Свойство теплопроводности: Свойства теплопроводности — Справочник химика 21

Свойства теплопроводности — Справочник химика 21

    Физико-химический анализ основан на изучении экспериментальных зависимостей свойств равновесной физико-химической системы от состава и условий существования. Основным приемом физико-химического анализа является построение диаграмм состояния, т. е. графически выраженных зависимостей различных свойств системы от ее состава и внешних условий. Примерами являются уже рассмотренные нами диаграммы воды и серы (см. рис. 8.1 И 8.2). В других случаях могут исследоваться и иные физико-химические свойства (теплопроводность, электрическая проводимость, показатель преломления, твердость, вязкость и др.). [c.152]
    Том III (1964 г.) включает данные по гомогенному химическому равновесию в газовой и жидкой фазах гетерогенному химическому равновесию (твердое тело — жидкость газ — жидкость твердое тело — газ жидкость — жидкость криоскопиче-ские и эбулиоскопические константы) свойствам гомогенных жидких растворов (плотность, коэффициенты активности, энергетические свойства, теплопроводность, электропроводность и числа переноса, вязкость, поверхностное натяжение, показатели преломления) электродным процессам в растворах и расплавах химической кинетике и диффузии.
Том заканчивается предметным указателем.  [c.23]

    В самом деле, когда мы рассматриваем какое-нибудь свойство газа или жидкости, у нас обычно не возникает необходимости определить, в каком направлении было или должно быть измерено это свойство. Теплопроводность или показатель преломления воды одинаковы во всех направлениях. Но в кристаллах многие свойства оказываются различными при измерении их в разных направлениях. К таким свойствам относятся, в частности, показатель преломления, теплопроводность, электропроводность, механическая прочность, скорость роста кристаллов, скорость растворения их и др. Известно, что слюда, например, легко разделяется на пластинки по плоскостям, параллельным ее основной поверхности, но разделение ее на части в направлениях, перпендикулярных или наклонных к этой поверхности, требует затраты значительно больших усилий. 

[c.123]

    У кристаллов многие свойства (теплопроводность, показатель преломления,электропроводность, механическая прочность, скорость роста кристаллов, скорость растворения и др.

) при измерении их в различных направлениях оказываются неодинаковыми. Например, слюда легко разделяется на пластинки только в одном направлении (параллельно ее поверхности). В других направлениях для разрушения слюды требуются значительно большие усилия. [c.62]

    Магнезия жженая, магнезия уста, окись магния, MgO,—свет лый порошок. Различные сорта отличаются по своим физикохимическим свойствам легкости (объемному весу), химической активности, адсорбционным свойствам, теплопроводности и пр. [c.110]

    Для кристаллического состояния характерно строго определенное расположение частиц (атомов, ионов, молекул) во всем объеме кристалла, т. е. в расположении частиц существует дальний порядок. Это обусловливает анизотропию кристаллического вещества, или различие физических свойств (теплопроводность, прочность, коэффициент преломления света и др.) кристалла в разных направлениях. 

[c.79]

    Изучение физико-химических свойств (теплопроводности, поверхностного натяжения, вязкости, pH, скорости ультразвука и др. ) водных растворов ПАВ дает возможность наблюдать скачкообразное изменение [c.332]


    Существенно, что для смеси любых веществ (газов, паров, капельных жидкостей или твердых веществ) свойство теплопроводности не является аддитивным, т. е. для смесей веществ нельзя рассчитывать X как среднюю величину теплопроводностей составляющих компонентов даже с учетом доли каждого компонента в смеси. [c.210]

    Плоская металлическая пластина толщиной 0,1525 м обладает следующими теплофизическими свойствами теплопроводность 33,4 Вт/(м-°С), удельная теплоемкость 846 Дж/(кг- С) и плотность 7350 кг/м Первоначально пластина имела однородную температуру 38°С, а при т=0 поверхности пластины мгновенно нагревают до 260°С. [c.25]

    По мере поступления вещества электродов в разряд происходит разрушение поверхности электродов, так называемая электрическая эрозия. Степень разрушения электрода зависит от формы разряда и от параметров электрической схемы. Имеет еще значение материал электрода, его физические свойства теплопроводность, теплоемкость, температура плавления. Например, электроды из вольфрама, меди, молибдена разрушаются значительно меньше, чем электроды из алюминия, свинца, цинка, олова. Это объясняется тем, что медь, например, имеет большой коэффициент теплопроводности и поэтому температура электрода быстро падает в месте соприкосновения разряда. 

[c.242]

    Том I (1962 г.) содержит общие сведения атомные веса и распространенность элементов единицы измерения физических величин соотношения между единицами измерения физических величин измерение температуры и давления математические таблицы и формулы важнейшие химические справочники и периодические издания основные данные о строении вещества и структуре кристаллов физические свойства (плотность и сжимаемость жидкостей и газов, термическое расширение твердых тел, жидкостей и газов равновесные температуры и давления критические величины и константы Ван-дер-Ваальса энергетические свойства теплопроводность электропроводность и числа переноса диэлектрическая проницаемость дипольные моменты вязкость поверхностное натяжение показатели преломления) краткие сведения по лабораторной технике.

Имеется предметный указатель. [c.23]

    Размер и упорядоченность кристаллитов кокса определяют его физические свойства (теплопроводность, электропроводность, пористость, внутреннюю поверхность и т. д.), а тип боковых цепочек, (СНз-, 5Н», Н-) — его химическую активность. [c.71]

    Химика большей частью интересует не упаковка молекул в кристалле, а структура молекул. Однако определение упаковки молекул в кристалле является неизбежным этапом в рентгеноструктурном анализе и, таким образом, неразрывно связано с установлением структуры молекулы. К тому же исследования упаковки молекул в кристаллах представляют значительный самостоятельный интерес, поскольку от упаковки зависят такие свойства, как удельная теплота и температура возгонки, механические свойства, теплопроводность и т. д. 

[c.738]

    В некоторых случаях в качестве электродного материала используют и менее известные углеродные модификации. Например, электроды из стекловидного углерода, отличающиеся низкой пористостью (I—3%), высокой жаропрочностью и эрозионной стойкостью, целесообразно использовать при искровом возбуждении спектров сухих остатков растворов, расположенных на торце электрода интенсивность линий ряда элементов возрастает втрое по сравнению с угольными графитизированными электродами при тех же условиях возбуждения [1088].

Рекристаллизованный графит [175], получаемый методом горячего прессования, интересен тем, что обладает равномерной и плотной структурой (графита) с высокой степенью ориентации (упорядочения) кристаллов. Пирографит является практически беспористым материалом с высокой анизотропией свойств. Теплопроводность пирографита в направлении, параллельном осажденному слою, превыщает соответствующее значение для меди [более 3,7 вт [см-град)], а в перпендикулярном направлении (к подложке) он мало теплопроводен [0,012— вт см-град)] [830]. Угольные электроды с покрытием из пиролитического графита обеспечивают равномерное и быстрое испарение пробы с электродной поверхности. Дуга постоянного тока между двумя электродами такого вида горит весьма устойчиво, что способствует повышению воспроизводимости определений [1284]. 
[c.347]

    Характерно, что у веществ, находящихся в аморфном состоянии, физические свойства (теплопроводность, прочность и др.) одинаковы по всем направлениям (говорят изотропные веш,ества). Аморфные вещества часто текучи, т. е. способны постепенно менять свою форму под воздействием небольших сил. 

[c.69]

    Защитная пленка или защитное покрытие в зависимости от их свойств (теплопроводности, устойчивости против действия щелочной котловой воды при высокой температуре и др.) могут иметь или временное применение, т. е. их следует удалять перед включением котла в работу, или же сохраняться в процессе эксплуатации котла. [c.398]

    Различные сорта окиси магния или жженой магнезии, называемой также магнезией уста, отличаются по своим физико-химическим свойствам — легкости (объемному весу), химической активности, адсорбционным свойствам, теплопроводности и пр. Чем более дисперсна и пориста магнезия, тем меньший объемный вес она имеет о ее качестве судят по ее легкости. В. резиновой промышленности качество магнезии определяют так называемой лиофиль-ностью, характеризующей адсорбционные свойства материала. Так как адсорбционная способность усиливается с увеличением удельной адсорбирующей поверхности, т.

е. дисперсности и пористости, то лиофильность и легкость магнезии являются в известном смысле однозначными терминами. Лиофильность определяется объемом, который занимает 1 г MgO в 25 мл толуола. [c.268]


    В такой формулировке почти все известные нам конструкционные материалы могут относиться к пластическим массам. Однако из понятия пластические массы легко выделить весь класс металлов, имея в виду резкое отличие металлов от других материалов по ряду важнейших физических и технических свойств (теплопроводность, электропроводность и т. п.). В связи с этим мы будем называть пластическими массами все неметаллические материалы, перерабатываемые, в основном, пластическими методами. Они могут быть разделены на неорганические (минеральные) и органические пластические массы. [c.148]

    Слоистые и цепочечные структуры отличаются ярко выраженной анизотропией физических свойств. Теплопроводность в направлениях, параллельных слоям и цепочкам, значительно выше, чем в перпендикулярных направлениях (так, в висмуте—в 4 раза больше, в сурьме — в 2,5 раза, в графите —в 4 раза, в слюдах — от 5,8 до 6,3).[c.228]

    Кислород почти по всем своим физическим свойствам (теплопроводности, скорости звука, рефракции и др.) не выделяется резко среди обычных газообразных спутников его (азота, аргона и др.), встречающихся в промышленных установках. И только по своей магнитной восприимчивости кислород отличается от других газов. Парамагнитные свойства кислорода (см. табл. 3) используют в газовом анализе для создания газоанализаторов для быстрого определения содержания кислорода в газовых смесях физическим путем, без применения химических реактивов. Приборы для магнитного анализа газовых смесей на кислород построены на различных принципах на измерении силы, смещающей парамагнитный газ к центру неоднородного магнитного поля на оценке степени охлаждения нагретой проволоки за счет конвекционных токов, возникающих по закону Кюри-Ланжевена в любом парамагнитном газе, окружающем [c.233]

    Для очень большого числа кристаллов характерна анизотропия— неодинаковость свойств (теплопроводность, электропроводность, механическая прочность, скорость растворения и др. ) по разным направлениям. [c.83]

    При выборе конструкционных материалов для сосудов Дьюара следуег учитывать несколько факторов, наиболее важными из которых являются механические свойства, теплопроводность, отражательная способность поверхностей, газоотделение и диффузионные свойства. Для оборудования транспортных установок существенное значение имеет вес материала. [c.413]

    Свойство теплопроводности противокоррозионных покрытий в определенной степени оказывает влияние на их тепловое старение. С уменьшением теплопроводности увеличивается время теплового старения изоляции. По этим соображениям теплопроводность изоляции необходимо оценить количественно. [c.39]

    В зависимости от того, вводится ли газ в полимер с последующим химическим фиксированием структуры пены или используются различные газообразователи, разлагающиеся с выделением газов или испаряющиеся при кипении (например фреоны) и образующие газовые пузыри, полимерная матрица может быть наполнена различными газами. В пенопластах с открытыми порами присутствие газов практически не сказывается на их свойствах. Теплопроводности газов, используемых в производстве пенопластов, приведены в [15] дополнительного списка литературы. В первом приближении для пенопластов низкой плотности коэффициент теплопроводности можно рассчитать по вкладу каждой фазы пропорционально ее объемной доле. Механические и физические свойства пенопластов варьируются в широких пределах (см. [16] дополнительного списка литературы). [c.41]

    Она пропорциональна давлению и но зависит от размеров, но зависит от формы и природы поверхности. Таким образом, при очень низких давлениях вязкость имеет свойства, полностью совпадающие со свойствами теплопроводности. [c.20]

    Аморфные вещества проявляют одинаковые свойства в различных направлениях, т. е. они изотропны. Если же взять кристалл какого-нибудь вещества, то некоторые свойства его окажутся неодинаковыми в зависимости от того, в каких направлениях эти свойства изучать, т. е. они анизотропны. Анизотропность кристаллов сказывается на многих свойствах (теплопроводность, электропроводность, механическая прочность, преломляемость световых лучей и т. д.). [c.36]

    Различные сорта окиси магния или жженой магнезии, называемой также магнезией уста, отличаются по легкости (объемному весу), химической активности, адсорбционным свойствам, теплопроводности и пр. [c.342]

    От удельной поверхности зависят некоторые свойства дисперсной системы механические свойства, теплопроводность, звукопроницаемость, оптические свойства и т. п. [c.161]

    Технические физические характеристики и свойства, включающие а) удельный вес, б) насыпной вес, в) ситовый состав, г) угол естественного откоса, д) теплофизические свойства (теплопроводность, температуропроводность, теплоемкость), е) термическую стойкость, ж) электропроводность, з) смерзаемость. и т. д. [c.142]

    Ко второй группе теплофизическтг свойств веществ относят транспортные, или переносные, свойства (теплопроводность, вязкость, диффузия и так называемые перекрестные эффекты — термодиффузия и концентрационная теплопроводность). Эти свойства характеризуют неравновесные процессы в физических средах. [c.433]

    Клей БЭН-50П (ТУ 6-05-041-625—80). Эластичная пленка из ЭНБС (см. клей ЭН), модифицированная поливинилбутиралем марки ПШ. В качестве пластификатора применяется олигоэфиракрилат ТГМ-3 (или дибутилсебацннат), могут использоваться перечисленные выше наполнители для придания специфических свойств (теплопроводности, негорючести, магнито- или электропроводности и др.). Пленку получают на червячных экструдерах, снабженных прямоточной плоскощелевой головкой, или выдавливанием через кольцевую головку с последующим раздуванием трубы. Готовую клеевую пленку наматывают на бобины, между ее слоями прокладывают полиэтиленовую пленку. Срок хранения пленочного клея при комнатной температуре не менее 1,5 лет. При склеивании из пленки вырезают кусочек требуемых размеров и формы, затем помещают его между холодными или нагретыми соединяемыми поверхностями и под давлением 0,1—0,5 МПа (1—5 кгс/см ) проводят склеивание при 180°С в течение 4—6 ч.[c.16]

    Теилофизические свойства частиц. Градиентом температуры внутри частиц малого размера, как уже было отмечено выше, можно пренебречь как очень малой величиной, по.этому можно практически игнорировать влияние их теплофизических свойств (теплопроводность и температуропроводность, теплоемкость) на интенсивность теплообмена. Однако в реальных псевдоожиженных газами системах в теплообмене участвуют не только отдельные частицы, но и их агрегаты, поэтому можно ожидать, что скорость переноса тепла будет зависеть и от теплофизических свойств твердого материала (может быть — не отдельных частиц, а агрегата в целом). Кроме того, в случае крупных частиц уже нельзя пренебречь их внутренним температурным градиентом [181, 213]. [c.237]

    Исследованы различные свойства пенополиуретанов изучалась структура полиуретановых пен методом ИК-спектров 77 и по микрофотографиям тонких срезов . Определены физико-механические свойства эластичных и жестких пенопла- тов 3679-3686 а также физические свойства теплопроводность 3687-3693 теплостойкость 3694 JJ др 3691, 3692, 3695, 3696 Изучб-ны адгезия и старение пенополиуретанов и влияние соотношения изомеров в толуилендиизоцианате на свойства полиуретановых пенопластов [c. 438]

