Теплопроводность цветных металлов, теплоемкость и плотность сплавов
В таблице представлены значения теплопроводности металлов (цветных), а также химический состав металлов и технических сплавов в интервале температуры от 0 до 600°С.
Цветные металлы и сплавы: никель Ni, монель, нихром; сплавы никеля (по ГОСТ 492-58): мельхиор НМ81, НМ70, константан НММц 58,5-1,54, копель НМ 56,5, монель НМЖМц и К-монель, алюмель, хромель, манганин НММц 85-12, инвар; магниевые сплавы (по ГОСТ 2856-68), электрон, платинородий; мягкие припои (по ГОСТ 1499-70): олово чистое, свинец, ПОС-90, ПОС-40, ПОС-30, сплав Розе, сплав Вуда.
По данным таблицы видно, что высокую теплопроводность (при комнатной температуре) имеют магниевые сплавы и никель. Низкая же теплопроводность свойственна нихрому, инвару и сплаву Вуда.
Коэффициенты теплопроводности алюминиевых, медных и никелевых сплавов
Теплопроводность металлов, алюминиевых, медных и никелевых сплавов в таблице дана в интервале температуры от 0 до 600°С в размерности Вт/(м·град).Металлы и сплавы: алюминий, алюминиевые сплавы, дюралюминий, латунь, медь, монель, нейзильбер, нихром, нихром железистый, сталь мягкая. Алюминиевые сплавы имеют большую теплопроводность, чем латунь и сплавы никеля.
Коэффициенты теплопроводности сплавов
В таблице даны значения теплопроводности сплавов в интервале температуры от 20 до 200ºС.Сплавы: алюминиевая бронза, бронза, бронза фосфористая, инвар, константан, манганин, магниевые сплавы, медные сплавы, сплав Розе, сплав Вуда, никелевые сплавы, никелевое серебро, платиноиридий, сплав электрон, платинородий.
В таблице указаны значения удельного электрического сопротивления и КТР металлической проволоки, выполненной из различных металлов и сплавов.
Материал проволоки: алюминий, вольфрам, железо, золото, латунь, манганин, медь, никель, константан, нихром, олово, платина, свинец, серебро, цинк.
Как видно из таблицы, нихромовая проволока имеет высокое удельное электрическое сопротивление и успешно применяется в качестве спиралей накаливания нагревательных элементов множества бытовых и промышленных устройств.
Удельная теплоемкость цветных сплавов
В таблице приведены величины удельной (массовой) теплоемкости двухкомпонентных и многокомпонентных цветных сплавов, не содержащих железа, при температуре от 123 до 1000К. Теплоемкость указана в размерности кДж/(кг·град).
Дана теплоемкость следующих сплавов: сплавы, содержащие алюминий, медь, магний, ванадий, цинк, висмут, золото, свинец, олово, кадмий, никель, иридий, платина, калий, натрий, марганец, титан, сплав висмут — свинец — олово, сплав висмут-свинец, висмут — свинец — кадмий, алюмель, сплав липовица, нихром, сплав розе.
Также существует отдельная таблица, где представлена удельная теплоемкость металлов при различных температурах.
Удельная теплоемкость многокомпонентных специальных сплавов
Удельная (массовая) теплоемкость многокомпонентных специальных сплавов приведена в таблице при температуре от 0 до 1300ºС. Размерность теплоемкости кал/(г·град).Теплоемкость специальных сплавов: алюмель, белл-металл, сплав Вуда, инвар, липовица сплав, манганин, монель, сплав Розе, фосфористая бронза, хромель, сплав Na-K, сплав Pb — Bi, Pb — Bi — Sn, Zn — Sn — Ni — Fe — Mn.
Плотность сплавов
Представлена таблица значений плотности сплавов при комнатной температуре. Приведены следующие сплавы: бронза, оловянистая, фосфористая, дюралюминий, инвар, константан, латунь, магналиум, манганин, монель — металл, платино — иридиевый сплав, сплав Вуда, сталь катаная, литая.
ПРИМЕЧАНИЕ: Будьте внимательны! Плотность сплавов в таблице указана в степени 10-3. Не забудьте умножить на 1000! Например, плотность катанной стали изменяется в пределах от 7850 до 8000 кг/м3.
- Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи.
- Физические величины. Справочник. А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М. Братковский и др.; Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.
- Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. акад. И.К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. — 1008 с.
- Шелудяк Ю.Е., Кашпоров Л.Я. и др. Теплофизические свойства компонентов горючих систем. М. 1992. — 184 с.
- Промышленные печи. Справочное руководство для расчетов и проектирования. 2–е издание, дополненное и переработанное, Казанцев Е.И. М.: «Металлургия», 1975.- 368 с.
