विटा असल्यास इमारतीच्या भिंतीतून उष्णतेचे नुकसान किती वेळा कमी होते? मिमी 50-जाड फोम पॅड स्थापित करा मिमी. थर्मल चालकता गुणांक अनुक्रमे समान आहेत: λ वीट . = 0,5 प/(मी के); λ पेन. . = 0,05 प/(मी के).