    Латуни обладают более высокой коррозионной стойкостью по сравнению с чистой медью. Латз нь имеет высокие механические свойства теплопроводность ее примерно в два раза выше теплопроводности стали. Свойство жидкотекучести позволяет применять этот материал для изготовления фасонных деталей методом литья. [c.23]

    Графит — единственный конструкционный материал, обладающий не только инертностью к большинству агрессивных сред, но и высокой теплопроводностью, низким омическим сопротивлением, а также хорошими механическими свойствами. Теплопроводность его в 5—6 раз выше теплопроводности хромоникелевой стали (марки Х18Н9Т). Графит незаменим для изготовления теплообменной аппаратуры, когда из-за агрессивности среды металлы и сплавы непригодны. [c.162]

    Под механическими свойствами понимают сопротивление различным механическим воздействиям сжатию, растяжению, изгибу, крзгчению, удару, истиранию и т. п. Главнейшими физическими свойствами металлов являются удельный вес, электропроводность, магнитные свойства, теплопроводность, расширение при нагреве, плавкость и цвет.[c.430]

    После Великой Октябрьской социалистической революции получило развитие производство древесно-волокнистых плит для строительных целей. Их готовят из древесины хвойных и лиственных деревьев, из отходов деревообрабатывающих, древесномассных и целлюлозных заводов, из камыша, соломы, стеблей кукурузы и любого растительного материала, который может быть превращен в волокнистую массу. Эту массу размалывают на дисковых и других мельницах, сортируют и формуют на специальных машинах типа столовых и цилиндровых. После сушки теми или иными способами получают твердые, полутвердые или пористые плиты. Как строительный материал эти плиты (особенно пористые) весьма ценны, так как обладают высокими теплоизоляционными и звукопоглощающими свойствами. Теплопроводность пористых плит в 2,5—3 раза меньше, чем у дерева, в 10—15 раз меньше, чем у кирпича, и в 20 раз меньше, чем у бетона. [c.65]

    Требования к подложкам и их обоснования сведены в табл. I Основными характеристиками, рассмотренными в этой главе, являются поверхности подложек, химический состав подложек и стабильность их свойств, теплопроводность и стоимость. Кроме того, рассматриваются дополнительные факторы, такие как термсстабильность, пористость, механическая прочность и простота изготовления. Требования к термостабильности подложек фактически исключают использование органических материалов, поскольку последние разлагаются при температурах, меньших 250° С. По этому последующие рассуждения касаются исключительно стекол, полн-и монокристаллических керамик, полупроводников и металлов, [c.492]

    Поскольку от особенностей структурного строения ППУ зависит ряд их свойств (теплопроводность, прочность, вибродемпфирование и т. п.), то следует подробно рассмотреть физикохимические условия создания структурной решетки ППУ [1]. [c.15]


Теплоизоляционные и акустические свойства — Материаловедение для каменщиков

Теплоизоляционные и акустические свойства

Теплоизоляционные свойства. Теплопроводностью называется способность материала передавать через свою толщу тепловой поток

Показатель теплопроводности — коэффициент теплопроводности, обозначаемый буквой, очень важен для материалов, используемых при устройстве ограждающих конструкций (наружных стен, верхних перекрытий, полов нижнего этажа и т. д.), и в особенности для теплоизоляционных материалов, которые предохраняют помещения от потерь тепла и реже- холодного воздуха (например, в холодильных камерах).

Коэффициентом теплопроводности называется количество тепла (в ккал), проходящее через материал толщиной 1 м, площадью 1 м2 при разности температур на двух его противоположных поверхностях в 1° в течение 1 часа.

Величина коэффициента теплопроводности зависит главным образом от пористости, влажности и структуры (строения) материала.

В сухом пористом материале тепло проходит через твердый остов, образованный веществом, из которого состоит материал, и через поры, заполненные воздухом. Так как теплопроводность воздуха очень низка (Я = 0,02), он оказывает большое-сопротивление тепловому потоку. Поэтому, чем больше пористость материала, тем меньше коэффициент его теплопроводности и наоборот.

Теплопроводность материалов резко повышается при их. увлажнении; часть воздуха из пор вытесняется водой, коэффициент теплопроводности которой в 25 раз больше, чем у воздуха, и равен 0,5.

Рис. 1. График зависимости коэффициента теплопроводности материала-от его объемного веса

Строение материала оказывает существенное влияние на его теплопроводность. Если материал имеет волокнистое строение, то коэффициент его теплопроводности зависит от направления потока тепла по отношению к волокнам. Например, у древесины, волокна которой вытянуты вдоль оси ствола, коэффициент теплопроводности вдоль волокон — 0,3, а поперек волокон — 0,15.

Теплопроводность материала зависит также от величины и характера пор. Мелкопористые материалы менее теплопроводны, чем крупнопористые, даже если их пористость (в процентах) одинакова. Материалы с замкнутыми порами имеют меньшую теплопроводность, чем материалы с сообщающимися порами.

Приближенно коэффициент теплопроводности материалов можно определять по объемному весу. График (рис. 1) дает не совсем точную величину К, так как он построен без учета структуры материала, характера пористости и пр. Точные значения коэффициента теплопроводности определяют опытным путем на специальных приборах.

Теплоемкостью называется способность материала поглощать определенное количество тепла при нагревании и отдавать его при охлаждении.

Показателем теплоемкости материалов является коэффициент теплоемкости, определяющий количество тепла (в ккал), которое необходимо затратить, чтобы нагреть 1 кг материала на 1°.

Каменные материалы имеют коэффициент теплоемкости от 0,18 до 0,22; лесные материалы от 0,57 до 0,65; сталь 0,11. Коэффициент теплоемкости воды 1,0 (самый большой), поэтому с увеличением влажности материалов их теплоемкость повышается.

Акустические свойства. Звукопоглощение — это способность материала поглощать звук. Степень поглощения звука различными материалами характеризуется коэффициентом звукопоглощения, за единицу которого условно принимают поглощение звука 1 м2 открытого окна.

Звукопоглощение материала зависит от его структуры. Материалы с сообщающимися открытыми крупными порами лучше поглощают звук, чем мелкопористые с замкнутыми порами.

К группе звукоизоляционных материалов относят те, которые имеют коэффициент звукопоглощения 0,25 и менее при частоте звука 512 герц.

Звукопроницаемость — способность материала пропускать через свою толщу звук. Строителей больше интересует звукоизоляционные свойства материала, выражаемые в децибелах. Оценкой этих свойств принято считать разность уровней громкости звука с обеих сторон ограждения, измеряемых в фонах. Например, если уровень громкости уличного шу-а составляет 80 фонов. Материалы с пористой структурой, как правило, обладают высокими звукоизоляционными свойствами. К таким материалам относятся теплоизоляционные и так называемые акустические материалы.

Читать далее:
Общие сведения о железобетоне
Асбестоцементные изделия
Изделия на основе гипса
Тяжелые бетоны специального назначения
Искусственные каменные материалы и изделия на основе вяжущих веществ
Битуминозные кровельные и гидроизоляционные материалы
Асфальтовые и дегтевые растворы и бетоны
Дегти и пеки
Природные битумы
Битуминозные материалы


ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Язык статьи — русский

Ссылка для цитирования: Волков Д. П., Егоров А.Г., Мироненко М.Э. Теплофизические свойства полимерных композиционных материалов // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2017. Т. 17. № 2. С. 287–293. doi: 10.17586/2226-1494-2017-17-2-287-293

Аннотация

Предмет исследования.Изучены теплофизические свойства нового полисилоксанового заливочного компаунда. Исследованы закономерности изменения теплопроводности и теплоемкости этого материала в диапазоне температур от +25 ºС до +175 ºС в зависимости от состава образцов. Выполнен поиск оптимального состава компаунда, обеспечивающего теплопроводность не менее 0,5 Вт/(м·К) и набор данных для оценочного прогнозирования изменения теплофизических свойств в зависимости от состава компаунда. Методы.Образцы изготовлены в ФГУП «НИИ синтетического каучука им. С.В. Лебедева» на основе серийно выпускаемых силоксановых полимеров. Компаунды представляли собой двух- или трехкомпонентные композиции холодного отверждения на основе низкомолекулярного (жидкого) полидиметилсилоксанового каучука СКТН. В качестве переменных по массовому наполнению добавок использованы полиэтилсилоксан ПЭС-5, гидроксид алюминия, гидрид титана, карбид бора, окись цинка.Исследования теплопроводности и теплоемкости выполнены с помощью измерителей ИТ-λ-400 ИТ-С-400 методом монотонного разогрева. Основные результаты. Получены новые экспериментальные данные зависимости теплопроводности и теплоемкости полисилоксанового компаунда от температуры, состава и концентрации различных наполнителей. Показано, что введение добавок позволило увеличить теплопроводность композита и уменьшить теплоемкость. Выявлено, что с ростом температуры теплопроводность компаундов падает примерно на 15%, а теплоемкость возрастает на 60–70%. Практическая значимость. Полученные данные позволяют выбрать оптимальный состав компаунда, обеспечивающий требуемые эксплуатационные показатели: теплопроводность не менее 0,5 Вт/(м·К), длительную термостойкость в диапазоне температур от –60 ºС до +200 ºС, сохранность эксплуатационных свойств при интегральном флюенсе нейтронов до 1∙1014 нейтрон/см2 и суммарной поглощенной дозы по гамма-излучению до 300 Гр. Разработанный компаунд проходит испытание и может найти применение в качестве материала твердой нейтронной защиты в составе транспортных упаковочных комплектов, предназначенных для перемещения и хранения отработанного ядерного топлива.


Ключевые слова: теплопроводность, теплоемкость, заливочный компаунд, калориметр

Благодарности. Работа выполнена в рамках НИР ФГУП «НИИ синтетического каучука им. С.В. Лебедева» для ПАО «Ижорские заводы».

Список литературы

 1.     Гросберг А.Ю., Хохлов А.Р. Полимеры и биополимеры с точки зрения физики. Долгопрудный: Интеллект, 2014. 304 с.

2.     Зуев Ю.С., Дегтева Т.Г. Стойкость эластомеров в эксплуатационных условиях. М.: Химия, 1986. 264 с.

3.     Михайлин Ю.А.Термоустойчивые полимеры и полимерные материалы. СПб.: Профессия, 2006. 624 с.

4.     Godovsky Y.K. Thermophysical Properties of Polymers. NY: SpringerVerlag, 1992.300p.

5.      Штенникова И.Н., Рюлщев Е.И., Эскин В.Е. и др. Современные физические методы исследования полимеров. М.: Химия, 1982. 251 с.

6.      Радиационная стойкость органических материалов: Справочник / под ред. В.К. Милинчука, В.И. Тупикова. М.: Энергоатомиздат, 1986.272 c.

7.     Ревун Ю.А., Комкова А.Д., Кондратьев А.Н., Лебеденко С.Г. Твердые материалы нейтронной защиты в конструкциях ТУК // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Химические проблемы атомной энергетики. 1991. №2, ч.1. С. 47–50.

8.     Шутова Е.М. Краткий обзор новых патентов на оборудование для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива // Инженерный вестник Дона. 2012. № 3. С. 531–535.

9.     Волков Д.П., Успенская М.В. Теплопроводность наполненных полимеров // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2010. Т. 53. № 4. С. 49–51.

10.  Платунов Е.С., Баранов И.В., Буравой С.Е., Курепин В.В. Теплофизические измерения: учеб. пособие. СПб.: СПбГУ НиПТ, 2010. 738 с.

11.  Fon W.C.W. Thermal Properties of Nano- and Microstructures. PhD Thesis, California Institute of Technology, 2004.

12.  Wunderlich B. Thermal Analysis of Polymeric Materials. Berlin: Springer, 2005. 894 p. doi: 10.1007/b137476

13.  Blomberg T. Heat Conduction in Two and Three Dimensions. Report TVBH-1008. Lund University, Sweden, 1996. 188 p.

14.  Varma-Nair M., Wunderlich B. Heat Capacity and Other Thermodynamic Properties of Linear Macromolecules. University of Tennessee, 1990.

15.  Димов Ю.В. Метрология, стандартизация и сертификация. 3-е изд. СПб.: Питер, 2010. 464 с.

16.  Сергеев А.Г., Крохин В.В. Метрология: Учеб. пособие для вузов. М.: Логос, 2000. 408 с.

Теплопроводность воды и льда и их особенности

Вода и лед: теплопроводность: Freepick

Теплопроводность воды в жидком и твердом состоянии обеспечивает жизнь в водоемах в зимний период. Что означает показатель и как его изменения помогают водной флоре и фауне? В поисках ответов на эти вопросы ученые обнаружили много интересных фактов.

Теплопроводность воды и льда

Особенные физические свойства имеет вода. Теплопроводность ее, например, в жидком и твердом состоянии отличается, что очень важно для природы. Прежде чем узнать точные значения этого показателя и рассмотреть примеры, познакомимся поближе с самим явлением.

Что такое теплопроводность

В прежние времена люди считали, что тепловая энергия передается благодаря перетеканию некоего «теплорода» из одного места в другое.

Но молекулярно-кинетическая теория подробно изучила это явление и сумела объяснить его с учетом взаимодействия частиц вещества. Молекулы из более нагретых частей двигаются быстрее и способны делиться энергией с холодными частями, сталкиваясь с их медленными частицами.

Как мы понимаем теплопроводность сегодня? Так ученые называют способность материального тела проводить энергию (тепло) от более нагретой части к менее нагретой благодаря хаотическому движению частиц — атомов, молекул, электронов и т. п.

Обмен теплом происходит в любом теле с неоднородно распределенной температурой. Однако его механизм отличается в зависимости от того, твердое, жидкое или газообразное вещество перед нами.

Также под теплопроводностью понимают количественную характеристику способности тела к проведению тепла. Если сравнить тепловую цепь с электрической, то этот показатель будет аналогом проводимости.

Количественно данное свойство характеризуют коэффициентом теплопроводности, который также известен как удельная теплопроводность:

  • Эта характеристика показывает количество тепла, которое в течение единицы времени при температурной разнице 1 К проходит сквозь однородный образец материала с определенной длиной и площадью.
  • Международная система единиц (СИ) приводит для него такие единицы измерения — Вт/(м×град) или Вт/(м×К).
Особенные свойства воды: Freepick

Каковы теплофизические свойства воды и льда

Коэффициент теплопроводности воды меняется в зависимости от температуры:

  1. При 0 °С он равняется 0,569 Вт/(м×град).
  2. При ее повышении он постепенно растет и, например, при температуре 20 °С составляет 0,603 Вт/(м×град).

С учетом столь маленьких значений коэффициента для воды перенос тепла в водных объектах становится не совсем обычным процессом. В природе на первый план в переносе тепла в водоемах выходят турбулентные процессы.

Теплопроводность льда имеет следующие особенности:

  1. Коэффициент теплопроводности в чистом, лишенном пузырьков воздуха льде при 0 °С составляет 2,22 Вт/(м×град).
  2. По мере уменьшения температуры показатель снижается.

