مقاله تعیین مدل ریاضی رابطه ضریب هدایت حرارتی و چگالی در عایقهای حرارتی ساختمان (پشم شیشه، پشم سنگ و پشم سرباره)

word قابل ویرایش
12 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
12700 تومان
127,000 ریال – خرید و دانلود

*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***

تعیین مدل ریاضی رابطه ضریب هدایت حرارتی و چگالی در عایقهای حرارتی ساختمان (پشم شیشه، پشم سنگ و پشم سرباره)
چکیده
عایق حرارتی شامل جامداتی به شکل الیاف، دانهها یا سلولهایی است که حاوی حفرهها و بستههای پرشده با هوا یا گاز است، به طوریکه عبور حرارت را به تاخیر میاندازد. حرارت انتقال یافته از یک سو به سوی دیگر عایق، مجموع حرارت منتقل شده توسط هدایت گاز در فضاهای خالی، هدایت از داخل جامدات و به وسیله تابش و یک سطح به سطح دیگر است. جریان حرارت کل از یک سطح به سطح دیگر عایق جرمی، مجموع جریان حرارت هدایت، همرفت و تابش است. این روشهای انتقال حرارت ممکن است به وضع پیچیدهای ترکیب شوند تا ضریب هدایت حرارتی کل را به دست دهند. میزان واقعی میزان هدایت حرارت توسط عایق به دمای متوسط، نوع عایق الیافی، جهت یافتگی الیاف، اندازه آزمونه و سایر عوامل بستگی دارد. در این مقاله، تلاش شده است تا سه مدل ریاضی برای بررسی رابطه ضریب هدایت حرارتی (λ) و چگالی (ρ) عایق الیاف با در نظر گرفتن پارامترهای اتلاف حرارت در عایقهای الیافی ارائه گردد. برای اعتبار سنجی مدلهای به دست آمده، نتایج آن با نتایج آزمایشگاهی سنجیده و مورد بحث، بررسی و تحلیل قرار گرفته است.
واژههای کلیدی : عایق حرارتی، پشمهای معدنی، مدل ریاضی، چگالی، ضریب هدایت حرارتی

مقدمه
عایق حرارتی الیافی از مقدار کمی ماده جامد با مقاومت حرارتی زیاد تشکیل میشود. ماده جامد به صورتی توزیع شده است که تعداد زیادی فضای خالی کوچک ایجاد کند. جامدها دارای مقاومت حرارتی کمتری نسبت به گازها هستند. به این دلیل، سعی میشود تا حد امکان از مواد جامد کمتری استفاده شود. اگرچه گازها مقاومت زیادی دارند، اما وقتی به تنهایی استفاده شوند، عایقهای حرارتی ضعیفی هستند، چون به سادگی جابجا میشوند و حرارت را منتقل میسازند. به علاوه، هنگامی که تنها گاز بین دو مرز دارای دماهای مختلف وجود دارد، تابش حرارتی سازوکار مهم انتقال حرارت است. بنابراین، مقدار کمی از مواد جامد به شکل الیاف از همرفت گاز جلوگیری میکند و مانع تابش حرارتی میشود.
حرارت انتقال یافته از یک سو به سوی دیگر عایق، مجموع حرارت منتقل شده توسط هدایت گاز در فضاهای خالی، هدایت از داخل جامدات و به وسیله تابش و یک سطح به سطح دیگر است. جریان حرارت کل از یک سطح به سطح دیگر عایق جرمی، مجموع جریان حرارت هدایت، همرفت و تابش است. این روشهای انتقال حرارت ممکن است به وضع پیچیدهای ترکیب شوند تا ضریب هدایت حرارتی کل را که در شکل (۱) نشان داده شده به دست دهند. شکل واقعی این منحنی به دمای متوسط، نوع عایق الیافی، جهت یافتگی الیاف، اندازه آزمونه و سایر عوامل بستگی دارد.

