Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Thermal Properties of Solids : Theoretical Basis, Research Methods and Selected Results of Proprietary Research

Zmywaczyk Janusz

Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa

|

2021

|

Vol. 12, Nr 2 (44)

9--38

EN

This paper refers to an inaugural lecture prepared by the author for the inauguration of the New Academic Year 2020/2021 at the Faculty of Mechatronics, Armament and Aerospace of Military University of Technology (MUT) in Warsaw (Poland) on 2 October 2020. It presents the origins of research into thermal properties of solids since the mid-1970s by the employees of the thermodynamic research unit at the Department of Aerodynamics and Thermodynamics, followed by the basic modalities of heat transfer, theoretical foundations of thermal expansion, specific heat, thermal conductivity and thermal diffusivity of solids. The measuring apparatus created as a result of proprietary research studies and purchased from market-leading manufacturers is shown with a selection of results from the research into the thermal properties of solids, which are largely the outcome of the application our own research procedures.

PL

Artykuł nawiązuje do wykładu inauguracyjnego opracowanego przez autora w związku z inauguracją Nowego Roku Akademickiego 2020/2021 na Wydziale Mechatroniki, Uzbrojenia i Lotnictwa WAT w dniu 2 października 2020 r. Przedstawiono genezę badań właściwości cieplnych ciał stałych prowadzonych od połowy lat siedemdziesiątych XX w. przez pracowników części termodynamicznej Zakładu Aerodynamiki i Termodynamiki, a w dalszej kolejności podstawowe mody wymiany ciepła, podstawy teoretyczne rozszerzalności cieplnej, ciepła właściwego, przewodności cieplnej i dyfuzyjności cieplnej ciał stałych. Pokazano aparaturę pomiarową powstałą w wyniku realizacji własnych opracowań naukowych oraz zakupioną od wiodących na rynku producentów jak również przedstawiono wybrane wyniki badań właściwości cieplnych ciał stałych, które w dużej mierze są efektem zastosowania własnych procedur badawczych.

2

Innovative Laboratory Procedure to Estimate Thermophysical Parameters of Iso-exo Sleeves

Ignaszak Z., Prunier J. B.

Archives of Foundry Engineering

|

2017

|

Vol. 17, iss. 1

67--72

EN

The paper is focused on properties testing of materials used in form of iso-exo sleeves for risers in ferrous alloys foundry. They are grainy-fibrous materials, containing components which initiate and upkeep exothermic reaction. Thermo-physical parameters characterizing such sleeves are necessary also to fill in reliable databases for computer simulation of processes in the casting-mould layout. Studies with use of a liquid alloy, especially regarding different sleeves bring valuable results, but are also relatively expensive and require longer test preparation time. A simplified method of study in laboratory conditions was proposed, in a furnace heated to a temperature above ignition temperature of sleeve material (initiation of exothermic reaction). This method allows to determine the basic parameters of each new sleeve supplied to foundries and assures relatively quick evaluation of sleeve quality, by comparison with previous sleeve supplies or with sleeves brought by new providers.

3

Thermophysical properties of the phase change material mixtures - preliminary studies on macromolecular hydrocarbons example

Klugmann-Radziemska E., Wcisło P., Denda H., Ryms M.

Polska Energetyka Słoneczna

|

2014

|

nr 1-4

39--45

EN

The aim of this work is a theoretical and experimental analysis of the macromolecular hydrocarbons mixtures composition and the impact on thermophysical parameters of the phase change materials (PCM) made from these mixtures. The analysis of the current state of knowledge extended by the author's own studies have been presented. Thermophysical characteristics of the hydrocarbons and their mixtures have been specified, in such a way, that on this basis description of the nature of the effects from individual fractions can be obtained, and the most important parameters characterizing the PCMs, such as the temperature peak of the phase transition or the heat of transition, can be set down.

4

Sensitivity of the inverse solution with respect to the friction factor and thermo-physical parameters of the deformed material

Szeliga D., Pietrzyk M.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2012

|

Vol. 79, nr 8

648--651

EN

Inverse solution with the metamodel for plastometric tests is an efficient tool for identification of flow stress models. Input parameters for the metamodel include coefficients in the flow stress equation and parameters of the tests (temperature, strain rate). It means that this metamodel can be used for the materials, which do not differ in thermo-physical properties. Application of the same metamodel to various metals require accounting for the different thermal conductivity and the specific heat. The objective of the present work was determination of the sensitivity of the inverse solution with respect to thermo-physical properties of the tested material. Inverse solution was performed for different coefficients in the specific heat and conductivity equations. Sensitivity of the inverse solution with respect to these coefficients, as well as to the friction factor and heat transfer coefficient, was evaluated. The results show that, when the tests are performed in tools preheated together with a sample, the effect of thermal parameters can be neglected. Contrary, friction factor influences the results and should be introduced as a variable in the metamodel.