Таким образом, показатель теплопроводности льда при 0 °С практически в четыре раза превышает данный показатель для воды при такой же температуре. Это говорит о том, что тепло проводится льдом гораздо быстрее, чем водой. Поэтому в живом организме замерзание происходит быстрее, чем оттаивание.

Почему вода не замерзает под толстым слоем льда

Показатели и особенности теплопроводности воды имеют важное значение для природы, а точнее, для жизни водоемов. Во многих уголках планеты температура окружающей среды значительно меняется в течение года.

Но даже при экстремально низких температурах водоемы никогда не промерзают до дна, благодаря чему в них сохраняется жизнь. В чем секрет? Разгадать эту загадку можно, если помнить о некоторых свойствах льда и воды.

Низкая теплопроводность льда

У льда плохая теплопроводность, поэтому, когда температура воздуха вокруг него снижается, под ним сохраняется относительное тепло. В любом случае температура будет плюсовая, благодаря чему вода не промерзнет до дна.

Таким образом из толстого слоя льда на водоеме получается своеобразное одеяло, оберегающее от мороза жизнь в водоемах. Чем сильнее холода, тем толще необходим слой льда, чтобы создать нужную теплоизоляцию.

Расширение воды при замерзании

Вода под слоем льда: Freepick

В процессе замерзания вода ведет себя нетипично для жидкости. Практически все жидкости во время охлаждения сжимаются, их объем сокращается, а концентрация увеличивается. К примеру, твердый воск тяжелее, чем жидкий, потому погружается в него и остается на дне.

С водой же происходит следующее:

  • Она ведет себя так же, как и другие жидкости, до отметки в +4 °С, то есть сжимается.
  • Дальнейшее замораживание приводит к постепенному расширению и уменьшению массы.
  • Лед, который образуется при нулевой температуре, оказывается легче, чем незамерзший слой воды с плюсовой температурой.

Таким образом, вода при охлаждении не сжимается, а расширяется. В ходе этого процесса ее вес уменьшается.

Особенности плотности воды

Вода — особенное вещество еще и потому, что ее плотность в жидком состоянии выше, чем в твердом. Максимальной плотностью обладает вода при температуре +4 °С. В зимний период вода с такой температурной отметкой окажется на дне. Поверхность же украсит лед с плотностью около 900 кг/м³.

Сразу под ним будет вода с температурой около 0 °С, а по мере набора глубины температура достигнет +4 °С. При этом плотность будет расти, что не даст слоям смешаться и замерзнуть.

Как же замерзают водоемы? Этот процесс происходит так:

  1. Вначале происходит охлаждение воды до +4 °С, ее плотность возрастает, и она спускается ко дну водоема. Нижние теплые слои, соответственно, поднимаются наверх, где происходит их остывание и дальнейшее погружение вниз.
  2. Как только вся толща воды охладится до +4 °С этот процесс замедлится.
  3. Дальнейшее охлаждение верхнего слоя приводит к процессу расширения и снижения плотности воды около поверхности. Опуститься вниз она уже не способна, поэтому продолжится замерзание и кристаллизация.
  4. При нулевой отметке из верхнего слоя образуется лед, а нижний слой сохранит жидкое состояние.

Сохранение температуры выше ноля в нижнем слое водоемов обеспечивает живые организмы возможностью выжить в условиях суровой зимы. Если бы вода не имела таких особенных физических свойств, то всей водной флоре и фауне грозило бы вымирание.

Интересно, что аналогичное свойство было обнаружено в Солнечной системе на спутниках планет-гигантов, на которых существуют большие запасы воды. В придонных зонах внеземных океанов показатели температуры, как правило, еще выше.

Ученые считают, что жидкую воду можно обнаружить под льдом таких планет, как Европа, Каллисто, Ганимед, Рея, Титания, Оберон, Тритон, Плутон. Возможно, их ледяные корки скрывают огромные океаны.

Теперь вам известно не только то, какова теплопроводность воды, но и чем она особенна и чем полезна природе. Все эти чудеса постоянно происходят вокруг нас. Физика объясняет их и делает загадочные явление понятными.

Оригинал статьи: https://www.nur.kz/family/school/1906083-teploprovodnost-vody-i-lda-i-ih-osobennosti/

Процесс теплопроводности — Энциклопедия по машиностроению XXL

Нестационарные процессы теплопроводности встречаются при охлаждении металлических заготовок, прокаливании твердых тел, в производстве стекла, обжиге кирпича, нагревании дерева, при вулканизации резины, нагревании мешков муки и т. п.  [c.389]

Видно, что при малых значениях переменной функции 0 ( ), 0,3 (I), Ф (I) и Фз (с) ведут себя одинаково в обоих случаях, как для адиабатической, так и для изотермической стенки канала. Это связано с тем, что фронт процессов теплопроводности и диффузии целевого компонента в пленке жидкости при малых не достигает поверхности стенки. При этом температура стенки канала 0,, и концентрация целевого компонента на стенке Ф остаются практически равными нулю, а значения температуры и концентрации на поверхности пленки жидкости являются постоянными  [c.326]


При выводе уравнений движения мы совершенно не учитывали процессов диссипации энергии, которые могут иметь место в текущей жидкости вследствие внутреннего трения (вязкости) в жидкости и теплообмена между различными ее участками. Поэтому все излагаемое здесь и в следующих параграфах этой главы относится только к таким движениям жидкостей и газов, при которых несущественны процессы теплопроводности и вязкости о таком движении говорят как о движении идеальной жидкости.[c.17]

В конце 2 было указано, что полная система гидродинамических уравнений должна содержать пять уравнений. Для жидкости, в которой имеют место процессы теплопроводности и внутреннего трения, одним из этих уравнений является по-прежнему уравнение непрерывности уравнения Эйлера заменяются уравнениями Навье — Стокса. Что же касается пятого уравнения, то для идеальной жидкости им является уравнение сохранения энтропии (2,6). В вязкой жидкости это уравнение, разумеется, не имеет места, поскольку в ней происходят необратимые процессы диссипации энергии.  [c.270]

В результате необратимых процессов теплопроводности и внутреннего трения энтропия жидкости возрастает. Речь идет при этом, конечно, не об энтропии каждого элемента объема жидкости в отдельности, а о полной энтропии всей жидкости,  [c.273]

Необходимо отметить, что применимость уравнения теплопроводности (50,4) к жидкостям практически сильно ограничена. Дело в том, что в жидкостях, реально находящихся в поле тяжести, уже малый градиент температуры приводит в большинстве случаев к возникновению заметного движения (так называемая конвекция см. 56). Поэтому реально можно иметь дело с неравномерным распределением температуры в неподвижной жидкости, разве только, если градиент температуры направлен противоположно силе тяжести или же если жидкость очень вязкая. Тем не менее, изучение уравнения теплопроводности в форме (50,4) весьма существенно, так как уравнением такого вида описываются процессы теплопроводности в твердых телах. Имея это в виду, мы займемся здесь и в 51, 52 более подробным его исследованием.  [c.278]

Время т, которое можно назвать временем релаксации для процесса теплопроводности, пропорционально квадрату размеров тела и обратно пропорционально коэффициенту температуропроводности.  [c.283]

Процесс теплопроводности, описываемый полученными здесь формулами, обладает тем свойством, что влияние всякого теплового возмущения распространяется мгновенно на все пространство. Так, из формулы (51,5) видно, что тепло из точечного источника распространяется так, что уже в следующий момент времени температура среды обращается в нуль лишь асимптотически на бесконечности. Это свойство сохраняется и для среды с зависящей от температуры температуропроводностью х, если только эта зависимость не приводит к обращению % в нуль в какой-либо области пространства. Если же X есть функция температуры, убывающая и обращающаяся в нуль вместе с нею, то это приводит к такому замедлению процесса распространения тепла, в результате которого влияние любого теплового возмущения будет простираться в каждый момент времени лишь на некоторую конечную область пространства речь идет о распространении тепла в среду, температуру которой (вне области влияния) можно считать равной нулю (Я. Б. Зельдович, А. С. Компанеец, 1950 им же принадлежит решение приведенных ниже задач).  [c.283]


Скорость увеличения полной энтропии тела благодаря необратимым процессам теплопроводности равна  [c.176]

Диссипация энергии обусловливается процессами двух родов. Во-первых, при неодинаковости температуры в разных местах тела в нем возникают необратимые процессы теплопроводности. Во-вторых, если в теле происходит какое-нибудь внутреннее дви-  [c.177]

Далее, рассмотрим обратный предельный случай, когда о) > > % а . Другими словами, время релаксации велико по сравнению с периодом колебаний в волне, и за время каждого периода не успевает произойти заметное выравнивание возникающих при деформации разностей температур. Было бы, однако, неправильным считать, что определяющие поглощение звука градиенты температуры порядка величины То/а. Тем самым мы учитывали бы лишь процесс теплопроводности внутри каждого кристаллита. Между тем основную роль в данном случае должен играть теплообмен между соседними кристаллами М. А. Исакович, 1948). Если бы кристаллиты были теплоизолированы друг от друга, то на границе между ними создавались бы разности температур того же порядка величины Тб, что и разности температур в пределах отдельного кристаллита. В действительности же граничные условия требуют непрерывности температуры при переходе через поверхности соприкосновения между кристаллитами. В ре-  [c.183]

Корпускулярный аспект колебания решетки оказывается весьма полезным для описания процессов передачи энергии. Эти процессы включают в себя акты возникновения (рождения) и уничтожения фононов. Для описания процессов теплопроводности твердых тел используется предположение о-рассеянии (столкновении) фононов.  [c.42]

Здесь первое слагаемое определяет изменение энтропии системы за счет притекающей в нее теплоты. Эта величина и стоит в правой части неравенства Клаузиуса классической термодинамики. Второе слагаемое представляет собой изменение энтропии, вызванное необратимостью процесса теплопроводности внутри выделенного объема. Так как этот член всегда положителен, то выражение (1), а также общее выражение (13.6) не противоречит неравенству Клаузиуса.  [c.370]

Электротепловая аналогия (ЭТА) — аналогия между процессами теплопроводности и электропроводности.  [c.76]

В безразмерном виде математическое описание процессов теплопроводности и электропроводности имеет вид  [c. 77]

Сопоставляя дифференциальные уравнения (4.13), (4.14) и соотношения (4.15) — (4.24) для процессов теплопроводности и электропроводности, заключаем, что при численном равенстве выражений для условий однозначности этих процессов решения дифферен-  [c.78]

Здесь Рот=Тт/(Л 1.т т) — число Фурье (безразмерное время) в процессе теплопроводности Рхт = Ах /(ХАРт) —термическое сопротивление теплопроводности между соседними расчетными точками,  [c.87]

При численном равенстве соответствующих условий однозначности для процессов теплопроводности и электропроводности (4.28) — (4.31) в сходственных точках расчетной сетки (рис. 4.3, а) и электрической модели (рис. 4.3, б) в сходственные моменты времени (Fot=Fo) решения уравнений (4.49) и (4.50) будут численно одинаковыми, т. е. 9 = г или, что то же,  [c.88]

Таким образом, обобщенной силой процесса теплопроводности является сомножитель  [c.209]

Иными словами, взаимодействие двух необратимых процессов — теплопроводности и диффузии — приводит к появлению дополнительного источника диссипации энергии (роста энтропии)  [c. 210]

Процесс теплопроводности происходит только в условиях, когда температура в различных точках тела или системы тел неодинакова. Поэтому исследование процесса передачи теплоты теплопроводностью сводится к изучению пространственно-временного изменения температуры тела, т. е. к нахождению уравнения вида  [c.90]

Отсюда следует основное уравнение для установившегося процесса теплопроводности для однослойной плоской стенки  [c.92]

Дифференциальное уравнение теплопроводности (14.1) описывает бесконечно большую возможную совокупность процессов передачи теплоты. Для полного математического описания конкретного частного процесса к дифференциальному уравнению необходимо добавить условия однозначности, которые содержат особенности протекания этого частного процесса теплопроводности.  [c.202]


Рассмотренные способы задания граничных условий являются самыми распространенными могут быть и другие способы их задания. Дифференциальное уравнение теплопроводности 14.1) совместно с условиями однозначности дают полную математическую формулировку конкретного процесса теплопроводности.  [c.204]

В условиях стационарного процесса теплопроводности в телах простейшей геометрической формы без внутренних источников тепла (уравнения теплопроводности (14.1), (14.3), (14.5) упрощаются для плоской стенки  [c.222]

НЕСТАЦИОНАРНЫЕ ПРОЦЕССЫ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ  [c.244]

Нестационарные процессы теплопроводности происходят при нагревании и охлаждении тел, а именно при пуске и остановке технологических и энергетических установок, при термохимическом воздействии на пласт для повышения нефте- и газоотдачи, при транспортировке газа, нефти и нефтепродуктов и т. д.  [c.244]

В левой части этого уравнения представлено локальное из- менение удельной энтальпии, вызванное процессами теплопроводности (учитывает первое слагаемое правой части), конвек-дии (второе слагаемое) и молекулярной диффузии (третье слагаемое). Уравнение (17.10) можно записать в краткой форме  [c.274]

Вследствие недостаточной изученности по предложению М. А. Михеева в нашей стране в расчетной практике принято сложный процесс передачи теплоты через щели заменять эквивалентным процессом теплопроводности  [c.311]

На основании (3.8) и (3.10) можно рассматривать числа Фурье (3.9) и Био (3.11) как некоторую среднюю меру отношения интенсивности двух физических эффектов, существенных для процесса теплопроводности.  [c.33]

Передача теплоты излучением протекает независимо от процесса теплопроводности и конвекции, однако последние в большинстве случаев сопутствуют радиации. Совокупность всех трех видов переноса теплоты называют слсжным теплообменом. Однако изучение закономерностей сложного теплообмена представляет собой довольно трудную задачу. Поэтому изучают порознь каждый из трех видов теплообмена, после чего становится возможным вести расчеты, относящиеся к сложному теплообмену.[c.346]

Полученное дифференциальное уравнение Фурье описывает явления передачи теплоты теплопроводностью в самом общем виде. Для того чтобы применить его к конкретному случаю, необходимо знать распределение температур в теле в начальный момент времени или начальные условия. Кроме того, должны быть известны гео-метрическая форма и размеры тела, физические ларамехры-среды, и тела и граничные условия, характеризующие распределение температур на поверхности тела, или взаимодействие изучаемого тела с окружающей средой. Все эти частные особенности совместно с дифференциальным уравнением дают полное описание конкретного процесса теплопроводности и называются условиями однозначности, или краевыми условиями.  [c.355]

Что касается распределения температуры в основном объеме жидкости, то легко видеть, что при обтекании нагретого тела (при больших R) нагревание жидкости будет происходить практически только в области следа, между тем как вне следа температура жидкости не изменится. Действительно, при очень больших R процессы теплопроводности в основном потоке не играют практически никакой роли. Поэтому температура изменится только в тех местах пространства, в которые попадает при своем движении нагретая в пограничном слое жидкость. Но мы знаем (см. 35), что из пограничного слоя линии тока выходят в область основного потока только за линией отрыва, где они попадают в область турбулентного следа. Из области же следа линии тока в окружающее пространство уже не выходят. Таким образом, текущая мимо поверхности нагретого тела в пограничном слое жидкость попадает целиком в область следа, в котором и остается. Мы видим, что тепло оказывается распреде-лсгг[1ым в тех же областях, в которых имеется отличная от нуля завихренность.  [c.296]

