4 Metody Pomiaru Dyfuzyjności Termicznej: omówienie najważniejszych technik w termowizji, laserowym fleszowaniu, metodzie 3-omega i analizie termicznej.
4 Metody Pomiaru Dyfuzyjności Termicznej
Dyfuzyjność termiczna jest kluczowym parametrem w inżynierii cieplnej, który określa, jak szybko ciepło przemieszcza się przez materiał. Wyrażana jest jako: \(\alpha = \frac{k}{\rho c_p}\), gdzie \(k\) to przewodnictwo cieplne, \(\rho\) to gęstość, a \(c_p\) to pojemność cieplna właściwa. Poniżej przedstawione są cztery popularne metody pomiaru dyfuzyjności termicznej.
- Metoda laserowego błysku
- Metoda transient hot wire
- Metoda kołowego przewodzenia ciepła
- Metoda termograficzna
Metoda Laserowego Błysku
Metoda laserowego błysku (ang. Laser Flash Analysis – LFA) jest jedną z najczęściej stosowanych metod pomiaru dyfuzyjności termicznej. Procedura polega na krótkotrwałym podgrzaniu powierzchni próbki za pomocą impulsu laserowego i monitorowaniu wzrostu temperatury na przeciwległej powierzchni próbki.
Podstawowe równanie używane w tej metodzie to:
\[ \alpha = \frac{0.1388 \cdot L^2}{t_{1/2}} \]
gdzie:
- \(L\) – grubość próbki
- \(t_{1/2}\) – czas, w którym temperatura osiąga połowę swojej wartości maksymalnej
Metoda Transient Hot Wire
W metodzie transient hot wire do próbki wkładany jest cienki drut grzejny, przez który przepuszczany jest prąd elektryczny. Powoduje to wzrost temperatury drutu, a następnie mierzy się, jak szybko ciepło rozprasza się w materiale.
Podstawowe równanie dla tej metody to:
\[ \Delta T(t) = \frac{Q}{4 \pi k} \ln \left( \frac{4 \alpha t}{r^2} \right) \]
gdzie:
- \(Q\) – moc emitowana przez drut
- \(t\) – czas
- \(r\) – odległość od drutu
Metoda Kołowego Przewodzenia Ciepła
Metoda ta polega na nakładaniu cyklicznego strumienia ciepła na powierzchnię próbki i mierzenie rozkładu temperatury na przeciwległej powierzchni. Jest to bardziej złożona metoda, wymagająca zaawansowanego aparatu pomiarowego.
Równanie stosowane:
\[ \alpha = \frac{A}{\omega \cdot B} \]
gdzie:
- \(A\) i \(B\) – współczynniki z odpowiednich wzorców cieplnych
- \(\omega\) – częstotliwość cyklu cieplnego
Metoda Termograficzna
Metoda termograficzna polega na wykorzystaniu kamer termowizyjnych do rejestrowania rozkładu temperatury na powierzchni próbki. Ta metoda jest szczególnie użyteczna dla materiałów o złożonej geometrii i nierównomiernych właściwościach cieplnych.
Dyfuzyjność termiczną można obliczyć za pomocą analizy rozkładu temperatury, często przy użyciu zaawansowanych algorytmów komputerowych.
Każda z powyższych metod ma swoje zalety i wady i wybór odpowiedniej techniki zależy od specyficznych wymagań badania oraz właściwości materiału.