PL

Rozwiązanie odwrotne z metamodelem dla prób plastometrycznych jest efektywnym narzędziem identyfikacji modeli naprężenia uplastyczniającego. Parametry wejściowe metamodelu obejmują współczynniki w równaniu naprężenia uplastyczniającego i parametry prób (temperaturę, prędkość odkształcenia). Oznacza to, że określony metamodel można zastosować dla materiałów, które nie różnią się właściwościami termofizycznymi. Zastosowanie tego samego metamodelu dla różnych metali wymaga uwzględnienia różnych wartości przewodnictwa cieplnego i ciepła właściwego. Celem niniejszej pracy było określenie wrażliwości rozwiązania odwrotnego względem parametrów termofizycznych badanego materiału. Rozwiązanie odwrotne przeprowadzono dla różnych wartości współczynników w równaniach ciepła właściwego i przewodności cieplnej, jak również dla różnych czynników tarcia i współczynników wymiany ciepła. Wyniki wskazują, że w przypadku prowadzenia prób w narzędziach nagrzewanych wraz z próbką, wpływ parametrów cieplnych jest pomijalnie mały. Czynnik tarcia z kolei zaburza wyniki testów, więc powinien być traktowany w metamodelu jako zmienna.

5

Identyfikacja parametrów termofizycznych ciał stałych z wykorzystaniem zmodyfikowanej metody chwilowego źródła ciepła oraz współczynnikowej metody odwrotnej

Gapski M., Zmywaczyk J.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2012

|

Vol. 61, nr 1

373-394

PL

W pracy przedstawiono zmodyfikowaną metodę chwilowego źródła ciepła oraz współczynnikową metodę odwrotną do jednoczesnej estymacji: dyfuzyjności cieplnej a, przewodności cieplnej λ oraz ciepła właściwego cp ciał stałych w oparciu o znaną odpowiedź termiczną układu w odległości H od miejsca występowania powierzchniowego źródła ciepła o gęstości q₀. Porównano wrażliwość obu metod na zmianę grubości próbki H, współczynnika przejmowania ciepła h, stopnia partycji η gęstości strumienia ciepła q₀ oraz amplitudy ZAB zaburzenia nadwyżki temperatury na tylnej powierzchni próbki w kształcie walca o promieniu R i wysokości H. Obie metody poddano również weryfikacji eksperymentalnej pod kątem identyfikacji parametrów λ i cp dla próbek wykonanych z polimetakrylanu metylu (PMMA) oraz ze stali nierdzewnej 1H18N9T.

EN

A modified heat pulse method and an inverse coefficient technique is presented for simultaneous estimation of: the thermal diffusivity a, the thermal conductivity λ and the specific heat cp of solids for a known thermal response in the distance H from the heat source. The work also presents both techniques' sensitivity for a change of the sample thickness H, the heat transfer coefficient h, the partition η of the heat flux density and the amplitude of temperature's surplus disturbance at the back face of the sample. The paper presents the measurement results of λ and cp for polymethyl methacrylate (PMMA) and stainless steel 1H18N9T obtained for both methods experimentally.

6

Experimental study on thermo physical parameter of loose coal bulk

Chen Q. H., Dai G. L., Zhang G. S., Fan X. Q., Qin R. X.

AGH Journal of Mining and Geoengineering

|

2012

|

Vol. 36, no. 3

89-98

EN

Experimental study was carried out on the thermo physical parameter of loose coal bulk, based on hot-wired method, the relationship between thermo physical parameter of loose coal bulk and each influence factors obtained, and the result shows that the thermal conductivity increased and thermal capacity decreased on condition that the coal rank increased, with the increasing of water content, thermal conductivity and thermal capacity are both have the trend of ascent. Within the experimental temperature limit (< 110 degrees of Celsius), thermal conductivity shows linear growth trend with the increasing of temperature. When voidage increased, thermal conductivity decreased, but the relevance between thermal capacity and voidage is unnoticeable.