Неравномерная нагретость твердой среды не приводит к воз-никновенню в ней конвекции, как это обычно имеет место в жидкостях. Поэтому перенос тепла осуществляется здесь одной только теплопроводностью. В связи с этим процессы теплопроводности в твердых телах описываются сравнительно более простыми уравнениями, чем в жидкостях, где они осложняются конвекцией.[c.174]

Заметим, что универсальный критерий эволюции Гленсдорфа — Пригожина (15.4) является косвенным следствием второго начала термодинамики для неравновесных процессов. Не приводя здесь довольно долгих вычислений для общего доказательства этого критерия, покажем его справедливость для процесса теплопроводности в твердом теле с постоянным объемом и заданными температурами на границе (см. 65). Используя для этого случая выражение (lll9), имеем  [c.283]

В 50-х годах текущего столетия был разработан новы раздел термодинамики — термодинамика необратимых процессов. Исследования, проводимые методами термодинамики необратимых процессов, позволяют изучать медленные необратимые процессы (теплопроводность, диффузию и др.), исследовать термоэлектр,1ческне и термодиффузионные процессы, процессы молекулярного переноса. Термодинамика необратимых процессов позволяет значительно расширить и уточнить области применения термодинамических исследований.[c.9]

Приведем математическое описание процессов теплопроводности и электропроводности к безразмерному виду. За масщтабы преобразования примем максимальные избыточные параметры 0о= =-Т — Га 00= 1 — 2> характерные линейные размеры тела /от и модели /о, масщтабные значения коэффициентов теплопроводности и электропроводности оо.  [c.77]

Тождественность геометрических условий однозначности обеспечивается одинаковой последовательностью взаимных соединений сходственных элементов расчетной сетки для процесса теплопроводности и электрической цепи, а также равенством масштабов f R — Rmax/RTraax На всех сходственных элементарных участках Стенки и модели.  [c.84]


В основе физической природы неустойчивости обратной задачи лежит свойство процесса теплопроводности, заключаюшееся в сильном сглаживании и временном запаздывании характерных особенностей граничных функций по мере удаления рассматриваемой точки внутрь тела от теплообменной поверхности. Если характерные изменения в граничных условиях проявляются слабее и сгла живаются при удалении от поверхности тела, то, наоборот, наличие даже небольших колебаний в температуре глубоко расположенных точек должно соответствовать значительным временным изменениям граничного условия. Такая физика распространения тепла и приводит к известной особенности обратных задач — значительно  [c.284]

Сущность этих явлений можно объяснить следующим образом. Происхождение сил вязкости и возникновение процесса теплопроводности в газе связаны с молекулярным строением вещества. Перемеш,ение молекул в объеме газа из одного места в другое приводит к переносу энергии и количества движения. При этом изменение количества движения вызывает появление силы вязкости, а перенос энергии обусловливает свойство теплопроводности. Поэтому с увеличением температуры увеличиваются теплопроводность и динамическая вязкость в газовой среде. При возникновении диссоциации характер изменения X и л довольно сложный (рис. 1.29). При малой степени диссоциации значения X снижаются, что вызвано затратами внутренней энергии на разрыв молекулярных связей. При повышении степени диссоциации более интенсивное дробление молекул на атомы приводит к росту числа частиц, участвующих в процессах переноса и, следовательно, к увелйчению теплопроводности X. При очень сильном разогреве газа значительно увеличиваются затраты внутренней энергии на ионизацию, что снижает теплопроводность.  [c.35]


Тепловые свойства горных пород

Тепловые свойства горных пород характеризуются удельной теплоёмкостью, коэффициентом температуропроводности и коэффициентом теплопроводности.

Удельная (массовая) теплоёмкость характеризуется количеством теплоты, необходимым для нагрева единицы массы породы на 1°С:

.                   (2.1)

Этот параметр необходимо учитывать при тепловом воздействии на пласт.

Коэффициент теплопроводности (удельного теплового сопротивления) l характеризует количество теплоты dQ, переносимой в породе через единицу площади S в единицу времени t при градиенте температуры dT/dx:

.            (2.2)

Коэффициент температуропроводности (α) характеризует скорость прогрева пород (или скорость распространения изотермических границ).

Коэффициенты линейного (aL) и объёмного (aV) расширения характеризуют изменение размеров породы при нагревании:

.                  (2.3)

         Взаимосвязь тепловых свойств горных пород выражается соотношением (2.4):

.            (2.4)

Теплоёмкость пород зависит от минералогического состава пород и не зависит от строения и структуры минералов. Удельная теплоёмкость увеличивается при уменьшении плотности породы и растёт с увеличение температуры и влажности в пределах 0,4-2 кДж/(кг×К).

Теплопроводность и температуропроводность пород очень низки по сравнению с металлами. Поэтому для прогрева призабойных зон требуется очень большая мощность нагревателей. Вдоль напластования теплопроводность выше, чем поперёк напластования на 10-50%.

Коэффициенты линейного и объёмного расширения изменяются в зависимости от плотности породы аналогично теплоёмкости. Наибольшим значением коэффициентов расширения обладает кварцевый песок и другие крупнозернистые породы.

Коэффициент линейного расширения пород уменьшается с ростом плотности минералов.

Тепловых свойства некоторых горных пород и пластовых флюидов

Таблица 2.1.

Горная порода

с, кДж/(кг×К)

l, Вт/(м×К)

a×103, м2/с

aL×105, 1/К

глина

0,755

0,99

0,97

глинистые сланцы

0,772

154-218

0,97

0,9

доломит

0,93

1,1-4,98

0,86

известняк

1,1

2,18

0,91

0,5-0,89

кварц

0,692

2,49

1,36

1,36

песок

0,8

0,347

0,2

0,5

Пластовые флюиды

с, кДж/(кг×К)

l, Вт/(м×К)

a×103, м2/с

aL×105, 1/К

нефть

2,1

0,139

0,069-0,086

вода

4,15

0,582

0,14

Теплопроводность клееных панелей | Свойства деревянных клееных панелей

Клееные деревянные панели идеально подходят для проектирования энергоэффективных домов. Почти герметичная среда помещений не позволяет уходить теплу через щели, как это происходит в обычных домах. Высокая теплоемкость дерева помогает обеспечивать температурную стабильность помещений в течение дня.

Теплоизоляционные свойства многослойных клееных деревянных панелей аналогичны соответствующим свойствам древесины, из которой они изготовлены. Эти свойства меняются в зависимости от толщины панелей.

В этом плане наиболее важными свойствами являются теплопроводность λ (интенсивность теплового потока, проходящего через материал) и теплоемкость c (способность поглощения и сохранения тепла).

Коэффициент теплопроводности многослойных клееных деревянных панелей ведущих европейских производителей равен 0,13 W(m,K). Это в 10 раз ниже чем у бетона и существенно ниже теплопроводности пеноблоков (0,2 W(m,K). Например, многослойная деревянная панель толщиной 65 мм. обеспечивает такую же теплоизоляцию,, как пенобетонный блок толщиной 100 мм.

Теплоемкость многослойных клееных деревянных панелей составляет 2,0 KJ(kgK). Это более, чем в 2 раза превышает теплоемкость бетона и кирпича (0,88 и 0,84 соответственно).

Сравнительная таблица теплопроводности некоторых строительных материалов

Строительный материал Теплопроводность (λ)
Многослойные клееные деревянные панели 0,13
Древесина (доски) 0,15
Красный глиняный кирпич (сплошной) 0,56
Красный глиняный кирпич (пустотелый) 0,35 — 0,41
Силикатный кирпич 0,8
Железобетон 1,7
Пенобетон (1000 кг/м3) 0,29
Пенобетон (300 кг/м3) 0,08
Керамзитобетон (1800 кг/м3) 0,66
Керамзитобетон (50 кг/м3) 0,14

Некоторое улучшение теплопроводности многослойных клееных деревянных панелей по сравнению с обычной древесиной обеспечивается за счет слоев клея, который является прекрасным теплоизолятором.

Теплопроводность | СпрингерЛинк

‘) var head = document.getElementsByTagName(«head»)[0] var script = document.createElement(«сценарий») script.type = «текст/javascript» script.src = «https://buy.springer.com/assets/js/buybox-bundle-52d08dec1e.js» script.id = «ecommerce-scripts-» ​​+ метка времени голова.appendChild (скрипт) var buybox = document.querySelector(«[data-id=id_»+ метка времени +»]»).parentNode ;[].slice.call(buybox.querySelectorAll(«.вариант-покупки»)).forEach(initCollapsibles) функция initCollapsibles(подписка, индекс) { var toggle = подписка.querySelector(«.цена-варианта-покупки») подписка.classList.remove(«расширенный») переменная форма = подписка. querySelector(«.форма-вариант-покупки») если (форма) { вар formAction = form.getAttribute(«действие») document.querySelector(«#ecommerce-scripts-» ​​+ timestamp).addEventListener(«load», bindModal(form, formAction, timestamp, index), false) } var priceInfo = подписка.querySelector(«.Информация о цене») var PurchaseOption = переключатель.родительский элемент если (переключить && форма && priceInfo) { toggle.setAttribute(«роль», «кнопка») toggle.setAttribute(«tabindex», «0») toggle.addEventListener («щелчок», функция (событие) { var expand = toggle.getAttribute(«aria-expanded») === «true» || ложный toggle.setAttribute(«aria-expanded», !expanded) форма. скрытый = расширенный если (! расширено) { покупкаOption.classList.add(«расширенный») } еще { покупкаOption.classList.remove(«расширенный») } priceInfo.hidden = расширенный }, ложный) } } функция bindModal (форма, formAction, метка времени, индекс) { var weHasBrowserSupport = окно.выборка && Array.from функция возврата () { var Buybox = EcommScripts ? EcommScripts.Buybox : ноль var Modal = EcommScripts ? EcommScripts.Modal : ноль if (weHasBrowserSupport && Buybox && Modal) { var modalID = «ecomm-modal_» + метка времени + «_» + индекс var modal = новый модальный (modalID) модальный. domEl.addEventListener(«закрыть», закрыть) функция закрыть () { form.querySelector(«кнопка[тип=отправить]»).фокус() } вар корзинаURL = «/корзина» var cartModalURL = «/cart?messageOnly=1» форма.setAttribute( «действие», formAction.replace(cartURL, cartModalURL) ) var formSubmit = Buybox.перехват формы отправки ( Buybox.fetchFormAction(окно.fetch), Buybox.triggerModalAfterAddToCartSuccess(модальный), функция () { form.removeEventListener («отправить», formSubmit, false) форма. setAttribute( «действие», formAction.replace(cartModalURL, cartURL) ) форма.представить() } ) form.addEventListener («отправить», formSubmit, ложь) document.body.appendChild(modal.domEl) } } } функция initKeyControls() { document.addEventListener («нажатие клавиши», функция (событие) { если (документ.activeElement.classList.contains(«цена-варианта-покупки») && (event.code === «Пробел» || event.code === «Enter»)) { если (document.activeElement) { событие. preventDefault() документ.activeElement.click() } } }, ложный) } функция InitialStateOpen() { var узкаяBuyboxArea = покупная коробка.смещениеШирина -1 ;[].slice.call(buybox.querySelectorAll(«.опция покупки»)).forEach(функция (опция, индекс) { var toggle = option.querySelector(«.цена-варианта-покупки») var form = option.querySelector(«.форма-варианта-покупки») var priceInfo = option.querySelector(«.Информация о цене») если (allOptionsInitiallyCollapsed || узкаяBuyboxArea && индекс > 0) { переключать.setAttribute («ария-расширенная», «ложь») form.hidden = «скрытый» priceInfo.hidden = «скрытый» } еще { переключить. щелчок() } }) } начальное состояниеОткрыть() если (window.buyboxInitialized) вернуть window.buyboxInitialized = истина initKeyControls() })()

Исследование свойств теплопроводности носков

[1] Д.Бхатия, У. Малхотра, Термофизиологический комфорт одежды при ношении: обзор, J. Textile Sci. англ. 6 (2016) 250.

DOI: 10. 4172/2165-8064.1000250

[2] Э.Р. Надель, Р. В. Буллард, Дж. А. Столвейк, Важность температуры кожи в регуляции потоотделения, J. Appl. Физиол. 31(1) (1971) 80-87.

DOI: 10.1152/jappl.1971.31.1.80

[3] С. Misiano, Держите кожу сухой, Int. соц. История Неврологи. 46(10) (2012) 96.

[4] С.Пивса-Арт, Н. Срисават, О. Нарончай, С. Павасупри, В. Пивса-Арт, Получение вязания носков из поли(молочной кислоты) и поли[(R)-3-Гидроксибутират-со-(R)-3 смеси -гидроксивалерата] (PHBV) для текстильной промышленности, Energy Procedia, 9 (2011) 589-597.

DOI: 10.1016/j.egypro.2011.09.069

[5] С. Cimilli, B.U. Nergis, C. Candan, M. Ozdemir, Сравнительное исследование некоторых связанных с комфортом свойств носков из различных типов волокон, Textile Res. Журнал 80(10) (2010) 948-957.

DOI: 10.1177/0040517509349782

[6] В.Ван, Х.Х.Л. Yim, CW Kan, J. Diswat, W. Krajangpo, N. Rungruangkitkrai и R. Mongkholrattanasit, Оценка теплопроводности и свойств q-max быстросохнущих внутренних изнашиваемых материалов, Key Eng. Матер. 818 (2019) 26-30.

DOI: 10. 4028/www.scientific.net/kem.818.26

[7] С.В. Кан, Х.Т. Tam, R. Mongkholrattanasit, Исследование тепловых свойств имеющейся в продаже внутренней одежды, Appl. мех. Матер. 848 (2016) 178-181.

DOI: 10.4028/www.scientific.net/amm.848.178

[8] Б. П. Сэвилл, Физические испытания текстиля, CRC Press, Вашингтон, округ Колумбия, (1999).

[9] М.Дж. Пак, М. А. Буэно, М. Реннер, С. Эль-Касми, Ощущение тепла и прохлады относительно трибологических свойств тканей, Textile Res. J. 71(9) (2001) 806-812.

DOI: 10.1177/004051750107100910

(PDF) Исследование свойств теплопроводности носков

Исследование свойств теплопроводности носков

Wenyi Wang1,a, Kwok-Tung Hui1,b, Chi-Wai Kan1,c*,

Krailerck Visephan2,d , Saowanee Areechongchareon2,e,

Somporn Tiyasri3,f и Rattanaphol Mongkholrattanasit2,g*

1Институт текстиля и одежды, Гонконгский политехнический университет, Гонконг, Китай

2Факультет промышленного текстиля и дизайна одежды,

Технологического факультета Пхра Накхон, Бангкок, Таиланд

3 Химический факультет, Факультет естественных наук, Университет Сринакхаринвирот, Бангкок, Таиланд

[email protected] com, [email protected], [email protected],

[email protected], [email protected] [email protected] ,

[email protected]

Ключевые слова: теплопроводность, носки, количество пряжи, оценка Кавабата

Аннотация. Ткани для носков кажутся второстепенной одеждой в категориях одежды, но являются незаменимым предметом для

повседневной деятельности пользователей. Функция носков заключается либо в теплоизоляции температуры тела в холодную погоду

, либо в высвобождении тепла для сохранения теплового нейтрального состояния стопы в жаркую погоду.Носки хорошего качества

способствуют предотвращению заболеваний ног или неприятного запаха от ног.