Минеральная вата: характеристики и свойства
Теплопроводность и особенности минеральной ваты
Теплопроводность минеральной ваты зависит от марки и состава. В среднем показатели равны 0,034-0,05 Вт/м*К. Данные очень низкие, поэтому минеральная вата является прекрасным теплоизоляционным материалом.
Более рыхлая структура минваты имеет более низкий уровень теплопроводности, поэтому тепло лучше задерживается в воздушных «подушках».
У тяжелой минваты теплопроводность равна 0,48-0,55 Вт/м*К, а у легкой (с рыхлой структурой) теплопроводность составляет 0,035-0,047 Вт/м*К. Сравнить коэффициент теплопроводности минеральной ваты с различными видами утеплителей поможет таблица 1.
| Название материала | Коэффициент теплопроводности, Вт/м*К |
| Пенополиуретан | 0,025 |
| Вспененный каучук | 0,03 |
| Легкие пробковые листы | 0,035 |
| Стекловолокно | 0,036 |
| Пенопласт | 0,037 |
| Пенополистирол | 0,04 |
| Поролон | 0,04 |
| Легкая минеральная вата | 0,039-0,047 |
| Стекловата | 0,05 |
| Хлопковая вата | 0,055 |
Чем ниже значение теплопроводности, тем лучше утеплитель. В сравнении с пенополистиролом и пенопластом, минеральная вата дает менее эффективные энергоемкие показатели. Но, если сравнить огнестойкость и вредность этих утеплителей, то минвата явно выигрывает.
Одинаково сохраняют тепло:
- пенополистирол экструдированный (40 кг/м 3 ) при толщине слоя 95 мм;
- минеральная вата (125 мг/м 3 ) — 100 мм;
- ДСП (400 кг/м 3 ) — 185 мм;
- дерево (500 кг/м 3 ) — 205 мм.
Минеральная вата имеет низкий коэффициент теплопроводности, поэтому используется везде. Ее используют для утепления фасадов зданий, для внутреннего и наружного утепления.
Выбор минваты и расчет толщины утеплителя
Любое здание имеет свою норму теплосопротивления. Цифры зависят от климатической зоны и отличаются, исходя из региона.
У каждого утеплителя есть свой уровень теплопроводимости
Поэтому важно создать комфортные теплоизоляционные условия, которые сократят потребление энергии на отопление и охлаждение помещения
Если здание уже построено, расчеты нужно проводить, исходя из типа материала, его сечения, провести расчет теплопроводности, узнать цифры по теплоизоляции. Для домов, которые только строятся, больше возможностей для выбора стройматериалов, утеплителей и отделки.
Для расчетов толщины утеплителя нужно знать три цифры:
- региональные стандарты теплосопротивления зданий;
- коэффициент теплосопротивления стройматериала сооружения;
- коэффициент теплопроводности утеплителя.
Расчет проводите по формуле:
K = R/N,
где K – цифра теплосопротивления стены; R — толщина слоя утеплителя; N — коэффициент теплопроводности.
Эта формула поможет рассчитать теплосопротивление стены. И, на основе полученных данных, можно вычислить, какая нужна теплоизоляция по толщине. Полный расчет толщины утеплителя вы найдете в статье «Толщина утеплителя для стен».
Технические характеристики минеральной ваты как утеплителя
Каждый теплоизоляционный материал хорош по-своему. Минеральная вата в том числе.
Даже больше: она во многом лучше другим утеплителей, т.к. экологична, не вредит здоровью, проста в монтаже и долго сохраняет свои эксплуатационные свойства.
Для примера в таблице 2 сравним технические характеристики минеральной ваты и экструдированного пенополистирола.
| Наименование характеристики | Минеральная вата | Экструдированный пенополистирол |
| Прочность на сжатие при 10% линейной деформации, МПа | 37-190 (+/- 10%) | 28-53 (+/- 10%) |
| Водопоглощение по объему за 24 часа | менее 0,4 | 0,2-0,4 |
| Время самостоятельного горения, не более, c | не горючий материал | разгалаются ядовитые газы |
| Пожарно-технические характеристики по СНиП 21-01-97 | НГ, Т2 | Г1, Д3, РП1 |
| Диапазон рабочих температур, °С | -180 до +650°С |
При t ≥ 250°С связующее испаряется. Плавится при 1000°С
-50 до +75 °С
При 200-250°С тепла разлагаются токсичные вещества
Коэффициент паропроницаемости, мг/(м.ч. Па)
0,31-0,032
0,007-0,012
Безопасность
+
–
Тепловое сопротивление
0,036-0,045
0,03-0,033
Звуконепроницаемость и ветрозащитное действие
+
+
Влагостойкость
+
+
Высокая стойкость к нагрузкам
–
+
Сохранение стабильных размеров
–
+
Долговечность
50 лет (фактическая – 10-15 лет)
50 лет (фактическая – более 20 лет)
Удобство использования
+
+
Трудновоспламеняемость
+
–
Примеси в медных сплавах
отсюда
Примеси, содержащиеся в меди (и, естественно, взаимодействующие с ней), подразделяют на три группы.