PL

Wyniki badań eksperymentalnych przeprowadzonych w celu określenia parametrów termofizycznych luźnych brył węgla metodą "gorącej nici" (ang. hot-wire method) i zależności pomiędzy parametrem termofizycznym luźnych brył węgla a każdym z uzyskanych współczynników wpływu pokazują wzrost przewodności cieplnej i obniżenie pojemności cieplnej wraz z poprawą jakości węgla. Przy zwiększaniu zawartości wody przewodność cieplna i pojemność cieplna wykazują tendencje wzrostowe. W badanym zakresie temperatur (< 110 stopni Celsjusza) przewodność cieplna wzrasta liniowo wraz ze wzrostem temperatury. Zwiększenie przestrzeni pomiędzy elementami skutkowało obniżeniem przewodności cieplnej, jednak nie zaobserwowano związku pomiędzy pojemnością cieplną a większą przestrzenią między elementami.

7

Estymacja ciepła właściwego i przewodności cieplnej PMMA oraz PTFE przy użyciu wybranych technik odwrotnych

Gapski M., Koniorczyk P., Wielosz M., Zmywaczyk J.

Postępy Nauki i Techniki

|

2011

|

nr 6

74-80

PL

W pracy wykorzystano zmodyfikowaną metodę chwilowego źródła ciepła oraz współczynnikową metodę odwrotną do jednoczesnej estymacji przewodności cieplnej ? oraz ciepła właściwego cp materiałów izolacyjnych takich jak polimetakrylan metylu (PMMA) oraz politetrafluoroetylen (PTFE) w czasie jednego pomiaru. W procesie wyznaczania poszukiwanych parametrów termofizycznych bazowano na symulacyjnych i rzeczywistych sygnałach pomiarowych, przedstawiających nadwyżkę temperatury ?m(t) w odległości H od chwilowego źródła ciepła. Uzyskane wyniki estymacji parametrów termofizycznych PMMA i PTFE porównano z wynikami referencyjnymi dostępnymi w literaturze.

EN

A modified heat pulse method and an inverse coefficient technique is presented for simultaneous estimation of: the thermal conductivity ? and the specific heat cp of insulation materials such as polymethyl methacrylate (PMMA) and polytetrafluoroethylene (PTFE) during single measurement. Thermophysical parameter estimation process was based on simulated and real measurement signals, which shows temperature excess ?m(t) at the back face of the sample. The paper presents the estimation results for PMMA and PTFE compared with reference values from literature.

8

Identyfikacja parametrów termofizycznych ciał stałych metodą nagrzewania ciągłego

Wielgosz M., Gapski M., Koniorczyk P., Zmywaczyk J.

Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja

|

2010

|

R. 41, nr 1

10-14

PL

Przedstawiono metodę nagrzewania ciągłego do jednoczesnego określania trzech parametrów termofizycznych: przewodności cieplnej k, dyfuzyjności cieplnej a oraz ciepła właściwego cp w czasie jednego pomiaru. Metoda jest obecnie stosowana na świecie nie tylko dla materiałów termoizolacyjnych, ale również metali, w tym o dużej przewodności cieplnej, np. miedzi. Cechuje ją krótki czas pomiaru. Szczególnie ważna jest metodologia badań. W ostatnich latach dokonał się w tym zakresie duży postęp. W artykule przedstawiono wyniki badań k, a i cp w temperaturze pokojowej dla polimetakrylanu metylu, tzw. pleksiglasu (PMMA), stali stopowej 1H18N9T, duraluminium PA6 oraz mosiądzu Mo59. Badania mają istotne znaczenie w praktyce, ponieważ brakuje szybkich i tanich metod eksperymentalnych określania właściwości termofizycznych materiałów.

EN

A continuous heating method is presented for simultaneous measuring of three thermo-physical parameters during one measurement: thermal conductivity k, thermal diffusivity a, and specific heat cp. The method is currently used worldwide not only for thermal insulation materials, but also for metals, especially those with high thermal conductivity, such as copper. It is characterized by short measurement time. The research methodology is particularly important. In the last period a great progress has been made in this respect. The article presents measurement results of k, a and cp at room temperature for methyl polymethacrylate (Plexiglas PMMA), 1H18N9T alloy steel, duralumin PA6 and brass Mo59. Tests are essential in practice because there are no quick and cheap methods for experimental determining of thermo- physical properties of materials.

9

Połączenie metody eksperymentalnej i odwrotnej przewodzenia ciepła do estymacji właściwości cieplnych materiałów kompozytowych

Kucypera S.

Modelowanie Inżynierskie

|

2009

|

T. 7, nr 38

103-108

PL

W pracy przedstawiono metodę identyfikacji parametrów termofizycznych materiałów kompozytowych. Do identyfikacji wykorzystano wyniki pomiarów czasowego rozkładu temperatury w wybranych punktach próbki oraz rozwiązanie odwrotnego współczynnikowego zagadnienia przepływu ciepła. Model matematyczny przepływu ciepła w badanej próbce sformułowano w oparciu o metodę bilansów elementarnych. Odwrotne współczynnikowe zagadnienie nieustalonego przepływu ciepła rozwiązano wykorzystując iteracyjną metodę dynamicznej estymacji sekwencyjnej. W celu poprawienia zbieżności i dokładności procesu estymacji zastosowano przedziałowe wygładzanie danych pomiarowych. Przedstawiono przykładowe wyniki badań.