свойства ткани могут влиять на удобство ношения носков. Настоящее исследование направлено на изучение взаимосвязи

между параметрами ткани и свойством теплопроводности трикотажной ткани для носков.

Физические испытания носков, выпускаемых в продажу, проводились в стандартных условиях атмосферы. Было обнаружено, что теплопроводность ткани прямо пропорциональна количеству пряжи и толщине.

Введение

С развитием общества удобство ношения текстильных изделий является важным фактором

, определяющим удовлетворенность потребителей при выборе одежды. Носок — повседневная одежда, находящаяся в тесном контакте с кожей

и подвергающаяся влажному ношению вследствие потоотделения. Таким образом, свойства ткани

носка очень важны. Ткани для носков кажутся второстепенной одеждой в категориях одежды, но

являются незаменимыми предметами для повседневной деятельности пользователей.Функция носков заключается либо в теплоизоляции

температуры тела в холодную погоду, либо в высвобождении тепла для сохранения теплового нейтрального состояния стопы в жаркую погоду

[1-4]. Носки хорошего качества способствуют предотвращению заболеваний ног или неприятного запаха от ног. На удобство ношения носков

могут влиять свойства ткани при термопереносе [5]. В нашем предыдущем исследовании

мы оценили теплопроводность различных текстильных изделий, таких как быстросохнущая внутренняя одежда

[6] и внутренняя одежда [7].Однако все эти исследования были основаны на ношении одежды.

редко сообщают о теплопроводности носков, которые используются в закрытой среде внутри обуви.

Таким образом, свойство теплопроводности имеет большое значение для текстильных изделий, которые используются

в закрытой среде ношения, особенно для носков. Настоящее исследование направлено на изучение взаимосвязи между параметрами ткани и физическими свойствами трикотажной ткани для носков.

Экспериментальный

Материалы. Мужские носки были предоставлены швейной компанией для этого исследования, и их характеристики

приведены в таблице 1. Перед тестированием носки выдерживались при температуре 20±2°C и относительной влажности

65±2% в течение не менее 24 часов. [8]. На рис. 1 показан ход исследования в экспериментальной работе.

Оценка теплопроводности. Теплопроводность образцов носков измеряли на приборе

KES-F7 Thermal Labo на основе системы оценки ткани Кавабата.Теплопроводность

К можно рассчитать по уравнению. 1.

ISSN: 1662-9752, Vol. 1007, стр. 118–124 Отредактировано: 18 марта 2020 г.

Все права защищены. Никакая часть содержания этого документа не может быть воспроизведена или передана в любой форме и любыми средствами без письменного разрешения Trans

Tech Publications Ltd, www.scientific.net. (#540913410-15/07/20,11:55:40)

Теплоаккумулирующие свойства и теплопроводность композитных ПКМ октадеканол-МУНТ как перспективных органических теплоаккумулирующих материалов

Характеристика химической структуры

ИК-спектры синтезированных МУНТ-СООН, МУНТ-COCl и OD- г -МУНТ (1:1) приведены на рис.3. В спектре МУНТ-СООН широкий пик между 3250 и 3650 см -1 подтверждает наличие гидроксильных (-ОН) групп, присутствующих в МУНТ 22 . Пик поглощения при 1690 см -1 представляет собой растяжение связи С=О группы -СООН, поскольку симметричные и асимметричные валентные колебания СООН проявляются при 1471 и 1359 см -1 соответственно 24 . Кроме того, пики при 958 и 829 см -1 относятся к колебанию -ОН групп 25 .В спектре МУНТ-COCl пик поглощения при 1776 см -1 связан с валентным колебанием C=O хлорангидрида. Пики поглощения при 1328 и 639  см -1 подтвердили наличие растяжения C-O и C-Cl МУНТ, функционализированных хлорангидридом. Пик при 1736 см -1 приписывается растяжению C=O, происходящему от OD- г -МУНТ. С другой стороны, в спектре прекомпозита OD- g -MWCNT интенсивность пика поглощения –OH между 3250 и 3650 см -1 значительно уменьшилась после прививки.Однако небольшой пик в этом диапазоне связан с колебанием –ОН-групп ОД, которые не были привиты МУНТ-COCl. Более того, пики, обнаруженные при 2924 и 2836 см -1 , отождествляются с валентными колебаниями групп -СН 2 и -СН 3 , которые исходят от OD. Все это подтверждает, что OD был успешно привит на MWCNT 22 .

Рисунок 3

FTIR-спектры ( a ) MWCNT-COOH, ( b ) MWCNT-COCl и ( c ) OD- g -MWCNT (1:1).

Спектры FTIR чистых ОД, ОП/ОП- г -МУНТ(1:1)-5 мас.%, ОП/ОП- г -МУНТ(2:1)-5 мас.%, ОП/ОП- 4 представлены композиты g -МУНТ(4:1)-5 мас.% и ОД/МУНТ-5 мас.%. привитые или непривитые МУНТ. Незначительные сдвиги волновых чисел некоторых пиков поглощения наблюдались для CPCM по сравнению с чистым OD, что может быть связано с физическими взаимодействиями или может быть идентифицировано как капиллярные силы и силы поверхностного натяжения среди них 11,22,23 .

Рисунок 4

Спектральные результаты FTIR чистой OD и приготовленных CPCM.

С другой стороны, для исследования влияния привитых или непривитых МУНТ на кристаллическую структуру ОД был проведен рентгеноструктурный анализ. На рисунке 5 показаны результаты рентгеноструктурного анализа, полученные для OD/OD- г -MWCNT(1:1)-5% масс., OD/OD- г -MWCNT(2:1)-5% масс., OD/OD- g -MWCNT(4:1)-5 вес.% и композиты OD/MWCNT-5 вес.%. Все типичные дифракционные пики ОП видны в районе 6°, 20°, 21°.5°, 22° и 24,5° дублет около 24,5° может быть связан с MWCNT 15 . Поскольку количество нанотрубок довольно мало, трудно получить из них отдельный различимый пик 11,17,22 .

Рисунок 5

Результаты XRD подготовленных CPCM.

Морфология поверхности и стабильность дисперсии

Морфология поверхности и распределение МУНТ внутри CPCM были исследованы с помощью анализа СЭМ. Полученные РЭМ-изображения представлены на рис.6(а). Как видно из изображений композитов ОД/ОД- г -МУНТ, фазовая интенсивность привитых МУНТ на поверхности ОД уменьшалась с уменьшением коэффициента прививки. Нанотрубки были равномерно распределены по всей поверхности ОД, агломерации не наблюдалось. Однородность МУНТ в привитом или смешанном состоянии создает сеть теплопередачи, которая может обеспечить эффективные пути теплопроводности по всей CPCM 21,22 . Рисунок 6 , ( c ) OD/OD-g-MWCNT(4:1)-5 вес.% ( d ) OD/MWCNT-5 вес.% ( e ) Фотография изображения OD/OD- g -MWCNT- 5 вес.% и суспензии OD/MWCNT-5 вес.% после 1 ч выдержки при 65 °C.

На рисунке 6(b) показаны изображения стабильности дисперсии образцов композита OD/OD- г -MWCNT-5% масс. и OD/MWCNT-5% масс. при 65 °C после 1-часового периода ожидания. Как ясно видно, некоторые части МУНТ в образце ОП/МУНТ-5 мас.% начали осаждаться, в то время как образец ОП/ОП- г -МУНТ-5 мас.% сохранял свою стабильную суспензию. Эти результаты показывают, что привитые МУНТ создают более стабильную суспензию с расплавленной OD по сравнению с чистыми МУНТ. Вероятно, это результат относительно более сильного коллоидного притяжения между OD- g -MWCNT и OD.Аналогичное наблюдение было зарегистрировано для композитной суспензии модифицированных кислотой углеродных нанотрубок/эритрита 26 . 7. г -МУНТ (1:1), ОП- г -МУНТ (2:1) и ОП- г -МУНТ (4:1) несколько уменьшились на 1,1, 1,0 и 0.9 °С для изменения фазы плавления и 2,4, 0,6 и 1,3 °С для изменения фазы замерзания по сравнению с чистым ОД. Эти неравномерные сдвиги могли быть результатом его преобразования в новые химические структуры. Обе теплоаккумулирующие способности, измеренные для плавления и замораживания всех привитых образцов, довольно низкие из-за очень небольшого количества OD, присутствующего в привитых образцах. Однако обе теплоаккумулирующие способности увеличивались с увеличением количества OD в привитых образцах.

Рисунок 7

Термограммы ДСК продуктов OD- g -MWCNT, синтезированных как пре-CPCM.

Таблица 1 Свойства TES чистого OD, синтезированных прекомпозитов и CPCM.

Термограммы ДСК полученных композитов OD/OD- г -МУНТ представлены на рис. 8, а данные ТЭС, полученные на основе этих термограмм, приведены в таблице 1. Все КПКМ плавятся и затвердевают в диапазоне температур 54,6– 55,3°С и 55,4-55,8°С соответственно. При сравнении этих результатов с результатами чистого ОД было обнаружено, что изменение температуры плавления ОД/ОП- г -МУНТ (1:1)-5 мас.%, ОП/ОП- г -МУНТ (2 :1)-5 вес.%, OD/OD- г -MWCNT (4:1)-5 вес.% и OD/MWCNT-5 вес.% композитов находились в диапазоне (-0.2) – (-0,9) °С, а изменение температуры замерзания у них находилось в пределах 0,7–1,1 °С. Кроме того, теплоаккумулирующая способность CPCM увеличивалась параллельно с теплоаккумулирующей способностью соответствующего прекомпозита, добавленного к OD. Действительно, образец КПСМ с ОП- г -МУНТ (4:1) показал наибольшую теплоемкость 267,7 ± 2,7 и 263,03 ± 2,6 Дж/г соответственно для периода плавления и замерзания, которые были очень близки к это чистый ОД.

Рисунок 8

Термограммы ДСК OD/OD- g -MWCNT и OD/MWCNT CPCM.

Кроме того, при сравнении с результатами, полученными для композита OD/MWCNT, его энтальпии накопления тепла оказались ниже, чем у трех других образцов CPCM. Как видно из табличных данных в таблице 2, МКПК, содержащие привитые и непривитые МУНТ, полученные в этой работе, показали относительно более высокие теплоаккумулирующие способности, чем аналогичные ПКМ, о которых сообщалось ранее 15,16,19,20,22 . Стало ясно, что прививка помогла добиться лучшего распределения МУНТ, а дополнительная ОП, присутствующая в привитых МУНТ, также способствовала общей теплоаккумулирующей способности ПКМ.

Таблица 2. Сравнение TES-свойств приготовленных CPCM со свойствами различных видов композитов, описанными в литературе.

Влияние термоциклирования на ТЭС-свойства приготовленных МПКМ

Циклирование ТЭС-надежность ПКМ можно рассматривать как срок его ТЭС после его длительной эксплуатации 16,24,26 . В связи с этим ко всем приготовленным композитным ПКМ был адаптирован последовательный термоциклический тест, а термограммы ДСК, полученные после 500 циклов, указаны на рис.9. Путем сравнения данных таблицы 1 и таблицы 3 установлено изменение температуры плавления ОД/ОП- г -МУНТ (1:1)-5 мас. %, ОД/ОП- г -МУНТ (2:1). )-5 мас.%, ОП/ОП- г -МУНТ (4:1)-5 мас.% и ОП/МУНТ-5 мас.% композитов были определены как -0,7, 0,1, 0,8 и -0,4 °C, а изменение их замерзания температуры устанавливались на -0,2, -0,1, -0,3 и -0,4 °С соответственно. Кроме того, теплоаккумулирующая способность была снижена на 8,6, 8,0, 7,3 и 7,8  Дж/г для плавления CPCM, в то время как теплоаккумулирующая способность уменьшилась на 7.1, 6,7, 8,4 и 6,1 Дж/г для замораживания соответствующего композита. Эти незначительные изменения доказывают хорошую стабильность полученных композитных ПКМ при циклировании ТЭС.

Рисунок 9

Термограммы ДСК OD/OD- г -MWCNT и OD/MWCNT CPCM до и после 500 циклов.

Таблица 3. ТЭС-свойства приготовленных МПКМ после 500 термоциклов.

Влияние термоциклирования на химическую структуру приготовленных ПКМ

Зависимость химической стабильности ПКМ от длительного использования является одним из наиболее обязательных ограничений, которые следует учитывать на этапе выбора. Соответственно, анализ FTIR и XRD четырех типов композитных ПКМ повторяли после 500 циклов. Результаты циклированных и нециклированных композитных ПКМ сравнивались на рис. 10 и 11. Как видно из спектров FTIR, профиль и волновые числа поглощения основных пиков полос практически не изменились после процесса циклирования. В XRD наблюдался аналогичный ответ без каких-либо новых пиков. Значения 2 θ ° характеристических пиков практически не изменились после периода циклирования.Оба результата подтверждают, что все композитные ПКМ обладают уникальной химической стабильностью при циклировании.

Рисунок 10

Результаты FTIR OD/OD- g -MWCNT и OD/MWCNT CPCM до и после 500 циклов.

Рисунок 11

Результаты XRD для OD/OD- g -MWCNT и OD/MWCNT CPCM до и после 500 циклов.

Термическая деградация подготовленных композитных ПКМ

Термическая стойкость чистого ОД и изготовленных композитных ПКМ была исследована с помощью анализа ТГА. Как видно на рис. 12, чистый OD продемонстрировал одноступенчатую термическую деградацию в диапазоне от 190 °C до 295 °C. В аналогичной форме композитный ПКМ ОП/МУНТ-5 вес.% подвергался термической деградации только на одной стадии, соответствующей диапазону температур 198–306 °C, что немного выше, чем у чистого ОП. OD с привитыми МУНТ, т.е. OD/OD- г -MWCNT (1:1) — 5 мас.%, OD/OD- г -MWCNT (2:1) — 5 мас.%, OD/OD- г -MWCNT ( 4:1)-5 мас.% образцов композитного ПКМ также показали термическое разложение с одноступенчатой ​​градацией.Разложение началось при 243 ± 1,3 ° C, 235 ± 1,6 ° C и 228 ± 1,4 ° C и завершилось при 353 ± 1,7 ° C, 337 ± 1,5 ° C и 318 ° C   ± 1,6 для соответствующих композитных ПКМ. Сдвиг начальной и конечной температуры деградации наблюдался для всех привитых образцов. В соотношении ОД/ОП- г -МУНТ (1:1)-5% масс., ОП/ОП- г -МУНТ (2:1)-5% масс., ОП/ОП- г -МУНТ (4: 1) -5 мас.% композитных образцов ПКМ, температура разложения приближалась к более высоким значениям с более низкими отношениями оптической плотности в привитых образцах. Это показало, что рабочая температура и температура термической деструкции чистого OD были увеличены за счет добавления привитых МУНТ. Подобные результаты также наблюдались для различных типов композитных ПКМ 27,28 .