Образующие с медью твердые растворы
К таким примесям относятся алюминий, сурьма, никель, железо, олово, цинк и др. Данные добавки существенно снижают электро- и теплопроводность. К маркам, которые преимущественно используются для производства токопроводящих элементов, относятся М0 и М1. Если в составе медного сплава содержится сурьма, то значительно затрудняется его горячая обработка давлением.
Не растворяющиеся в меди примеси
Сюда относятся свинец, висмут и др. Не влияющие на электропроводность основного металла, такие примеси затрудняют возможность его обработки давлением.
Примеси, образующие с медью хрупкие химические соединения
К этой группе относятся сера и кислород, который снижает электропроводность и прочность основного металла. Наличие серы в медном сплаве значительно облегчает его обрабатываемость при помощи резания.
Удельная теплоёмкость
удельная теплоёмкость, удельная теплоёмкость 8 классУде́льная теплоёмкость — отношение теплоёмкости к массе, теплоёмкость единичной массы вещества (разная для различных веществ); физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо передать единичной массе данного вещества для того, чтобы его температура изменилась на единицу.
В Международной системе единиц (СИ) удельная теплоёмкость измеряется в джоулях на килограмм на кельвин, Дж/(кг·К). Иногда используются и внесистемные единицы: калория/(кг·К) и т.д.
Удельная теплоёмкость обычно обозначается буквами c или С, часто с индексами.
На значение удельной теплоёмкости влияет температура вещества и другие термодинамические параметры. К примеру, измерение удельной теплоёмкости воды даст разные результаты при 20 °C и 60 °C.
Кроме того, удельная теплоёмкость зависит от того, каким образом позволено изменяться термодинамическим параметрам вещества (давлению, объёму и т. д.
); например, удельная теплоёмкость при постоянном давлении (CP) и при постоянном объёме (CV), вообще говоря, различны.
Формула расчёта удельной теплоёмкости: где c — удельная теплоёмкость, Q — количество теплоты, полученное веществом при нагреве (или выделившееся при охлаждении), m — масса нагреваемого (охлаждающегося) вещества, ΔT — разность конечной и начальной температур вещества. Удельная теплоёмкость может зависеть (и в принципе, строго говоря, всегда – более или менее сильно – зависит) от температуры, поэтому более корректной является следующая формула с малыми (формально бесконечно малыми) и :
- 1 Значения удельной теплоёмкости некоторых веществ
- 2 См. также
- 3 Примечания
- 4 Литература
- 5 Ссылки
Значения удельной теплоёмкости некоторых веществ
| воздух (сухой) | газ | 1,005 |
| воздух (100 % влажность) | газ | 1,0301 |
| алюминий | твёрдое тело | 0,903 |
| бериллий | твёрдое тело | 1,8245 |
| латунь | твёрдое тело | 0,377 |
| олово | твёрдое тело | 0,218 |
| медь | твёрдое тело | 0,385 |
| молибден | твёрдое тело | 0,250 |
| сталь | твёрдое тело | 0,462 |
| алмаз | твёрдое тело | 0,502 |
| этанол | жидкость | 2,460 |
| золото | твёрдое тело | 0,129 |
| графит | твёрдое тело | 0,720 |
| гелий | газ | 5,190 |
| водород | газ | 14,300 |
| железо | твёрдое тело | 0,444 |
| свинец | твёрдое тело | 0,130 |
| чугун | твёрдое тело | 0,540 |
| вольфрам | твёрдое тело | 0,134 |
| литий | твёрдое тело | 3,582 |
| ртуть | жидкость | 0,139 |
| азот | газ | 1,042 |
| нефтяные масла | жидкость | 1,67 — 2,01 |
| кислород | газ | 0,920 |
| кварцевое стекло | твёрдое тело | 0,703 |
| вода 373 К (100 °C) | газ | 2,020 |
| вода | жидкость | 4,187 |
| лёд | твёрдое тело | 2,060 |
| сусло пивное | жидкость | 3,927 |
| асфальт | 0,92 |
| полнотелый кирпич | 0,84 |
| силикатный кирпич | 1,00 |
| бетон | 0,88 |
| кронглас (стекло) | 0,67 |
| флинт (стекло) | 0,503 |
| оконное стекло | 0,84 |
| гранит | 0,790 |
| талькохлорит | 0,98 |
| гипс | 1,09 |
| мрамор, слюда | 0,880 |
| песок | 0,835 |
| сталь | 0,47 |
| почва | 0,80 |
| древесина | 1,7 |
См. также
- Теплоёмкость
- Объёмная теплоёмкость
- Молярная теплоёмкость
- Скрытая теплота
- Теплоёмкость идеального газа
- Удельная теплота парообразования и конденсации
- Удельная теплота плавления
Примечания
- ↑ Для неоднородного (по химическому составу) образца удельная теплоемкость является дифференциальной характеристикой , меняющейся от точки к точке.