شکل۱ز روشهای انتقال حرارت در عایقهای الیافی
بتاچریا (bhattacharyya) و همکارانش در مدلی که برای انتقال حرارت در عایقهای الیافی معرفی نمود، نشان داد که ضریب هدایت حرارتی موثر عایق، یک خاصیت ذاتی آن نیست و به خواص ماده شامل چگالی و پارامتر پراکندگی ویژه و همچنین دمای متوسط، اختلاف دمای طرفین عایق، ضریب گسیل مرزها و ضخامت عایق بستگی دارد.
مدلسازی: مدل :۱
ضریب هدایت حرارتی (λt) مصالح الیافی، نتیجه ای از همرفت λcov، هدایت به وسیله فاز هوا و جامد λcon و تابش λrad در محیط مطابق معادله (۱) است.
ضریب هدایت حرارتی به دلیل همرفت تحت شرایط متعارف ناچیز است. ضریب هدایت حرارتی ناشی از هدایت ، مجموع ضریب هدایت حرارتی هوا و جامد است. را می توان به صورت معادله ( ۲) تعریف کرد.

A معرف ضریب هدایت حرارتی هوا است که مستقل از چگالی میباشد. بیش از %۹۵ حجم فراوردههای پشم معدنی از هوا تشکیل شدهB×است. در دماهای زیر ۲۰۰⁰C بخش بزرگتر انتقال حرارت در داخل عایق توسط هدایت از میان هوا اتفاق میس افتد. عبارت هدایت حرارتی از میان ماده جامد را بیان میکند. این روش انتقال حرارت در پشم های معدنی با چگالی زیاد اهمیت دارد. ضریب هدایت حرارتی تابشی را می توان از معادله (۳) به دست آورد.

این معادله نشان میدهد که تابع معکوس ρ است. هرچه چگالی ماده بیشتر باشد، سپرهای جامد برای جلوگیری از تابش بیشتر است. در چگالیهای کمتابش، ساز وکار غالب انتقال حرارت است. بنابراین، ضریب هدایت حرارتی کل را می توان بنابر معادله (۴) که ما آن را مدل ۱ می نامیم بیان کرد.

A، B وC را میتوان برای هر خط تولید، محصول و سطح مخصوص یافت. نرمافزار دیتافیت((Datafit برای تعیین این پارامترها استفاده شد. مزایای مدل (۱) به شرح زیر است:
۱٫ وسیله محاسباتی ساده ای است که به راحتی قابل کاربرد است.
۲٫ معایب آن در نظر نگرفتن اثر ضخامت و اثر دماست. اگرچه به علت آنکه آزمایشها معمولأ در دمای یکسان و ضخامت کم و بیش ثابت انجام می شود، در عمل اهمیتی ندارد.
۳٫ روش های مختلف انتقال حرارت شامل هدایت هوا، هدایت جامد و تابش را نشان میدهد.

مدل:۲ , ,
ضریب هدایت حرارتی را به واسطه انتقال حرارت هوای ساکن و هدایت جامد می توان به ترتیب، بنا
بر معادله (۵) و (۶) بیان کرد.

مطالعات تئوریک متعددی به انتقال حرارت تابشی در محیطهای نیمه نورگذر، جاذب و پراکنده ساز الیاف استفاده شده است. ورسشور((verschoor و همکارانش از معادله (۷) برای ضریب هدایت حرارتی مرتبط با تابش استفاده نمودند:

که در آنLf مسیر آزاد و کسری از انرژی تابشی تابیده شده است که توسط یک لیف جذب میشود. با استفاده از مدل دوشاری، شار حرارتی کل شامل هدایت و تابش به صورت معادله ۸ تعریف شد:

که در̅آن، ثابت استفان بولتزمن، به ترتیب دماهای سطوح مرزی در است. ضریب گسیل این سطوح و بازپراکنش مقطع عرضی بر واحد حجم عایق است.
با توجه به مدل دوشاری، ضریب هدایت حرارتی ناشی از تابش درعایقهای الیافی از نظر تئوری به صورت معادله (۹) پیشنهاد میگردد:

که در آن، فاصله متوسط بین الیاف و ضریب تابش است.
حال در مدل (۲)، با استفاده از معادلات (۵)، (۶) و (۹)، برای انتقال حرارت تابشی ، انتقال حرارت کل به صورت معادله
(۱۰) ارائه میشود:
C را برای هر خط تولید باید یافت. آزمایش ها نشان داد که C تابعی از سطح مخصوص بر واحد حجم، دما و سایر پارامترها مانند مرفولوژی مواد، خواص تابشی مواد و سطوح محدود کننده به ویژه ضریب گسیل است.
برای آنکه معادله (۹) بهترین انطباق را با منحنی به دست دهد، از نتایج آزمایشها استفاده شد.