Рис. 12

Кривые ТГА чистых ОП, ОП/ОП- г -МУНТ и ОП/МУНТ CPCM.

TC приготовленных прекомпозитов и композитных ПКМ

Свойства TC являются одним из важных параметров, учитываемых при выборе ПКМ.ПКМ с более высоким ТС сокращают период нагрева/разряда при работе системы ТЭС. ОД – органический спирт, имеет низкий ТС, который перед утилизацией должен быть повышен. Одним из распространенных подходов является добавление некоторых наночастиц с более высокой TC, таких как графит, УНТ, графен и т. д., для увеличения свойства TC 29,30,31 . Для этого исследования OD был привит к MWCNT и использовался в качестве проводящего наполнителя. Чистая OD имеет значение TC 0,16 ± 0,01 Вт/м K. Все остальные образцы показали более высокое значение TC, чем у чистого OD. Образцы OD- г -МУНТ (1:1), OD- г -МУНТ (2:1) и OD- г -МУНТ (4:1) показали ТС 0,82 ± 0,04, 0,77 ± 0,05 и 0,69 ± 0,03 Вт/м·К соответственно. Значение TC было измерено как 0,57 ± 0,05, 0,76 ± 0,03, 0,61 ± 0,02 и 0,58 ± 0,04 Вт/м·К соответственно для OD/МУНТ-5 мас.%, OD/OD- г -МУНТ (1:1)- 5 вес.%, OD/OD- г -MWCNT (2:1)-5% вес. и OD/OD- г -MWCNT (4:1)-5% вес. Улучшение значения TC в привитых образцах по сравнению с чистым OD связано с присутствием MWCNTS, как и ожидалось, значения TC медленно снижались с увеличением количества OD.Более низкое значение TC образца OD/MWCNT-5% масс. было в основном связано с неоднородным распределением MWCNTS и агломерацией, что подтверждается изображением СЭМ и (рис. 6). Значения ТС ОП/ОП- г -МУНТ (1:1)-5 мас.%, ОП/ОП- г -МУНТ (2:1)-5 мас.% и ОП/ОП- г — Образцы МУНТ (4:1)-5 мас.% были выше, чем образцы ОП/МУНТ-5 мас.%, в основном из-за лучшей дисперсии МУНТ в структуре композита. Опять же, аналогичная тенденция снижения значений TC наблюдалась в основном из-за увеличения количества OD в привитой структуре, но это помогло сохранить теплоаккумулирующую способность композитов очень близкой к чистому OD.

В таблице 4 результаты TC приготовленного OD/OD- г -MWCNT (4:1)-5% масс. композитного PCM сравниваются с результатами CPCM с привитым и непривитым жирным спиртом. Как видно из табличных данных, CPCM, приготовленный в этой работе, обладал гораздо лучшими термическими свойствами, чем другие аналогичные зарегистрированные PCM 13,14,15 . Особенно если сравнить с отчетами Ван и др. . 15 , где авторы работали с OD и смешивали с оксидом графена для улучшения его тепловых свойств.По сравнению с чистым OD, снижение энтальпии плавления с лучшим композитным образцом составило 2,76  Дж/г 15 . Однако в этом исследовании было обнаружено, что снижение энтальпии плавления составляет 1,6 Дж/г, что подтверждает значительное улучшение способности аккумулировать тепло. В случае TC улучшение было намного больше. Таким образом, прививка OD на MWCNT оказалась лучшим вариантом для улучшения его распределения в композитной структуре. В то же время это способствовало лучшему сохранению теплоемкости.

Таблица 4 Сравнение значений TC для CPCM с привитым и непривитым жирным спиртом.

Исследование теплопроводности и реологических свойств наножидкостей, содержащих графеновые нанопластинки | Nanoscale Research Letters

Морфология дисперсий ЗНЧ

Каплю разбавленного раствора помещали на покрытую углеродом медную сетку, сушили на воздухе и наблюдали с помощью ПЭМ. На рис. 2 представлено изображение высушенных суспензий ЗНЧ с различной удельной поверхностью.Что касается ВНП, листовая структура с поперечным размером в микрометровой шкале длины была хорошо зафиксирована, как показано на рисунке 2. Примечательно, что ВНП демонстрируют хорошую гибкость, что подтверждается сложенными и/или скрученными частями. Это указывает на то, что каждый из листов GNP содержит очень ограниченное количество слоев графена, что соответствует параметру, указанному производителем. Когда ЗНЧ диспергировали ультразвуковой обработкой, латеральный размер ЗНЧ уменьшался. Края слоев ЗНЧ отчетливо видны как прямые линии.При большей удельной поверхности размер ЗНЧ становится меньше. Процесс обработки ультразвуком имеет тенденцию разрушать чешуйки: более длительное время обработки ультразвуком улучшает степень отшелушивания; дополнительная обработка ультразвуком выгодна с точки зрения дисперсии и коллоидной стабильности.

Рисунок 2

ПЭМ-изображения наночастиц ЗНЧ. (A) GNP 300, (B) GNP 500 и (C) GNP 750.

Стабильность

Исследование стабильности с помощью УФ-видимой спектроскопии стабильность коллоидов количественно.Индекс коэффициента светопоглощения можно рассчитать с использованием закона Бера-Ламберта, как показано в уравнении 1:

. Уравнение 1 показывает, что при фиксированных молярном оптическом пути и коэффициенте поглощения коэффициент поглощения зависит от процентного содержания частиц внутри суспензии. На рисунке 3A, B, C показаны спектрофотометрические изображения в УФ-видимой области дисперсий ЗНЧ при различных концентрациях с различной удельной площадью поверхности. УФ-видимый спектр дисперсии ЗНЧ в дистиллированной воде не имеет особенностей с монотонным уменьшением поглощения с увеличением длины волны, за исключением области ниже 320 нм, где наблюдается сильная полоса поглощения, масштаб которой зависит от концентрации ЗНЧ, но в меньшей степени зависит от удельной площади поверхности ЗНЧ.При этом поглощение ЗНЧ снижается с 0,1 до 0,025 % масс.; следует знать, что увеличение количества диспергированных ЗНЧ будет увеличивать абсорбцию, что относится к лучшей дисперсии наножидкости. Из результатов видно, что при увеличении удельной площади поверхности ЗНЧ значение поглощения λ max увеличивалось для той же концентрации, а это означает, что более высокая удельная площадь дает лучшую дисперсию ЗНЧ. Как видно на рисунке 3, значение поглощения λ max при 280 нм не показывает видимых изменений; наножидкости ЗНЧ считаются стабильными.Внезапно уменьшившееся значение поглощения указывает на то, что наночастицы ЗНЧ в наножидкостях начинают агрегировать и осаждаться. Как показано на рисунке 3D,E,F, существует хорошая линейная зависимость между поглощением и концентрацией ЗНЧ, которая удовлетворяет закону Бера и указывает на то, что листы ЗНЧ были хорошо диспергированы в базовой жидкости.

Рисунок 3

УФ-видимые спектрофотометры наножидкостей ЗНЧ. (A, B, C) УФ-видимый спектрофотометр наножидкостей ЗНЧ при различных концентрациях и длинах волн и (D, E, F) значения поглощения ЗНЧ, диспергированных в дистиллированной воде при различных концентрациях.

На рисунке 4 показана коллоидная стабильность водных ЗНЧ наножидкостей в зависимости от времени седиментации. Из результатов видно, что относительная концентрация для одной и той же удельной площади поверхности и разных концентраций уменьшалась из-за небольшой агломерации и осаждения при увеличении концентрации. Наилучшая относительная концентрация наножидкости по сравнению со свежей жидкостью имеет GNP 750, который имеет концентрацию 0,025% масс. , из-за более высокой удельной поверхности и более низкой концентрации GNP.В результате удельная поверхность ЗНЧ очень эффективно влияет на стабильность наножидкости.

Рисунок 4

Относительная концентрация частиц наножидкостей в зависимости от времени осаждения.

Скорость седиментации через 600 ч для этих 12 образцов различается из-за разных концентраций и удельных площадей поверхности. Эта скорость меняется, так как самая низкая норма осадков появляется от 1% до 750 ВНП (0.025 % по массе до максимального значения 24 % на 300 ВНП (0,1 % по массе). Эти результаты показывают, что различные концентрации и удельные поверхности влияют на скорость седиментации, а также на свойства, что хорошо согласуется с результатами предыдущих исследований [28].

Исследование стабильности с помощью дзета-потенциала

При измерении дзета-потенциала было проведено электрофоретическое поведение и дополнительные детали для понимания поведения дисперсии ЗНЧ в воде. Значения дзета-потенциала наножидкости ЗНЧ были получены для различных конкретных областей.На рисунке 5 показаны изменения дзета-потенциала для суспензий GNP 750 в зависимости от значений pH. В суспензии ЗНЧ при использовании воды в качестве базовой жидкости ЗНЧ, как правило, заряжаются положительно до pH 3 и отрицательно заряжены во всем диапазоне pH после pH 3. Примерно при pH 10 абсолютное значение дзета-потенциала будет максимальным. , а максимальное превышение составляет 50 мВ. Наножидкости с измеренным дзета-потенциалом выше +30 мВ или ниже -30 мВ обладают хорошей стабильностью [29].Это означает, что сила электростатического отталкивания между ЗНЧ достаточна для преодоления силы притяжения между частицами. Более высокая электростатическая сила может также привести к образованию гораздо большего количества свободных частиц за счет увеличения расстояния между частицами, чтобы это расстояние превышало диапазон водородных связей между частицами и дополнительно уменьшало вероятность коагуляции и осаждения частиц. Значение pH приготовленных наножидкостей было измерено примерно при pH 8, тогда как значение дзета-потенциала составляет 31.8, 40,9 и 45,7 мВ для ЗГЧ на 300, 500 и 750 м 2 /г соответственно. Склонность состоит в том, что значения дзета-потенциала демонстрируют усиление для более высоких удельных площадей поверхности ЗНЧ. Это явление предполагает, что наножидкость ЗНЧ с более высокой удельной площадью поверхности может иметь лучшую стабильность.

Рисунок 5

Значения дзета-потенциала ВНП (750 м 2 /g) наножидкости в зависимости от значения pH.

Реологическое поведение ЗНЧ

Вязкость наножидкостей является одним из важнейших параметров, определяющих качество теплоносителя. Как и в случае с простыми жидкостями, температура является основным эффективным параметром вязкости наножидкостей. Как и ожидалось, дистиллированная вода демонстрирует ньютоновское поведение в исследованном диапазоне скоростей сдвига. Значение вязкости дистиллированной воды составило 1,034, что близко соответствует ее теоретическим значениям при 20°С.Относительное отклонение составляет менее 2,5%. Это того же порядка величины, что и экспериментальная неопределенность. На рисунке 6 представлена ​​вязкость при высокой скорости сдвига 500/с для различных концентраций и удельных площадей поверхности в зависимости от всех испытанных температур. Хотя наножидкости и базовые жидкости сильно зависят от температуры, на рисунке 6 также видно, что вязкость снижалась при более высоких температурах. Это ожидается из-за ослабления сил межчастичной и межмолекулярной адгезии, и подобные тенденции наблюдаются и почти во всех других разновидностях наножидкостей.Хорошо видно, что вязкость увеличивалась при более высоких концентрациях ЗНЧ и что вязкость наножидкости улучшалась на 44 % по сравнению с вязкостью базовой жидкости при 0,1 % масс. ЗНЧ. Это может быть реализовано таким образом, что при увеличении концентрации наночастицы образуют агломераты внутри суспензии. Следовательно, это приводит к увеличению внутреннего напряжения сдвига в наножидкости из-за большей силы, необходимой для рассеивания твердого элемента дисперсии, и, следовательно, к увеличению вязкости.

Рисунок 6

Вязкость в зависимости от концентрации при различных температурах и постоянных скоростях сдвига.

Чтобы определить реологическое поведение наножидкостей ЗНЧ, вязкость водных ЗНЧ в зависимости от скорости сдвига была измерена в диапазоне температур от 20°C до 60°C, и результаты показаны на рисунке 7. Вязкость дистиллированной воды экспоненциально уменьшается в зависимости от скорости сдвига, что указывает на его истончение при сдвиге (псевдопластическое) поведение.Следуя тренду воды, образцы наножидкости ЗНЧ также проявляют свойство истончения при сдвиге. Причину этого неньютоновского истончения при сдвиге можно объяснить в целом следующим образом. При низких скоростях сдвига, когда шпиндель вращается в жидкости, структура молекул жидкости временно изменяется и постепенно выравнивается в направлении увеличения сдвига; он обеспечивает меньшее сопротивление и, следовательно, снижение вязкости. Когда скорость сдвига достаточно высока, достигается максимально возможное упорядочение при сдвиге, и агрегаты разрушаются до меньших размеров, уменьшая трение и, следовательно, вязкость [30].Если мы еще больше увеличим скорость сдвига, это не повлияет на вязкость. Благодаря малому размеру и большой площади поверхности наночастицы существует возможность структурирования при низких скоростях сдвига и деформации и реструктуризации при высоких скоростях сдвига. Следовательно, наножидкости также следуют той же тенденции. При всех температурах наблюдается, что свойство истончения при сдвиге более выражено при более высоких концентрациях. Это указывает на то, что при низких концентрациях природа базовой жидкости играет основную роль в разжижении при сдвиге, но при более высоких концентрациях значительный вклад вносит взаимодействие между наночастицами и жидкостью.

Рисунок 7

Графики зависимости вязкости от скорости сдвига при различных концентрациях и температурах.

Результаты показывают, что приготовленные наножидкости подходят для использования при повышенных температурах. При повышении температуры тепловое движение молекул и броуновское движение усиливаются, а внутримолекулярные взаимодействия ослабевают. Кроме того, реологические испытания наножидкостей показали, что более высокая концентрация увеличивает вязкость; однако другие исследуемые параметры, такие как температура и удельная площадь поверхности, оказывают важное влияние на поведение вязкости наножидкостей.

Теплопроводность

Разработка высокопроизводительных тепловых систем повысила интерес к методам улучшения теплопередачи, где жидкости-теплоносители играют важную роль в разработке эффективного оборудования для теплопередачи. Измерения теплопроводности в этой работе проводились на основе метода THW, и анализатор имеет точность 5% в диапазоне температур от 5°C до 40°C. В настоящем исследовании калибровочные тесты для дистиллированной воды были подтверждены предыдущими данными [5, 17, 31], и результаты получены с точностью от 2% до 4%, как показано на рисунке 8. Была измерена теплопроводность наножидкостей с различными концентрациями ЗНЧ, и результаты показаны на рисунке 9 для температуры в диапазоне от 15°C до 40°C.

Рисунок 8

Сравнение данных по дистиллированной воде от KD2pro и предыдущих данных.

Рисунок 9

Теплопроводность наножидкостей ЗНЧ при изменении температуры при различных концентрациях ЗНЧ. (A) 0,025 мас.%, (B) 0,05 % масс., (C) 0,075 % масс. и (D) 0,1 % масс.