Зависит она в принципе и от температуры (хотя во многих случаях изменяется достаточно слабо при достаточно больших изменениях температуры), при этом строго говоря определяется – вслед за теплоёмкостью – как дифференциальная величина и по температурной оси, т.е.
строго говоря следует рассматривать изменение температуры в определении удельной теплоёмкости не на один градус (тем более не на какую-то более крупную единицу температуры), а на малое с соответствующим количеством переданной теплоты . (См. далее основной текст).
- ↑ Кельвины (К) здесь можно заменять на градусы Цельсия (°C), поскольку эти температурные шкалы (абсолютная и шкала Цельсия) отличаются друг от друга лишь начальной точкой, но не величиной единицы измерения.
Ссылки
- Таблицы физических величин. Справочник, под ред. И. К. Кикоина, М., 1976.
- Сивухин Д. В. Общий курс физики. — Т. II. Термодинамика и молекулярная физика.
- E. М. Лифшиц Теплоёмкость // под. ред. А. М. Прохорова Физическая энциклопедия. — М.: «Советская энциклопедия», 1998. — Т. 2.
Характеристики алюминиевых батарей
Радиаторы из алюминия характеризуются тем, что внешняя их сторона покрыта порошковым слоем, который устойчив к внешним коррозиям, а внутренняя – полимерным защитным покрытием.
Они имеют аккуратный внешний вид, легкие по весу, относятся к средней ценовой категории.
Способ обогрева у алюминиевых радиаторов – конвекционный, выдерживают давление до шестнадцати атмосфер.
Конструктивно этот вид приборов подразделяется на экструдированные и литые. В первом случае процесс производства состоит из двух этапов: сначала пластичный алюминий экструдируют в секции, а верх и низ под давлением отливают, а затем составные части склеивают специальным составом. Во втором случае секция вся сразу отливается под давлением. Этот метод делает конструкцию более прочной, позволяющей более стабильно выдерживать гидроудары, возникающие при опрессовке отопительных систем перед наступлением зимы.
Далее указаны характеристики теплоотдачи алюминиевых радиаторов отопления в таблице.
Недостатки высокой теплопроводности меди и ее сплавов
Медь имеет гораздо большую стоимость, чем алюминий или латунь. Но между тем этот материал имеет ряд недостатков, которые связаны с его положительными сторонами. Высокая теплопроводность этого металла вынуждает к созданию специальных условий для его обработки. То есть медные заготовки необходимо нагревать более точно, нежели сталь. Кроме этого часто, перед началом обработки предварительный или сопутствующий нагрев. Нельзя забывать о том, что трубы, изготовленные из меди, подразумевают то, что будет проведена тщательная теплоизоляция. Особенно это актуально для тех случаев, когда из этих труб собрана система подачи отопления. Это значительно удорожает стоимость выполнения монтажных работ. Определенные сложности возникают и при использовании газовой сварки. Для выполнения работе требуется более мощный инструмент. Иногда, для обработки меди толщиной в 8 – 10 мм может потребоваться использование двух, а то и трех горелок. При этом одной из них выполняют сварку медной трубы, а остальные заняты ее подогревом. Ко всему прочему работа с медью требует большего количества расходных материалов.
Работа с медью требует использования и специализированного инструмента. Например, при резке деталей, выполненных из бронзы или латуни толщиной в 150 мм потребуется резак, который может работать с сталью с большим количеством хром. Если его использовать для обработки меди, то предельная толщина не будет превышать 50 мм.
Можно ли повысить теплопроводность меди
Не так давно, группа западных ученых провела ряд исследований по повышению теплопроводности меди и ее сплавов. Для работы они применяли пленки, выполненные из меди, с нанесенным на ее поверхность тонким слоем графена. Для его нанесения использовали технологию его осаждения из газа. При проведении исследований применялось множество приборов, которые были призваны подтвердить объективность полученных результатов. Результаты исследований показали то, что графен обладает одним из самых высоких показателей теплопроводности. После того, как его нанесли на медную подложку, теплопроводность несколько упала. Но, при проведении этого процесса происходит нагревание меди и в ней происходит увеличение зерен, и в результате повышается проходимость электронов.