وقتی برای در معادله (۱۱) حداقل باشد،Cبدست میآید.

از نرمافزار اکسل (Microsoft Exel) برای یافتن حداقل مقدار استفاده شد. آزمایشها مطابق استاندارد ملی ایران شماره ۸۶۲۱ و۸۱۱۶ صورت گرفت. با قرار دادن دما برابر ۲۸۳K=10⁰C (طبق استانداردهای اشاره شده) در معادله (۱۰)، معادله (۱۲) به دست میآید که آنرا مدل (۲) مینامیم:

مدل:۳
در عایقهای الیافی تاثیر انتقال تابشی به گونهای است که مرزها بر نتایج ضریب هدایت حرارتی اثر میگذارند. فاصله بین ورقها، ضریب گسیل آنها و همچنین دمای آنها در مقدار اندازهگیری شده موثر است. در معادله (۱۲) اثر فاصله بین ورقها و ضریب گسیل آنها که صفحات دستگاه اندازهگیری ضریب هدایت حرارتی است در نظر گرفته شده است. معادله (۱۳) ترکیبی از معادله (۹) و فرمول لارکین برای بخش تابشی آنهاست.

ضریب گسیل سطوح (ε) برای دستگاههای معمول اندازهگیری لامبدا معادل ۰/۹ لحاظ میشود. دمای متوسط همه آزمایشها ۲۸۳K بود. با لحاظ این دادهها در معادله (۱۳)، معادله (۱۴) حاصل میشود که آنرا مدل (۳) مینامیم.

̅ ضریب خاموشی جرمی است و به مواردی چون ترکیب شیمیایی الیاف، سطح مخصوص مواد، ساختار و جهت یافتگی الیاف دما بستگی دارد. هرچند مدلسازی̅ضریب خاموشی نیز با لحاظ پارامترهای ذکر شده مقدور است، لیکن بهتر است هر کارخانه برای هر محصول و هر خط تولید را محاسبه و اعلام نماید. چرا که ممکن است این مقدار از یک خط تولید به خط دیگر در همان کارخانه متفاوت باشد.
برای رابطه بین λ و ρ ، با استفاده از داده های آزمایشی زیاد ( ۲۴۱ نمونه پشم شیشه، ۱۸۸ نمونه پشم سنگ و ۳۶ نمونه پشم سرباره) سه مدل مورد تحقیق قرار گرفت. انطباق مدلهای مختلف با دادهها ارزیابی شد.
نتایج آزمایشهای انجام شده در مورد فرآوردههای پشم شیشه، پشم سنگ و پشم سرباره با پیشبینی ۳مدل ارائه شده قیاس گردید. در تمام نمونههای مورد بررسی، الیاف به موازات مرزها قرار داشتند. تعداد نتایج آزمایشها شامل اندازهگیری ضریب هدایت حرارتی، ضخامت و میکرونر۱ برای سه نوع لیف معدنی مورد مطالعه در جدول (۱) آمده است.

بررسی پشم شیشه با ۳مدل ارائه شده مدل:۱

با استفاده از نرمافزار دیتافیت، بهترین انطباق با معادله (۱۵) بدست آمد که در شکل (۲) نیز نمایش داده شده است.

ضرایب برآوردA، B وC برای مدل۱ و حدود بالاترو پایینتر فاصله اطمینان %۹۵ آنها در جدول (۲) نمایش داده شده است:
مدل:۲
رابطه بین ρ و λ پشم شیشه میکرونر ۳ بر ۵گرم مطابق شکل((۳ بهترین انطباق را بر معادله (۱۶) دارد.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 12700 تومان در 12 صفحه
127,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد