Arka fon

Bir sera ısı emici inşa etmek için bir üniversite projesinde küçük bir ekiple çalışıyorum. Bu, ılık havayı emmek ve depolamak için bir malzeme ile doldurulmuş bir yeraltı odasından seranın üstündeki ılık havayı geçirecektir. İki prototip seramız var; biri temel ölçümler için bir kontrol görevi görecek ve diğeri ısı emiciye sahip olacaktır.

Kurmak

Son prototip için birkaç sıcaklık sensörü ve kaydedici oluşturdum, ancak çeşitli malzemeler üzerinde bazı ön testler yapılıyor:

1. 15-25mm arası granit talaşları, düzensiz şekil
2. Yaklaşık 7-15mm küçük parçalara bölünmüş temperli cam, en az 2 taraf düz
3. Beton parçaları 30-80mm, düzensiz şekil - test tamamlanmadı

Bunlar 5 L'lik bir kutuya yerleştirildi. Kutunun içinde havayı odaya üflemek ve kutunun tabanındaki borudaki 6 mm'lik deliklerden havayı serbest bırakmak için altta küçük bir fan ve boru vardır. Kutunun üst kısmı, fanlı boru ile aynı çapa sahip bir havalandırma deliği hariç kapatılmıştır. Her saniyede ölçüm yakalamak için her malzemenin merkezine bir PT1000 sıcaklık sensörü de yerleştirilir. İşte test kutusunun bir resmi:

prosedür

Serbest hava boşluğu, granit için% 42 ve cam için% 43'lük bir kaba şekil vermek üzere her iki malzemeden daha küçük bir numune üzerinde hesaplanmıştır. Daha sonra granit ve ardından cam üzerinde iki test yapıldı:

1. Her ikisi de dışarıda birkaç saat ila yaklaşık 5.5 ° C'ye soğutuldu, daha sonra odaya getirildi ve fan açıkken 1 saat bırakıldı. Malzeme oda sıcaklığına ısıtıldığında sıcaklık kaydedildi.
2. İlk testten sonra malzemeler bir dondurucuya konuldu ve -20 ° C'ye kadar soğutuldu, sıcaklık tekrar kaydedildi.

Sonuçlar

Aşağıda görülebileceği gibi, cam her iki veri setinde de ısınır ve soğur, sonra sıcaklık değişimi daha doğrusal hale gelir. Oysa granit, sıcaklık boyunca daha doğrusal bir değişiklik gösterir.

Cam Isıtma (x ekseni saniye, y ekseni sıcaklığı)

Cam Soğutma (x ekseni saniye, y ekseni sıcaklığı)

Granit Isınma (x ekseni saniye, y ekseni sıcaklığı)

Granit Soğutma (x ekseni saniye, y ekseni sıcaklığı)

Sorular

Sonuçları şu anda tartışıyoruz ve topladığımız verilerin uzman görüşleriyle ilgileniyorum. Veriler ilginç ve verileri doğru yorumluyoruz. özellikle:

• Cam parçalarının şekli, hava akışını daha fazla kısıtlayabilen daha birbirine kenetlenen bir şekle izin verir, ancak bunun daha doğrusal bir sıcaklık değişikliği olmaz mı?
• Cam verileri, malzemedeki küçük termal genleşme değişikliklerinden kaynaklanabilir mi?
• Cam, granitten daha düşük bir ısı iletkenlik derecesine sahiptir, bu gecikme sebebi midir?

İki şeye odaklanacağım - 1) iki malzeme arasındaki ısı transfer katsayılarındaki fark ve 2) iki malzemenin ısı kapasitesindeki fark.

1. Isı transfer katsayısı hava ve katı arasındaki fiziksel ara yüze bağlıdır. Malzemelerin yüzey alanı ve hava akışı miktarı her iki faktörü de etkileyecektir. Yukarıda belirtildiği gibi, parçacıklar ne kadar küçük olursa, yüzey alanı o kadar fazla olur, ancak hava akışı için o kadar kısıtlayıcı olacaktır. Deneysel olarak belirlemeniz gerekebilecek mutlu bir denge var.

2. Lavabo malzemesinin ısı kapasitesi, malzemenin sıcaklığının ortam sıcaklığındaki bir değişikliğe ne kadar hızlı tepki vereceğini belirler. Bu ne kadar yüksek olursa, lavabo o kadar iyi performans gösterir. Yoğunluk ve özgül ısıdaki artış, daha iyi bir soğutucu malzemesi sağlar. Bu, kayaların boyutundan veya hava akış hızından bağımsızdır - daha büyük ısı kapasitesi her zaman daha iyi olacaktır.

$T = C-A e^{-b x}$

Benim hipotezim , camın granit yerine bir platoya sahip olması, çünkü cam granit yerine kızılötesi aydınlatmaya yansıtıyor - bu nedenle çoğunlukla radyasyon ısı transferinikoruyor.

Varsayımlar: Çevrimiçi olarak 340mm x 200mm x 125mm boyutlarında bir 5L kutu buldum - bu, yalıtımlı alt kısım ile kutu için 0.203 metrekarelik bir yüzey alanına yol açıyor. Bazı hesaplamalara dayanarak ve burada verilen emisstiviteyi kullanarak, "ısıtma çevrimi" sırasında, 1600 saniye boyunca plato boyunca, cam 22W oranında radyasyon nedeniyle ısıyı kaybedecekti - Wolfram bana söylüyor yaklaşık 6.53K değerinde bir değişiklik olmalıydı, ancak kutu bu değişikliğe uğramadı.

Deneyin toplamda 15K'lık bir değişim izlediği düşünüldüğünde, bu ısı transferinin önemli bir kısmıdır. Bu nedenle fan gerçekten termal işin sadece küçük bir kısmını yapıyor ve radyasyon önemli bir kısmı alıyor.

Gelen kızılötesi spektrumda bu ısının çoğunu kaybedilecek, cam ve granit çok farklı davranır gibi görünüyor. Bağlantılı görüntüde granit biraz şeffaf görünüyor. O opak (örneğin bağlantılı cam videoda olduğu gibi) sıcak noktalarda net olacağını boru kenarları olsaydı - - Bu görüntüde kenarları bulanık olmasına dayanmaktadır ama ben değil radyasyon konusunda uzman malzemelerin özellikleri. Cam sadece videodaki kızılötesi radyasyonu engellemekle kalmaz, videoya göre radyasyonu yansıtır gibi görünür. Mantıklı, seralar böyle çalışır.

Bu, sensör doğrudan malzeme kutusunun ortasında olduğu için, cam katmanlarının sürekli olarak herhangi bir ısı transferini geri yansıttığını (iyi yapılmış ve nadir katmanlarla bir biftek öngörür) - süreci durdurur. Granit bu etkiye sahip değildi ve bu nedenle yaklaşık olarak eşit bir şekilde yayılmaya devam etti.

Daha fazla deney yapılmadan kesin bir sonuca varmak zordur. Radyasyon etkilerini ortadan kaldıran diğer deneyler hipotezi kanıtlayacaktır.