Графен с медной фольгой
При нагревании меди, но без нанесения этого материала, зерна сохранили свой размер. Одно из назначений меди это отведение лишнего тепла из электронных и электрических схем. Использование графенового напыления эта задача будет решаться значительно эффективнее.
Источники
- https://FB.ru/article/394480/chto-takoe-teploprovodnost-v-fizike
- https://ptk-granit.ru/what-to-choose/what-is-the-thermal-conductivity-of-building-materials-table-thermal-conductivity-and-other-characteristics-of-building-materials-in-figures/
- https://obrabotkametalla.info/stal/koefficient-teploprovodnosti-i-teploperedachi-stali
- https://kachestvolife.club/otoplenie/koefficienty-teploprovodnosti-stroitel-nyh-materialov-v-tablicah
- https://instanko.ru/drugoe/teploprovodnost-metallov.html
- https://homius.ru/tablitsa-teploprovodnosti-stroitelnyih-materialov.html
С этим читают
Приложение А (обязательное)
Таблица А.1
Материалы (конструкции) | Эксплуатационная влажность материалов w, % по массе, при условиях эксплуатации | |
А | Б | |
1 Пенополистирол | 2 | 10 |
2 Пенополистирол экструзионный | 2 | 3 |
3 Пенополиуретан | 2 | 5 |
4 Плиты из резольно-фенолформальдегидного пенопласта | 5 | 20 |
5 Перлитопластбетон | 2 | 3 |
6 Теплоизоляционные изделия из вспененного синтетического каучука «Аэрофлекс» | 5 | 15 |
7 Теплоизоляционные изделия из вспененного синтетического каучука «Кфлекс» | ||
8 Маты и плиты из минеральной ваты (на основе каменного волокна и штапельного стекловолокна) | 2 | 5 |
9 Пеностекло или газостекло | 1 | 2 |
10 Плиты древесно-волокнистые и древесно-стружечные | 10 | 12 |
11 Плиты фибролитовые и арболит на портландцементе | 10 | 15 |
12 Плиты камышитовые | 10 | 15 |
13 Плиты торфяные теплоизоляционные | 15 | 20 |
14 Пакля | 7 | 12 |
15 Плиты на основе гипса | 4 | 6 |
16 Листы гипсовые обшивочные (сухая штукатурка) | 4 | 6 |
17 Изделия из вспученного перлита на битумном связующем | 1 | 2 |
18 Гравий керамзитовый | 2 | 3 |
19 Гравий шунгизитовый | 2 | 4 |
20 Щебень из доменного шлака | 2 | 3 |
21 Щебень шлакопемзовый и аглопоритовый | 2 | 3 |
22 Щебень и песок из вспученного перлита | 5 | 10 |
23 Вермикулит вспученный | 1 | 3 |
24 Песок для строительных работ | 1 | 2 |
25 Цементно-шлаковый раствор | 2 | 4 |
26 Цементно-перлитовый раствор | 7 | 12 |
27 Гипсоперлитовый раствор | 10 | 15 |
28 Поризованный гипсоперлитовый раствор | 6 | 10 |
29 Туфобетон | 7 | 10 |
30 Пемзобетон | 4 | 6 |
31 Бетон на вулканическом шлаке | 7 | 10 |
32 Керамзитобетон на керамзитовом песке и керамзитопенобетон | 5 | 10 |
33 Керамзитобетон на кварцевом песке с поризацией | 4 | 8 |
34 Керамзитобетон на перлитовом песке | 9 | 13 |
35 Шунгизитобетон | 4 | 7 |
36 Перлитобетон | 10 | 15 |
37 Шлакопемзобетон (термозитобетон) | 5 | 8 |
38 Шлакопемзопено- и шлакопемзогазобетон | 8 | 11 |
39 Бетон на доменных гранулированных шлаках | 5 | 8 |
40 Аглопоритобетон и бетон на топливных (котельных) шлаках | 5 | 8 |
41 Бетон на зольном гравии | 5 | 8 |
42 Вермикулитобетон | 8 | 13 |
43 Полистиролбетон | 4 | 8 |
44 Газо- и пенобетон, газо- и пеносиликат | 8 | 12 |
45 Газо- и пенозолобетон | 15 | 22 |
46 Кирпичная кладка из сплошного кирпича глиняного обыкновенного на цементно-песчаном растворе | 1 | 2 |
47 Кирпичная кладка из сплошного кирпича глиняного обыкновенного на цементно-шлаковом растворе | 1,5 | 3 |
48 Кирпичная кладка из сплошного кирпича глиняного обыкновенного на цементно-перлитовом растворе | 2 | 4 |
49 Кирпичная кладка из сплошного кирпича силикатного на цементно-песчаном растворе | 2 | 4 |
50 Кирпичная кладка из сплошного кирпича трепельного на цементно-песчаном растворе | 2 | 4 |
51 Кирпичная кладка из сплошного кирпича шлакового на цементно-песчаном растворе | 1,5 | 3 |
52 Кирпичная кладка из керамического пустотного кирпича плотностью 1400 кг м3 (брутто) на цементно-песчаном растворе | 1 | 2 |
53 Кирпичная кладка из пустотного кирпича силикатного на цементно-песчаном растворе | 2 | 4 |
54 Древесина | 15 | 20 |
55 Фанера клееная | 10 | 13 |
56 Картон облицовочный | 5 | 10 |
57 Картон строительный многослойный | 6 | 12 |
58 Железобетон | 2 | 3 |
59 Бетон на гравии или щебне из природного камня | 2 | 3 |
60 Раствор цементно-песчаный | 2 | 4 |
61 Раствор сложный (песок, известь, цемент) | 2 | 4 |
62 Раствор известково-песчаный | 2 | 4 |