Из результатов видно, что более высокая теплопроводность принадлежит ЗНЧ с более высокой удельной поверхностью, а также с более высокими концентрациями частиц. Стандартные модели теплопроводности для композитов, такие как модель Максвелла и модель Гамильтона-Кроссера, а также слабость этих моделей в предсказании теплопроводности наножидкостей привели к предложению различных новых механизмов. Броуновское движение наночастиц было указано рядом авторов [32, 33] в качестве основного фактора наблюдаемого усиления. Однако в настоящее время широко признано, что наличие нанослоя на границе твердое тело-жидкость и агрегация наночастиц могут представлять собой основные механизмы, способствующие повышению теплопроводности в наножидкостях. Известно, что молекулы жидкости вблизи поверхности частиц образуют слоистые структуры и ведут себя почти как твердое тело. На рисунке 10 показан коэффициент теплопроводности для различных ЗНЧ при различных удельных площадях поверхности при температурах от 15 °C до 40 °C.Получена линейная зависимость повышения теплопроводности от температуры. Из рисунка 10 видно, что аналогичная тенденция повышения теплопроводности наблюдается при увеличении концентрации и температуры. Повышение теплопроводности для GNP 300 составило от 3,98% до 14,81%; для 500 ВНП — от 7,96% до 25%; а для 750 ВНП — от 11,94% до 27,67%. Также было замечено, что при том же весовом процентном соотношении и температуре наножидкость на основе GNP 750 имеет более высокие значения теплопроводности, чем у других базовых жидкостей с GNP, которые имели более низкую удельную площадь поверхности.

Рисунок 10

Коэффициенты теплопроводности ЗНЧ с различной концентрацией и удельной поверхностью. (A) GNP 300, (B) GNP 500 и (C) GNP 750.

Понятно, что после назначения материалов наночастиц, а также базовой жидкости эффективная теплопроводность наножидкости зависит от концентрации ( φ ) и температуры. Следовательно, очевидно, что теплопроводность и размер (толщина) межфазного слоя оказывают важное влияние на повышенную теплопроводность наножидкостей.Типичные теоретические модели, которые были разработаны для теплопроводности жидкостей, взвешенных в наночастицах, учитывали только теплопроводность базовой жидкости и частиц и объемную долю частиц, в то время как размер частиц, форма, а также распределение и движение диспергированных частиц оказывают существенное влияние. на повышение теплопроводности. Поэтому экспериментальные результаты нельзя было сравнивать с коррелированными значениями теоретических моделей. Ученые из разных организаций по всему миру выполнили эталонное исследование теплопроводности наножидкостей, и результаты показали, что экспериментальные данные хорошо согласуются при использовании модели Нана.Согласно модели Нана теплопроводность наножидкости можно рассчитать следующим образом: (2)

где л ii и ϕ — геометрический фактор и объемная доля частиц соответственно. β II определяется как

βii=kp-kbfkbf+Liikp-kbf

(3)

где k p – теплопроводность частиц.Для ВНП соотношение сторон очень велико, поэтому L 11  = 0 и L 33  =  1. Следует отметить, что теплопроводность, определяемая здесь по модели Нана, принимает матричное аддитивное контактное сопротивление интерфейса во внимание. В уравнении 2 прогнозируемая теплопроводность композита чувствительна к небольшому изменению теплопроводности наночастиц. Кроме того, теоретический расчет установил, что на теплопроводность графена могут влиять размеры, шероховатость краев и плотность дефектов.На рисунке 11 показано увеличение теплопроводности наножидкостей ЗНЧ в зависимости от нагрузки при постоянной температуре 30°C. Из результатов ясно видно, что экспериментальные результаты могут быть подтверждены с использованием модели Нана. Кроме того, сравнение наножидкостей на основе углерода в самых последних работах показано в таблице 2.

Рисунок 11

Повышение теплопроводности на основе модели Нана и экспериментальных результатов при 30°C.

Таблица 2 Повышение теплопроводности последних наножидкостей в литературе

На основании результатов, приведенных в Таблице 2, совершенно очевидно, что наножидкости GNP обеспечивают значительное повышение теплопроводности по сравнению с другими работами, когда они имеют более высокие концентрации наночастиц. Из этих результатов видно, что использование низких концентраций GNP может обеспечить приемлемое повышение теплопроводности для среднетемпературных применений, включая солнечные коллекторы и системы теплообменников.

Анализ электропроводности

Несмотря на важность, электропроводность наножидкостей еще недостаточно изучена по сравнению с теплопроводностью. Электропроводность суспензии может как увеличиваться, так и уменьшаться в зависимости от фонового электролита, размера частиц, загрузки частиц и заряда частицы.Электропроводность ( σ ) воды связана с температурой и увеличивается на 2-3% при повышении на каждый 1°C (типичная электропроводность дистиллированной воды при 25°C составляет около 5,5 × 10 −6  См /м). Электропроводность наножидкостей была получена при 25°C, и результаты представлены на рисунке 12. Для наножидкостей с GNP 300 электропроводность увеличивается примерно до 21 мкСм/см при массовой доле 0,1%, в то время как электропроводность воды составляет около 2 мкСм/см. Повышение электропроводности определяли по формуле [(( σ  −  σ 0 ) × 100)/ σ 0 ], где ‘ σ 90 базовая жидкость и « σ » наножидкости. Максимальное увеличение примерно на 950% наблюдалось при 25°C, что соответствовало GNP 300. Из результатов можно было видеть, что электропроводность повышалась за счет увеличения массового процента наряду с уменьшением удельной площади поверхности.

Рисунок 12

Электропроводность ( σ ) ВНП.

Теплопроводность высокопрочного полиэтиленового волокна и применение в криогенных условиях

Локальное повышение температуры ленты является одной из нестабильностей высокотемпературных сверхпроводящих (ВТСП) катушек с кондуктивным охлаждением. Чтобы предотвратить локальное повышение температуры ВТСП-ленты, на бобину катушки или прокладку для отвода тепла от ВТСП-ленты был нанесен пластик с высокой теплопроводностью, армированный волокном. Теплопроводность волокон рами увеличивается за счет увеличения ориентации молекулярных цепей при вытягивании в воду и уменьшается за счет разрыва цепи при облучении γ -лучами или за счет мостиков в молекулярных цепях при парофазно-формальдегидных обработках. Теплопроводность высокопрочного сверхвысокомолекулярного (СВМ) полиэтиленового (ПЭ) волокна увеличивается линейно пропорционально модулю растяжения и уменьшается за счет разрывов молекулярных цепей при облучении γ -лучами.Этот результат свидетельствует о вкладе длинных вытянутых молекулярных цепей из-за высокой молекулярной массы в высокую теплопроводность высокопрочного полиэтиленового волокна сверхвысокой молекулярной массы. Теплопроводность высокопрочного полиэтилена сверхвысокой молекулярной массы, армированного волокнами, параллельно направлению волокна пропорциональна коэффициенту поперечного сечения арматуры, ориентированной в направлении теплопроводности. Эффект теплоотвода высокопрочного полиэтилена сверхвысокой молекулярной массы, армированного волокном из ленты HTS, выше, чем у пластика, армированного стекловолокном (GFRP), и ниже, чем у нитрида алюминия (AlN). В случае катушки HTS термостойкость, намотанная на бобину катушки, изготовленную из высокопрочного полиэтилена UHMW, армированного волокном, такая же, как у AlN, и лучше, чем у стеклопластика.

1. Введение

В применениях полимерных материалов теплопроводность была важным свойством, например, для ощущения холода/тепла для волокна одежды или изделий из дерева, или в теплоизоляции пластмасс, включая стироформы [1– 4]. В связи с недавним развитием технологий сверхпроводников и электронной техники все большее значение приобретают теплопроводности конструкционных и изоляционных материалов, используемых в качестве композитов в криогенных и тепловыделяющих материалах в электрооборудовании.Кроме того, желаемые характеристики варьируются в зависимости от применения: от изоляции для использования в криостате [5] до высокой теплопроводности для использования в сверхпроводящих катушках [6] и электронной технике [7]. Например, теплопроводность между сверхпроводником и холодной головкой холодильника важна для стабильности сверхпроводящей катушки с кондуктивным охлаждением, поскольку это соединение является единственным путем теплового потока для охлаждения сверхпроводника [8].

Теплопроводность большинства полимерных материалов ниже, чем у металлов, как показано на рисунке 1.Из предыдущих исследований полимерных материалов хорошо известно, что теплопроводность аморфных полимеров меньше, чем у металлов и полупроводников [9, 10]. Поэтому они в основном использовались в качестве теплоизоляторов. Однако в других сообщениях показано, что полимерные кристаллы обладают высокой теплопроводностью в направлении ковалентной связи молекулярных цепей, например кристаллы полиэтилена [11, 12]. Так, высококристаллизованные и высокоориентированные полимеры обладают высокой теплопроводностью [10–15].Например, известно, что высококристаллизованные полимерные материалы, включая высокопрочное полиэтиленовое (ПЭ) волокно [15–18] и высокопрочное полипарафенилен-бензо-бис-оксазоловое (ПБО) волокно [16], обладают высокой теплопроводностью, аналогичной из металлов, как показано на рис. 2. Высокопрочное полиэфирное волокно и волокно из ПБО, показанные на рис. 2, представляют собой Dyneema® SK-60 (далее сокращенно DF) и Zylon® HM (TOYOBO CO. ) [18–20].



В этой статье мы сообщаем о теплопроводности высокопрочного полиэтиленового волокна и применении высокопрочного полиэтиленового волокна, армированного пластика, для высокотемпературной сверхпроводящей (ВТСП) катушки с кондуктивным охлаждением.

2. Теплопроводность высокопрочного полиэтиленового волокна
2.1. Теплопроводность полимерного волокна

Теплопроводность твердых электроизоляционных материалов вводится за счет фононов [12, 13], и тепло в полимерах передается в направлении ковалентно связанных молекулярных цепей, тогда как проводимость в направлении межмолекулярных цепей, связанных силами Ван-дер-Ваальса, значительно меньше. Известно, что теплопроводность ПЭ, полиэтилентерефталата и полипропилена в направлении молекулярной цепи увеличивается с увеличением кристалличности и ориентации кристалла [11, 13–17, 21, 22].В случае аморфных полимеров также известно, что теплопроводность полиметилметакрилата и полистирола увеличивается за счет ориентации молекулярной цепи [16, 23, 24].

На теплопроводность твердых электроизоляционных материалов влияет рассеяние фононов. Считается, что рассеяние фононов связано с дефектами материала. Например, кристаллическая или аморфная граница, дефекты, точки химических мостов, а также концы и переплетения молекулярных цепей могут рассеивать фононы и влиять на коэффициент теплопередачи в полимерных материалах.О зависимости теплопроводности от молекулярной массы сообщалось о полистирольной пленке [25].

В случае полимерных волокон теплопроводность в направлении волокон зависит от кристалличности, ориентации, размера кристаллов, длины молекулярных цепей, точек химического мостика и морфологии, состоящей из кристаллов и аморфных волокон.

Например, теплопроводность волокна рами в направлении волокна изменяется при следующих обработках, втягивании в воду (обработка водой), облучении γ -лучами (обработка γ -лучами) и парофазно-формальдегидных обработках (лечение VP-HCHO).Эти обработки вызывают удлинение, разрыв цепи и образование мостиков в молекулярных цепях, как показано на рисунке 3 [26–28]. Теплопроводность волокон рами до и после этих обработок показана на рис. 4 [26–28].



Сообщается, что модуль упругости увеличивается за счет увеличения степени ориентации молекулярных цепей в аморфной области волокна рами при обработке водой [31]. Также известно, что модуль упругости волокна рами увеличивается при обработке водой [31].Теплопроводность волокна рами в направлении волокна увеличивается при обработке водой, как показано на рисунке 4 [26]. В этой водной обработке водных волокон рами были нарисованы под напряжением 17,4 кг / мм 2 в воде. При такой обработке водой модуль упругости волокна рами удваивается. Предполагается, что увеличение теплопроводности при обработке воды вызвано удлинением молекулярных цепей в аморфной области, как показано на рисунке 3 [26].

Хорошо известно, что волокна, в основном изготовленные из целлюлозы, включая рами и хлопок, подвергаются расщеплению основной цепи при обработке γ -лучами [32], как показано на рисунке 3. А также известно, что кристалличность не снижается при облучении γ -лучами при соответствующей мощности дозы [27, 32]. Теплопроводность волокна рами в направлении волокна уменьшается при обработке γ -лучами, как показано на рисунке 4 [27]. Сообщается, что снижение теплопроводности волокна рами при обработке γ -лучами согласуется с уменьшением степени полимеризации (СП) волокон рами. В данном случае, показанном на рис. 4, облучение проводилось Co-60 γ -лучами, а суммарная поглощенная доза составила 100 кГр [27].DP волокон рами уменьшается с 1700 до 220 при такой обработке γ -лучами. Предполагается, что снижение теплопроводности при обработке γ -лучами вызвано разрывом молекулярной цепи. То есть теплопроводность волокон рами зависит от длины молекулярной цепи [27].

Волокна, в основном изготовленные из целлюлозы, включая рами и хлопок, хорошо известны тем, что они связаны формальдегидом (HCHO) [31, 37, 39–44], например, обработкой VP-HCHO [39], как показано на рисунке 3. .Эта технология используется для стабилизации конформности целлюлозных волокон и применяется практически в материалах одежды, таких как рубашки для стирки и ношения [40, 42–45]. Теплопроводность снижается примерно до 20–25% при обработке VP-HCHO, как показано на рисунке 4 [28]. Сообщается, что теплопроводность снижается при увеличении концентрации связанного HCHO [28]. В этом случае, показанном на рисунке 4, концентрация связанного HCHO в волокне рами, обработанном VP-HCHO, составляла 1,6% [28]. Предполагается, что уменьшение теплопроводности рами-волокна при обработке ВП-НСНО вызвано рассеянием фононов в точках моста в сочетании с НСНО [28].

Таким образом, теплопроводность волокон рами увеличивается за счет увеличения ориентации молекулярных цепей и уменьшается за счет разрыва цепи или мостиков в молекулярных цепях [26–28]. То есть теплопроводность полимерных волокон зависит от структуры, например, ориентации, длины (молекулярной массы) и точек мостика молекулярных цепей.

2.
2. Теплопроводность высокопрочного полиэтиленового волокна
2.2.1. Полимерное волокно с высокой теплопроводностью

Как упоминалось выше, высокопрочное полиэтиленовое волокно имеет высокую теплопроводность в направлении волокна [18–20].DF, показанный на рис. 2, представляет собой одно из высокопрочных сверхвысокомолекулярных (UHMW) ПЭ волокон, изготовленных методом гельформования [46–51]. В этом разделе сообщается о механизме высокой теплопроводности DF.

Хорошо известно, что случайно ориентированная кристаллическая область, состоящая из свернутых цепей СВМПЭ, изменяется на высокоориентированную кристаллическую область, состоящую из вытянутых цепей, путем формования геля, как показано на рис. 5 [29, 46–51]. Поэтому считается, что теплопроводность вытянутых цепей в направлении оси ковалентно-связанных цепей в областях кристалла способствует высокой теплопроводности ДФ [18–20].


Ниже приводится взаимосвязь между теплопроводностью и структурой DF.