EN

The paper presents a method of identification of the chosen thermophysical parameters of the composite materials. Those parameters have been used the measurement results of the transient temperature at selected points of the investigated sample and a solution of the inverse coefficient heat conduction problem. The mathematical model of the heat conduction in the investigated sample has been formulated basing on the control volume method. The inverse coefficient transient heat conduction problem has been solved using a iterative method of the dynamic sequantial estimation. To improve a convergence and prcision of the estimate process the interval smoothing method to the measurement data has been applied. The investigated method has been ilustrated by selected results.

10

Numerical estimation of the temperature-dependent thermophysical parameters using hybrid method of differential evolution and the Levenberg-Marquardt algorithm

Zmywaczyk J.

Archives of Thermodynamics

|

2007

|

Vol. 28, no. 1

89-106

EN

A hybrid method of estimation the temperature-dependent thermophysical parameters is presented. The method of differential evolution (DE) developed by Storn and Price [1] is used at the beginning of calculations to find an initial set of coefficients which represent the unknown temperature depending thermophysical parameters in a priori given base of functions. Then a deterministic method based on a modified Newton-Raphson approach and the Levenberg-Marquardt algorithm is applied to find a minimum of the mean square functional J(u[^T]) involving the measured and the model temperature response of the system. The proposed hybrid method turned out to be very effective and efficient tool for solving the coefficient inverse heat conduction problem (CIHCP) of simultaneous estimation of the temperature-dependent thermal conductivity k[r](T), k[z](T) and the specific heat C[p](T) of an orthotropic material.

11

Interval boundary element method for 1D transient diffusion problem

Piasecka Belkhayat A.

Prace Naukowe Instytutu Matematyki i Informatyki Politechniki Częstochowskiej

|

2006

|

Vol. 5, nr 1

176-184

EN

In this paper the description of an unsteady heat transfer for one-dimensional problem is presented. It is assumed that all thermophysical parameters (specific heat, mass density and heat conduction) are given as intervals. The problem discussed has been solved using the 1st scheme of the boundary element method. The interval Gauss elimination method with the decomposition procedure has been applied to solve the obtained interval system of equations. In the final part of the paper the results of numerical computations are shown.

12

Simultaneous estimation of the emissivity and the temperature-dependent thermal conductivity and specific heat in a semitransparent plane layer by an inverse method

Zmywaczyk J.

Archives of Thermodynamics

|

2006

|

Vol. 27, no. 3

39-62

EN

A model of transient ID conduction-radiation heat transfer in absorbing, emitting and isotropically scattering grey medium with boundary conditions of the third kind for temperature has been considered in this paper. It has been assumed that boundaries of the plane layer of thickness L were of diffusive character. To solve the boundary-value problem a finite difference method (FDM) together with a two-flux method (TFM) based on the Schuster-Schwarzschild approximation was used. In the inverse formulation of the problem it has been accepted as the unknown quantities the total panchromatic hemispherical emissivity [epsilon][1] of the sample surface exposed to external incident radiation and the temperature-dependent thermal conductivity k(T) and specific heat c[p](T) of the sample material. The coefficient inverse heat transfer problem (CIHTP) was solved iteratively using the Levenberg-Marquardt algorithm to find a minimum of a mean square functional J involving residuals between the measured and calculated temperatures. It has been found that the final time of measurements t[f] should be correlated with the disturbance magnitude ZAB so as to reduce uncertainty of the estimated parameters.

13

Numerical estimation of temperature-dependent thermophysical parameters by means of the inverse method - 2D approach

Zmywaczyk J.

Archives of Thermodynamics

|

2006

|

Vol. 27, no. 2

37-54

EN

A modified Newton-Raphson method which has been proposed by Ching-yu Yang [3] to determine the temperature-dependent thermal conductivity and heat capacity from temperature measured at boundaries in a medium (ID case) has now been extended to estimate simultaneously the temperature dependent thermal conductivity k[r](T), k[x](T) and specific heat c[p](T) of an orthotropic material. It has been found that inverse solution of the problem was satisfactory if the degree of polynomials used to estimate the unknown parameters was not greater than three. In addition to this, a D-optimality criterion given by Beck [2] was utilised to determine the finał time of experiment t[f].