63 Гранит, гнейс и базальт | ||
64 Мрамор | ||
65 Известняк | 2 | 3 |
66 Туф | 3 | 5 |
67 Листы асбестоцементные плоские | 2 | 3 |
Ключевые слова: строительные материалы и изделия, теплофизические характеристики, расчетные значения, теплопроводность, паропроницаемость
Методы изучения параметров теплопроводности
При проведении изучения параметров теплопроводности надо помнить о том, что характеристики конкретного металла или его сплавов от метода его выработки. Например, параметры металла полученного с помощью литья могут существенно отличаться от характеристик материала изготовленного по методам порошковой металлургии. Свойства сырого металла коренным образом отличаются от того, который прошел через термическую обработку.
Термическая нестабильность, то есть преобразование отдельных свойств металла после воздействия высоких температур является общим для практически всех материалов. Как пример можно привести то, что металлы после длительного воздействия разных температур способны достичь разных уровней рекристаллизации, а это отражается на параметрах теплопроводности.
Структура стали после термической обработки
Можно сказать следующее – при проведении исследований параметров теплопроводности необходимо использовать образцы металлов и их сплавов в стандартном и определенном технологическом состоянии, например, после термической обработки.
Например, существуют требования по измельчению металла для проведения его исследований с применением способов термического анализа. Действительно, такое требование существует при проведении ряда исследований. Бывает и такое требование – как изготовление специальных пластин и многие другие.
Один из методов называют релакционно-динамическим. Он предназначен для выполнения массовых измерений теплоемкости у металлов. В этом методе фиксируется переходная кривая температуры образца между его двумя стационарными состояниями. Этот процесс является следствием скачка тепловой мощности вводимой в испытуемый образец.
Такой метод можно назвать относительным. В нем используются испытуемый и сравнительный образцы. Главное заключается в том, что бы у образцов была одинаковая излучающая поверхность. При проведении исследований температура, воздействующая на образцы должна изменяться ступенчато, при этом по достижении заданных параметров необходимо выдержать определенное количество времени. Направление изменения температуры и ее шаг должен быть подобран таким образом, что бы образец, предназначенный для испытаний, прогревался равномерно.
В эти моменты тепловые потоки сравняются и отношение теплопередачи будет определяться как разность скоростей колебаний температуры.Иногда в процессе этих исследований источник косвенного подогрева исследуемого и сравнительного образца.На один из образцов могут быть созданы дополнительные тепловые нагрузки в сравнении со вторым образцом.
Методы измерения
Для измерения теплопроводности металлов используют два метода: стационарный и нестационарный. Первый характеризуется достижением постоянной величины изменившейся температуры на контролируемой поверхности, а второй – при частичном изменении таковой.
Стационарное измерение проводится опытным путем, требует большого количества времени, а также применения исследуемого металла в виде заготовок правильной формы, с плоскими поверхностями. Образец располагают между нагретой и охлажденной поверхностью, а после прикосновения плоскостей, измеряют время, за которое заготовка может увеличить температуру прохладной опоры на один градус по Кельвину. Когда рассчитывают теплопроводность, обязательно учитывают размеры исследуемого образца.
Нестационарную методику исследований используют в редких случаях из-за того, что результат, зачастую, бывает необъективным. В наши дни никто, кроме ученых, не занимается измерением коэффициента, все используют, давно выведенные опытным путем, значения для различных материалов. Это обусловлено постоянством данного параметра при сохранении химического состава изделия.
Это интересно: Вольфрам — свойства и марки, области применения, продукция из металла
Какой метод измерения теплопроводности лучше всего подходит для вашего материала?
Существуют методы измерения тепловодности, такие как LFA, GHP, HFM и TCT. Они отличаются друг от друга размерами и геометрическими параметрами образцов, применяемых для проверки теплопроводности металлов.
