Hanna Koshlak, Anna Kaczan
Kielce University of Technologies, Poland
corresponding author’s e-mail:
Abstract
Thermophysical characteristics of porous thermal insulation materials (PTM) are generally determined by the structure, size, type and shape of pores, as well as by their mutual arrangement in the material. Thermal conductivity is one of the most important among these characteristics, is caused by different physical processes and can be reduced to three types: conduction, convection and radiation. Literature sources imply that thermal conductivity dependence is represented as an exponential function. These dependencies fail to have a sufficiently clear and pronounced nature and do not allow developing an analytical expression to describe this function, especially at high values of material density. In our experiments, the thermal conductivity coefficient was determined in the dry and sorption humidity states, not exceeding 20%. The thermal conductivity of porous thermal insulation materials was studied using an IT-λ-400 device. Cylindrical test specimens, 5 mm thick and 15 mm in diameter, were placed in the device and heated to 800°C. Within this temperature range, the material thermal conductivity was determined according to the standard procedure described in the device operating instructions. The observed data were processed using the designed experiment approach. Thermal conductivity is considered as the target function (Y, W/(m K)). The experiment was conducted according to the program of the central composite rotatable second-order design by Box-Hunter. The factors, studied in the previous series of experiments, are considered as controllable ones. Variable factors shall meet these criteria during experiment design process. 16 experiments were conducted at basic levels and supplemented by another 10 experiments at star points.
Keywords
porous thermal insulation materials, thermal conductivity, convection, radiation, Burshtyn TPP ash, Box-Hunter
Badanie właściwości termofizycznych porowatych materiałów izolacyjnych na bazie popiołu TPP Burshtyn
Streszczenie
Właściwości termofizyczne porowatych materiałów termoizolacyjnych (PTM) są ogólnie określone przez strukturę, wielkość, rodzaj i kształt porów, a także przez ich wzajemne rozmieszczenie w materiale. Przewodność cieplna jest jedną z najważniejszych spośród tych cech, jest spowodowana różnymi procesami fizycznymi i może być zredukowana do trzech rodzajów: przewodzenia, konwekcji i promieniowania. Źródła literatury sugerują, że zależność przewodności cieplnej jest reprezentowana jako funkcja wykładnicza. Zależności te nie mają wystarczająco wyraźnego charakteru i nie pozwalają na opracowanie analitycznego wyrażenia opisującego tę funkcję, szczególnie przy wysokich wartościach gęstości materiału. W naszych eksperymentach współczynnik przewodności cieplnej został określony w stanie suchym i wilgotności sorpcji, nie przekraczając 20%. Przewodność cieplną porowatych materiałów termoizolacyjnych badano za pomocą urządzenia IT-λ-400. Próbki cylindryczne o grubości 5 mm i średnicy 15 mm umieszczono w urządzeniu i ogrzano do 800°C. W tym zakresie temperatur przewodność cieplna materiału została określona zgodnie ze standardową procedurą opisaną w instrukcji obsługi urządzenia. Obserwowane dane zostały przetworzone przy użyciu zaprojektowanego podejścia eksperymentalnego. Przewodność cieplna jest uwzględniana jako funkcja celu (Y, W/(m K)). Eksperyment przeprowadzono zgodnie z programem centralnego obrotowego kompozytowego projektu drugiego rzędu firmy Box-Hunter. Zmienne czynniki muszą spełniać te kryteria podczas procesu projektowania eksperymentu. Przeprowadzono 16 eksperymentów na poziomach podstawowych i uzupełniono o kolejne 10 eksperymentów w punktach gwiazdowych.
Słowa kluczowe
porowate materiały termoizolacyjne, przewodnictwo cieplne, konwekcja, promieniowanie, popiół Bursthyn TPP, Box-Hunter
Full text / Pełny tekst
PDF (English)
