Zastosowanie metody odwrotnej do wyznaczania dyfuzyjności cieplnej materiału warstwy pokrycia próbki w badaniach metodą powierzchniowego wymuszenia impulsowego

• Autorzy: Stryczniewicz W. , Panas A. J.

Warianty tytułu

EN

Application of the inverse method for investigation of transversal thermal diffusivity of thin layers from laser flash experimental data

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy omówiono zastosowanie rozwiązania zagadnienia odwrotnego do wyznaczania składowej poprzecznej dyfuzyjności cieplnej materiału warstwy pokrycia próbki w badaniach metodą chwilowego powierzchniowego źródła ciepła. Dane doświadczalne uzyskano z zastosowaniem dyfuzometru LFA 457 Netzsch. Wymuszenie cieplne realizowano metodą nagrzewania laserowego. Przedstawiona metodyka opracowania danych doświadczalnych służy do określenia właściwości termofizycznych materiału cienkiej warstwy naniesionej na powierzchnię próbki – nośnika warstwy. Próbki testowe wykonano z materiału o znanych właściwościach. W celu identyfikacji parametrów warstwy opracowano algorytm optymalizacyjny wykorzystujący metodę Levenberga-Marquardta. Danymi przetwarzanymi przez program są zapisy cyfrowe odpowiedzi termicznej badanego obiektu w postaci względnej zmiany temperatury w czasie. Zagadnienie proste jest rozwiązywane metodą elementów skończonych. Numeryczny model próbki pokrytej badaną warstwą materiału wykonany został w programie Comsol Multiphysics. Przedstawione w pracy wyniki testowych badań doświadczalno-numerycznych dowodzą poprawności i efektywności opracowanych procedur badawczych.

EN

Application of the inverse method for investigation of a thin layer coating thermal diffusivity have been discussed. The problem concerns determination of the out off plane thermal transport prosperities of the thin layer material deposited onto a standard specimen of a priori known thermophysical properties. In order to estimate the un-known thermal diffusivity a multi-parametrical identification has been performed. The identification procedure applies a sample temperature response signal as an input. The direct problem is solved applying Finite Element Method. The appropriate numerical model have been developed utilizing Comsol/Multiphysics software. model was incorporated into a specially developed Matlab program. The parametrical estimation procedure uses the Levenberg-Marquardt algorithm. The experimental data used has been supplied utilizing Netzsch LFA 457 laser flash apparatus. The analyses performed proved efficiency and shoved performance of the elaborated procedure.

Słowa kluczowe

PL

metoda odwrotna; dyfuzyjność cieplna; metoda Parkera; właściwości cieplne cienkiej warstwy; aerozolowe pokrycie grafitowe

EN

inverse method; thermal diffusivity; Parker's method; thin layer thermophysical properties; graphite spray coatings

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej. Oddział Gliwice
• Czasopismo: Modelowanie Inżynierskie
• Rocznik: 2014
• Tom: T. 21, nr 52
• Strony: 193--200
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz.

Twórcy

autor

Stryczniewicz W.

• Instytut Lotnictwa, al. Krakowska 110/114, Warszawa

autor

Panas A. J.

• Wydział Mechatroniki i Lotnictwa, Wojskowa Akademia Techniczna

Bibliografia

• 1.Wiśniewski S., Wiśniewski T.: Wymiana ciepła. Warszawa: WNT, 2000.
• 2.Nowacki W.: Zagadnienia termosprężystości. Warszawa: PWN, 1960.
• 3.Orłoś Z. i in.: Naprężenia cieplne. Warszawa: PWN,1991.
• 4.LFA apparatus manual, Netzsch, Germany, 2013.
• 5.Parker J. W., Jenkins R. J., Butler C. P., Abbott G. L.: Flash method of determining thermal diffusivity, heat capacity, and thermal conductivity. „Journal of Applied Physics” 1961, 9, p. 1679 -1684.
• 6.Panas A. J.: IR support of thermophysical property investigation: medical and advanced technology materials study. “Infrared Thermography”, Intech 2011, ed. Raghu V. Prakash, Chapter 4, p. 65 - 90.
• 7.Min S., Blumm J., Lindemann A.: A new laser flash system for measurement of the thermophysical properties. „Thermochimica Acta” 2007, 455, p. 46 – 49
• 8.Panas A.J.: Comparative-complementary investigations of thermophysical properties – high thermal resolution procedures in practice. In: Proceedings of Thermophysics 2010, Valtice, 3nd÷5th November 2010, p.218 – 235.
• 9.Blumm, J., Lindemann A., Meyer M. & Strasser C.: Characterization of PTFE using advanced thermal analysis techniques. “International Journal of Thermophysics” 2010, No.1, Vol. 31, p. 1919 – 1927.
• 10.Cape J. A., Lehman G. W.: Temperature and finite pulse-time effects in the flash method for measuring thermal diffusivity. “Journal of Applied Physics” 1963, 7, p. 1909 - 1913.
• 11.Larson K. B., Koyama K.: Measurement by the flash method of thermal diffusivity, heat capacity, and thermal conductivity in two-layer composite samples. “Journal of Applied Physics” 1986, 39, p. 4408 - 4416.
• 12.Terpiłowski J., Szczepaniak R., Woroniak G., Rudzki R.: Adaptation of the modified pulse method for determination of thermal diffusivity of solids in the vicinity of the second-order phase transition points. “Archives of Thermodynamics”, 2013, Vol. 34, p. 73 - 92.
• 13.Terpiłowski J.: A pulse method for determination ofspecific heat and thermal diffusivity of plastics. “Archives of Thermodynamics” 2008, Vol. 29, p. 61 - 72.
• 14.Ozisik M. N., Orlande H. R. B.: Inverse heat transfer. New York: Taylor&Francis, 2000.
• 15.Panas A. J., Panas D.: DSC investigation of binary iron-nickel alloys. “High Temp. – High Press.” 2009, Vol. 38, p 63 - 78.
• 16.Panas A. J.: B-spline approximation of DSC data of specific heat of NiAl and NiCr alloys. “Archives of Thermodynamics” 2003, 4, Vol. 24, p. 47 - 65.
• 17.Stryczniewicz W., Zmywaczyk J., Panas A. J.: The inverse heat conduction problem solution for a laser flash studies of a thin layer coatings. In: Proceedings of 8thInternational Conference on Inverse Problems in Engineering. Kraków 2014, p 353 - 362.
• 18.Kim S., Kim Y.: Determination of apparent thickness of graphite coating in flash method. “Thermochimica Acta” 2008, 468, p. 6 - 9.
• 19.Akoshima M., Neda M., Baba T.: Quantitative evaluation of the effect of black-coating for laser flash experiments. In: Thermal Conductivity 31 – Thermal Expansion 19, Koss L. I., St-Georges L., Eds., DEStech Publications, Inc., Lancaster, PE, 2013.
• 20.Material property database MPDG v.7.08, 2009, JAHM Software, Inc, USA.