Эти сокращения можно расшифровать как:
- GHP (метод горячей охранной зоны);
- HFM (метод теплового потока);
- TCT (метод горячей проволоки).
Вышеуказанные способы применяют для определения коэффициентов различных металлов и их сплавов. Вместе с тем с использованием этих методов, занимаются исследованием других материалов, например, минералокерамики или огнеупорных материалов.
Образцы металлов, на которых проводят исследования, имеют габаритные размеры 12,7×12,7×2.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Иные критерии подбора утеплителей
Теплоизоляционное покрытие обеспечивает снижение теплопотерь на 30-40 %, повышает прочность несущих конструкций из кирпича и металла, сокращает уровень шума и не забирает полезную площадь постройки. При выборе утеплителя помимо теплопроводности нужно учитывать другие критерии.
Объемный вес
Вес и плотность минваты влияет на качество утепления
Данная характеристика связана с теплопроводностью и зависит от типа материала:
- Минераловатные продукты отличаются плотностью 30-200 кг/м3, поэтому подходят для всех поверхностей строения.
- Вспененный полиэтилен имеет толщину 8-10 мм. Плотность без фольгирования равняется 25 кг/м3 с отражающей основой – около 55 кг/м3.
- Пенопласт отличается удельным весом от 80 до 160 кг/м3, а экструдированный пенополистирол – от 28 до 35 кг/м3. Последний материал является одним из самых легких.
- Полужидкий напыляемый пеноизол при плотности 10 кг/м3 требует предварительного оштукатуривания поверхности.
- Пеностекло имеет плотность, связанную со структурой. Вспененный вариант характеризуется объемным весом от 200 до 400 кг/м3. Теплоизолят из ячеистого стекла – от 100 до 200 м3, что делает возможным применение на фасадных поверхностях.
Способность держать форму
Плиты и пенополиуретан имеют одинаковую степень жесткости, хорошо выдерживают форму
Производители не указывают формостабильность на упаковке, но можно ориентироваться на коэффициенты Пуассона и трения, сопротивления изгибам и сжатиям. По стабильности формы судят о сминаемости или изменении параметров теплоизоляционного слоя. В случае деформации существуют риски утечки тепла на 40 % через щели и мосты холода.
Формостабильность стройматериалов зависит от типа утеплителя:
- Вата (минеральная, базальтовая, эко) при укладке между стропилами расправляется. За счет жестких волокон исключается деформация.
- Пенные виды держат форму на уровне жесткой каменной ваты.
Паропроницаемость
Определяет «дышащие» свойства материала – способность к пропусканию воздуха и пара. Показатель важен для контроля микроклимата в помещении – в законсервированных комнатах образуется больше плесени и грибка. В условиях постоянной влажности конструкция может разрушаться.
По степени паропроницаемости выделяют два типа утеплителей:
- Пены – изделия, для производства которых применяется технология вспенивания. Продукция вообще не пропускает конденсат.
- Ваты – теплоизоляция на основе минерального или органического волокна. Материалы могут пропускать конденсат.
Горючесть
Показатель, на который ориентируются при строительстве наземных частей жилых зданий. Классификация токсичности и горючести указана в ст. 13 ФЗ № 123. В техническом регламенте выделены группы:
- НГ – негорючие: каменная и базальтовая вата.
- Г – возгораемые. Материалы категории Г1 (пенополиуретан) отличаются слабой возгораемостью, категории Г4 (пенополистирол, в т.ч. экструдированный) – сильногорючие.
- В – воспламеняемые: плиты из ДСП, рубероид.
- Д – дымообразующие (ПВХ).
- Т – токсичные (минимальный уровень – у бумаги).
Звукоизоляция
Характеристика, связанная с паропроницаемостью и плотностью. Ваты исключают проникновение посторонних шумов в помещении, через пены проникает больше шума.
У плотных материалов лучше шумоизоляционные свойства, но укладка осложняется толщиной и весом. Оптимальным вариантом для самостоятельных теплоизоляционных работ будет каменная вата с высоким звукопоглощением. Аналогичные показатели – у легкой стекловаты или базальтового утеплителя со скрученными длинными тонкими волокнами.
Факторы, влияющие на величину теплопроводности
Теплопроводность материалов, используемых в строительстве, зависит от их параметров:
В начале измерения принимается начальное стационарное состояние температуры. Измерительный датчик и образец образуют две полубесконечные области. Линейная часть кривой параметризуется используемой емкостью плоского источника и теплоизоляционными свойствами обоих смежных полупространств.
В общем случае расчет значения теплопроводности может быть выражен уравнением. Во время практических измерений результаты измерений на эталонных материалах были применены для выбора оптимального интервала измерения и оптимальной выходной мощности источника тепла в отношении максимизации результатов измерений точно и воспроизводимости.