2.2.2. Зависимость теплопроводности от модуля упругости высокопрочного полиэтиленового волокна [20]

Теплопроводность высокопрочных СВМПЭ волокон (далее сокращенно ПЭФ), изготовленных методом гель-формования с различной степенью вытяжки, представлена ​​на рис. 6 [20] . Они имеют разные модули, показанные следующим образом: A: 15 ГПа, B: 51G ГПа, C(DF): 85 ГПа и D: 134 ГПа.Теплопроводность увеличивается с увеличением модуля растяжения PEF, и все они увеличиваются с повышением температуры, как показано на рисунке 6. Отношения между теплопроводностью и модулем растяжения PEF показаны на рисунке 7. Теплопроводность PEF увеличивается линейно пропорционально модуль растяжения.



Связь между теплопроводностью и модулем упругости PEF объяснялась структурой волокна, показанной в механической последовательно-параллельной модели (модель Такаянаги), которая состоит из кристаллической/аморфной структуры, как показано на рисунке 8 [ 20].Эта механическая модель состоит из следующих двух частей путем параллельного соединения. Один из них представляет собой непрерывную кристаллическую часть, состоящую из вытянутых молекулярных цепей, а другой представляет собой последовательное сочетание кристаллической и аморфной частей. В этой механической модели, состоящей из непрерывной кристаллической области и последовательно соединенной части, состоящей из кристалла и аморфного вещества, теплопроводность PEF в направлении волокна доминирует над теплопроводностью непрерывной кристаллической области, состоящей из протяженных молекулярных цепей [20].


2.2.3. Влияние излучения на теплопроводность высокопрочного полиэтиленового волокна с помощью
γ -лучей [30]

В этом разделе сообщается о вкладе в теплопроводность длины молекулярных цепей в высокопрочном ПЭФ. Известно, что полиэтилен подвергается разрыву основной цепи при облучении γ -лучами (обработка γ -лучами) в присутствии кислорода [52].

Теплопроводность ФЭП с обработкой γ -лучами показана на рис. 9 [30].Используемым PEF был DF. Облучение проводилось Со-60 γ -лучами, суммарная поглощенная доза составила 0,5 МГр; далее сокращенно DF ( γ -лечение лучами). DF без обработки γ -лучами обозначается аббревиатурой DF (Blank). Теплопроводность ТФ снижается до 50 % при обработке γ -лучами при каждой температуре [30].


Измеренная молекулярная масса DF (пусто) составила 2,0 × 10 6 . Оно уменьшилось до 2,6 × 10 4 на 0.5 МГр облучение. Этот результат показывает разрыв основной цепи DF при обработке γ -лучами. С другой стороны, изменение кристаллической структуры ДФ при обработке γ -лучами не наблюдалось. Таким образом, снижение теплопроводности ДФ при обработке γ -лучами объяснялось разрывом главной молекулярной цепи аналогично описанному выше случаю рами. Этот результат свидетельствовал о вкладе длины протяженных молекулярных цепей, обусловленных высокой молекулярной массой, в теплопроводность ДФ [30].

2.2.4. Резюме

С учетом вышеизложенного, высокопрочное полиэтиленовое волокно имеет высокую теплопроводность в направлении волокна, и эта высокая теплопроводность объясняется механической последовательно-параллельной моделью, состоящей из кристаллов и аморфных частиц, включая непрерывную кристаллическую область, состоящую из длинных вытянутых молекулярных цепей [ 20, 30].

2.3. Теплопроводность высокопрочных пластиков, армированных полиэтиленовым волокном [18, 53]

Для применения PEF в криогенных целях, например, в качестве каркаса катушки или прокладки сверхпроводящих катушек, важна теплопроводность пластика, армированного PEF, как описано в следующих разделах.В этом разделе PEF, используемый в качестве армирования, представляет собой DF. В дальнейшем DF-армированные пластмассы обозначаются аббревиатурой DFRP. Принципиальная схема однонаправленного (UD) DFRP показана на рисунке 10.


Теплопроводность UD-DFRP в параллельном и перпендикулярном направлении волокна показана на рисунке 11 [18]. Теплопроводность DFRP в направлении, параллельном направлению волокна, показывает среднее значение между показателями DF и эпоксидной смолы. Зависимость теплопроводности от объемной доли (Vf) ДТ в УД-ДФРП представлена ​​на рисунке 12.Теплопроводность UD-DFRP пропорциональна Vf DF, как показано на рисунке 12 [18]. Следовательно, теплопроводность DFRP в направлении, параллельном волокну, пропорциональна коэффициенту поперечного сечения DF, ориентированного в направлении проводимости [18].



Теплопроводность UD-DFRP в направлении, перпендикулярном волокну, на порядок меньше, чем в направлении, параллельном волокну [18].

Известно, что теплопроводность гибридных ФРП, включающих ТФ, может быть выражена законом смесей [53].

3. Применение высокопрочного полиэтилена, армированного волокном, для высокотемпературной сверхпроводящей катушки с кондуктивным охлаждением
3.1. Нестабильность ВТСП-катушки из-за локального повышения температуры ВТСП-ленты

Когда холодопроизводительность холодильника превышает потери в ВТСП-змеевике и теплопроводность вдоль токоподводов, возможна установившаяся работа ВТСП-змеевика [54]. Однако, если условия охлаждения ВТСП-ленты в катушке частично недостаточны, во время работы катушки возникает локальная горячая точка в катушке с кондуктивным охлаждением [55].Локальное повышение температуры ленты является одной из неустойчивостей катушек ВТСП с кондуктивным охлаждением. Для предотвращения локального повышения температуры ВТСП-ленты необходимо эффективно отводить тепло от ВТСП-ленты к электроизоляционным материалам в катушке. Для эффективного отвода тепла от ВТСП-ленты к электроизоляционным материалам необходим электроизолятор с высокой теплопроводностью для каркаса катушки или прокладки [6].

Обычно в качестве электроизоляционных материалов для высокотемпературной катушки использовались стеклопластики (GF-), например, каркас катушки или прокладка.Однако стеклопластик является теплоизолятором. Следовательно, отвод тепла от ВТСП-ленты к стеклопластику недостаточен. С другой стороны, нитрид алюминия (AlN) известен как электрический изолятор и проводник тепла. Однако AlN является твердым и хрупким, и, следовательно, производителям и пользователям катушек трудно обрабатывать электроизоляционные части в катушках, например, прокладки [6].

В следующих разделах сообщается о влиянии теплоотвода пластиков, армированных PEF, на электроизоляционный материал катушек HTS.Пластик, армированный DFRP, используется в качестве пластика, армированного PEF, в следующих разделах.

3.2. Важные физические свойства высокопрочных пластиков, армированных полиэтиленовым волокном, для HTS-змеевиков

Важные физические свойства DFRP, за исключением теплопроводности, приводятся в этом разделе, чтобы в следующих разделах сообщалось о HTS-змеевиках. Коэффициенты трения, поверхностные искровые напряжения и термическое сжатие при охлаждении DFRP показаны на рисунках 13,  14 и 15.DFRP имеет более низкий коэффициент трения и более высокое напряжение искры, чем у GFRP [33, 34]. DFRP имеет отрицательный коэффициент теплового расширения в направлении волокна [35, 36]. Следовательно, DFRP расширяется в направлении волокна при охлаждении от комнатной температуры до температуры жидкого азота, как показано на рисунке 15 [35, 36].




3.
3. Эффекты отвода тепла от ВТСП-лент к высокопрочным пластикам, армированным полиэтиленовым волокном [38]

В этом разделе сообщается о эффекте отвода тепла от DFRP с установившимся током на ВТСП-ленту.Схема экспериментальной установки показана на рис. 16. Bi-2223 используется в качестве ВТСП-ленты в этом разделе. DFRP, GFRP и AlN использовались в качестве конструкционных материалов на рисунке 16. Объемная доля волокна DFRP и GFRP составляла 50% (далее сокращенно DFRP-50 и GFRP-50). В качестве прижимных материалов использовались конструкционные материалы. Характеристики прижимных материалов и ленты Bi приведены в табл. 1. Комплект прижимных материалов, прижимная лента и груз находятся на холодной головке холодильника и охлаждаются до 77 K.К ленте подавался постоянный ток 60 А, равный критическому току ленты Bi, и наблюдалось напряжение между лентами [38].

+

Bi2223 лента Зажимные материалы

Ширина (мм) 4,1 9
Толщина (мм) 0,21 9
Длина (мм) 150 124
Соотношение Ag 2. 2
IC на 77 к 60 A
AG, BI-2223 DI-2223
9



ленты, зажатой GFRP-50, DFRP-50 и AIN, показаны на рисунке 17. Как показано на рисунке 18, когда зажимным материалом является AlN, напряжение остается относительно низким, то есть повышение температуры лента очень медленная [38].Наоборот, напряжение GFRP-50 взлетело в течение короткого времени от текущего начала, и рост температуры ленты был быстрым [38]. DFRP-50 демонстрирует среднее поведение между GFRP-50 и AlN. Повышение напряжения вызвано повышением температуры, вызванным джоулевым нагревом. Теплопроводность DFRP-50 выше, чем у GFRP-50, и ниже, чем у AlN. Таким образом, различие данных в GFRP-50, DFRP-50 и AlN связано с теплопроводностью прижимных материалов и передачей тепла от ленты Bi к прижимным материалам [38].Известно, что рост напряжения замедляется при увеличении отношения содержания DF и контактного напряжения к ленте Bi в случае DFRP [38]. Считается, что отрицательное тепловое расширение DFRP способствует увеличению контактного напряжения в ВТС-катушке. О стабильности катушки HTS сообщается в следующем разделе.



3.4. Оценка эффективности охлаждения высокопрочных пластиков, армированных полиэтиленовым волокном, в ВТСП-змеевиках с кондуктивным охлаждением [8]

В этом разделе сообщается о термической стабильности ВТСП-змеевиков, состоящих из каркасов из DFRP, GFRP и AlN, показанных на рис. 18.Бобины из DFRP и GFRP представляли собой трубы, показанные на рисунке 19, и они были изготовлены методом филаментной намотки (FW). Образцы катушки и сверхпроводника показаны в таблице 2. Углы FW труб DFRP составляли 30, 45 и 60°. Они обозначаются как DFRP60, DFRP30 и DFRP45 соответственно. Если угол больше 45 градусов, бобина расширяется радиально при охлаждении [36]. С другой стороны, когда меньше 45 градусов, катушка сжимается при охлаждении [36]. FW угол GFRP был 60 градусов. Катушки AlN и GFRP не расширяются при охлаждении.


Профили сигналы ленты напряжения этих катушек показаны на рис. 20. Ток, подаваемый на катушку HTS, соответствует 86 А (Ic). Профиль напряжения катушки AlN почти такой же, как у катушки DFRP60, хотя теплопроводность AlN более чем в два раза превышает теплопроводность DFRP60 [56].Причина в передаче тепла от ленты к бобине. Катушка DFRP60 расширилась, и, следовательно, улучшилась ее теплоотдача [57]. Каркас AlN, напротив, сжался, и его теплоотдача ухудшилась. Теплопроводность стеклопластика ниже, чем у других четырех материалов, использованных в эксперименте, а теплопередача змеевика из стеклопластика плохая, поскольку материал сжимается при охлаждении. Вот почему измеренная термическая стабильность была наихудшей для катушки, намотанной на катушку из стеклопластика.Поэтому термостойкость витков зависела не только от теплопроводности бобины, но и от теплопередачи от ленты к бобине. Таким образом, DFRP60 может быть хорошим теплоотводом для бобины катушки с кондуктивным охлаждением [8].


Микроволновые печи101 | Теплопроводность

Нажмите здесь, чтобы перейти на нашу главную страницу по теплу

Нажмите здесь, чтобы перейти на нашу главную страницу материалов для микроволновых печей

Новинка июля 2010 г.! Теплопроводность является важным свойством материала для упаковки электронных компонентов.Связанным свойством, которое вы должны учитывать, является тепловое расширение. Теплопроводность обозначается строчной буквой «к».

Единицами теплопроводности в системе СИ являются ватт на метр-градус К (Вт/м-К). Более высокая проводимость означает, что тепло перемещается дальше с меньшим повышением температуры (как правило, это хорошо).

Для одномерного стационарного теплообмена можно рассчитать повышение температуры простым умножением:

Повышение температуры = теплота x расстояние / (теплопроводность)

Однако, если вы основываете критический проект на этом простом расчете, провал почти гарантирован!

Теплопроводность часто сильно зависит от температуры, это верно для арсенида галлия.

Вот краткий список упаковочных материалов, вы можете щелкнуть по ним, чтобы посмотреть теплопроводность (предполагается при комнатной температуре). Если вам нужны точные данные, поищите в другом месте, мы не несем ответственности за точность.

Алмаз

Алюминий

Медь

Инвар

Ковар

Титан

Молибден

Карбид кремния

Кремний

Арсенид галлия

Серебро

Анизотропная теплопроводность

Как правило, теплопроводность материала является объемным свойством и является изотропной. В тех случаях, когда теплопроводность представляет собой среднее значение материала, состоящего из нескольких слоев, а слои имеют неодинаковые теплотермические свойства, теплопередача не всегда будет одинаковой во всех направлениях. Примеры этого включают композитные материалы типа «сэндвич», такие как медь-инвар-медь. Многие монеты состоят из нескольких слоев материалов, американский четвертак состоит из медно-никелевого сплава (сплав 75 ​​Cu/25Ni, имеет заметный серебристый цвет), меди, медно-никелевого сплава. Копейка медная, цинковая, медная (всего 2.5% меди сегодня!)

В начале 1960-х годов правительство США штамповало четвертаки, десятицентовые монеты и полдоллара из чистого серебра, которые неизбежно должны были стоить больше, чем фиатная стоимость. Как только монета стоит больше, чем она стоит в местном банке, она начинает исчезать, хотя экспорт монет или их переплавка является федеральным преступлением.

Казначейство США должно было сделать несколько сложных материалов для замены десятицентовика и четвертака. Требовалось, чтобы новые монеты прошли проверку монетоприемника во всех торговых автоматах.Таким образом, вес, твердость, магнитные и вихретоковые свойства должны были точно соответствовать друг другу. В противном случае в местном кафе-мороженом были бы проблемы. Бессмертными словами Чака Берри:

.

Бросьте монету прямо в прорезь, вы должны услышать что-то действительно горячее!

Статья Popular Science за сентябрь 1965 года объясняет решение, мы позаимствовали изображение ниже. Изображение служит хорошим примером бутерброда из металлической монеты. Что касается теплопроводности четверти, то это свойство, безусловно, ухудшилось, когда переключатель был сделан из чистого серебра.Сплавы печально известны своей плохой теплопроводностью.

 

Один из способов отличить серебряную четвертак от современной версии — бросить их и сравнить тона, серебряные монетки звенят, как колокольчик!

 

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

97 K 96A
катушки и шпульт высота (мм) высота (мм) 50 9
Внутренний диаметр бобина (мм)
Наружный диаметр бобина (мм) 55
9
0
4 4 оборота 9079 9
намотки намотки 10 N при комнатной температуре

проводник Superconductuctor BI-2223
Оболочка Серебряный сплав
Ширина (мм) 3. 3
Толщина (мм) 0,7 0,7
серебро 2.2
86A 97 K