- Пористость – наличие пор в структуре материала нарушает его однородность. При прохождении теплового потока часть энергии передается через объем, занятый порами и заполненный воздухом. Принято за отсчетную точку принимать теплопроводность сухого воздуха (0,02 Вт/(м*°С)). Соответственно, чем больший объем будет занят воздушными порами, тем меньше будет теплопроводность материала.
- Структура пор – малый размер пор и их замкнутый характер способствуют снижению скорости теплового потока. В случае использования материалов с крупными сообщающимися порами в дополнение к теплопроводности в процессе переноса тепла будут участвовать процессы передачи тепла конвекцией.
- Плотность – при больших значениях частицы более тесно взаимодействуют друг с другом и в большей степени способствуют передаче тепловой энергии. В общем случае значения теплопроводности материала в зависимости от его плотности определяются либо на основе справочных данных, либо эмпирически.
- Влажность – значение теплопроводности для воды составляет (0,6 Вт/(м*°С)). При намокании стеновых конструкций или утеплителя происходит вытеснение сухого воздуха из пор и замещение его каплями жидкости или насыщенным влажным воздухом. Теплопроводность в этом случае значительно увеличится.
- Влияние температуры на теплопроводность материала отражается через формулу:
λ=λо*(1+b*t), (1)
Определение коэффициента теплопроводности строительных материалов с использованием нестационарного плоского измерительного оборудования. Нестационарное плоское измерительное оборудование благодаря своей конструкции обладает многими выгодными свойствами. В этом аппарате можно легко и быстро измерить значение коэффициента теплопроводности в случае любого строительного материала.
Само измерение длится всего несколько секунд, и поэтому можно определить значение коэффициента теплопроводности в зависимости от влажности испытуемого образца. Плоский датчик обеспечивает возможность определения коэффициента теплопроводности значительно неоднородных материалов. Требования, касающиеся размера выборки, по сравнению с другими методами существенно меньше. По этим причинам можно определить коэффициент теплопроводности даже в части строительных изделий, поскольку со стандартными образцами тепловые технические свойства могут сильно отличаться от свойств конечных продуктов. Точность измерения. Как и в случае любого метода измерения, даже в случае нестационарного плоского измерительного прибора наибольшая ошибка исходит из тестового образца. Если поверхность испытываемого образца неравномерна.
- Скорость измерения.
- В отличие от классических методов этот метод несравненно быстрее.
- Гибкость измерений.
Измерительное устройство может благодаря своим благоприятным свойствам применяться для определения измерения коэффициента теплопроводности в большом разнообразии материалов и изделий, например.
где, λо – коэффициент теплопроводности при температуре 0 °С, Вт/м*°С;
b – справочная величина температурного коэффициента;
t – температура.
Коэффициенты
Таблица теплоотдачи стальных труб
| Тип соединения | Для труб с внутренним диаметром, мм | Δt, °С | |||
| 50 — 60 | 60 — 70 | 70 — 80 | 80 — 100 | ||
| В одну нитку | до 40 | 11,5 | 12 | 12,5 | 12,5 |
| 50-100 | 10 | 10,5 | 11 | 11,5 | |
| свыше 125 | 10 | 10,5 | 10,5 | 10,5 | |
| В несколько ниток | до 40 | 10 | 11 | 11,5 | 11,5 |
| свыше 50 | 8 | 9 | 9 | 9 |
Приведенные цифры даны для труб с толщиной стенок от 3 мм и выше.
Полотенцесушитель в ванную из нержавейки, хоть и относится к рассмотренным гладким трубам, придется рассчитывать через другой коэффициент из-за разницы между черной и нержавеющей сталью. При тепловом напоре Δt = 70-80 °С для труб разного диаметра принимают такие значения:
| Ду, мм | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 | 50 |
| k | 15 | 14,5 | 13,3 | 12 | 11 | 10 | 9 | 8 |
Следует учитывать, что сушка для полотенец в ванную, если это не старая часть отопительной системы, как правило, изготавливается из двух типоразмеров труб. Поэтому для змеевика и соединительных перемычек меньшего диаметра коэффициент k выбирается отдельно.
Какую систему вам бы ни пришлось обсчитывать, напольный водяной полотенцесушитель или регистры отопительного прибора, вам понадобится еще один коэффициент. Он позволит привести полученный результат в единицах Ккал/ч к привычному виду Вт/ч. Для этого Q умножают на 1,163.
СНиП 2.04.01-85 требует, чтобы стальной полотенцесушитель имел теплоотдачу не меньше 100 Вт на единицу площади помещения (1 м 2 ) и минимум 40 Вт на 1 м 3 ванной. Поэтому после перевода теплоотдачи в соответствующие единицы измерения, можно определить, для комнат каких размеров подходит выбранная конструкция сушки.
