Lý lịch

Tôi đang làm việc với một nhóm nhỏ trong một dự án đại học để xây dựng một nhà máy tản nhiệt nhà kính. Điều này sẽ truyền không khí ấm ở đỉnh nhà kính xuống qua một buồng ngầm chứa đầy vật liệu để hấp thụ và lưu trữ không khí ấm. Chúng tôi có hai nhà kính nguyên mẫu; một cái sẽ hoạt động như một điều khiển cho các phép đo cơ sở và cái còn lại sẽ có tản nhiệt.

Thiết lập

Tôi đã chế tạo một số cảm biến nhiệt độ và logger cho nguyên mẫu cuối cùng, nhưng một số thử nghiệm sơ bộ đang được thực hiện trên các vật liệu khác nhau:

1. Đá granit từ 15-25mm, hình dạng không đều
2. Kính cường lực vỡ thành các mảnh nhỏ khoảng 15-15mm, ít nhất 2 mặt phẳng
3. Các mảnh bê tông 30-80mm, hình dạng không đều - thử nghiệm chưa hoàn thành

Chúng được đặt trong một hộp 5 L. Hộp có một quạt nhỏ và đường ống ở phía dưới để thổi không khí vào buồng và giải phóng không khí thông qua một số lỗ 6 mm trong đường ống ở đáy hộp. Mặt trên của hộp được bịt kín trừ một lỗ thông hơi có cùng đường kính với ống có quạt. Một cảm biến nhiệt độ PT1000 cũng được đưa vào trung tâm của mỗi vật liệu để ghi lại các phép đo mỗi giây. Dưới đây là hình ảnh của hộp kiểm tra:

Thủ tục

Không gian không khí tự do được tính toán trên một mẫu nhỏ hơn của cả hai vật liệu để đưa ra con số thô là 42% cho đá granit và 43% cho kính. Hai thử nghiệm sau đó đã được thực hiện trên đá granit và sau đó là kính:

1. Cả hai làm mát bên ngoài trong vài giờ đến khoảng 5,5 ° C, sau đó mang vào phòng và để lại trong 1 giờ với quạt bật. Nhiệt độ được ghi nhận khi vật liệu nóng lên đến nhiệt độ phòng.
2. Sau thử nghiệm đầu tiên, các vật liệu sau đó được đặt trong tủ đông và làm lạnh đến -20 ° C, nhiệt độ được ghi lại.

Các kết quả

Như có thể thấy bên dưới, kính thể hiện độ trễ trong cả hai bộ dữ liệu, nóng lên và hạ nhiệt, sau đó sự thay đổi nhiệt độ trở nên tuyến tính hơn. Trong khi đó đá granit cho thấy sự thay đổi tuyến tính hơn về nhiệt độ trong suốt.

Hâm nóng thủy tinh (giây trục x, nhiệt độ trục y)

Làm mát kính (giây trục x, nhiệt độ trục y)

Hâm nóng đá granite (giây trục x, nhiệt độ trục y)

Làm mát bằng đá granite (giây x, nhiệt độ trục y)

Câu hỏi

Chúng tôi đang thảo luận về kết quả tại thời điểm này và tôi quan tâm đến ý kiến ​​chuyên gia về dữ liệu chúng tôi thu thập. Dữ liệu rất thú vị và chúng tôi đang giải thích nó một cách chính xác. Đặc biệt:

• Hình dạng của các mảnh thủy tinh cho phép hình dạng lồng vào nhau hơn, điều này có thể hạn chế luồng không khí nhiều hơn, nhưng liệu điều này có còn thay đổi nhiệt độ tuyến tính hơn không?
• Dữ liệu thủy tinh có thể là do thay đổi giãn nở nhiệt nhỏ trong vật liệu?
• Kính có chỉ số dẫn nhiệt thấp hơn đá granit, đây có phải là lý do cho độ trễ?

Tôi sẽ tập trung vào hai điều - 1) sự khác biệt về hệ số truyền nhiệt giữa hai vật liệu và 2) sự khác biệt về công suất nhiệt của hai vật liệu.

1. Hệ số truyền nhiệt phụ thuộc vào giao diện vật lý giữa không khí và chất rắn. Diện tích bề mặt của vật liệu và lượng luồng không khí sẽ là cả hai yếu tố. Như đã đề cập ở trên, các hạt càng nhỏ thì diện tích bề mặt càng nhiều, nhưng sẽ càng hạn chế luồng khí. Có một sự cân bằng hạnh phúc mà bạn có thể phải xác định bằng thực nghiệm.

2. Khả năng nhiệt của vật liệu chìm quyết định nhiệt độ của vật liệu sẽ phản ứng nhanh như thế nào với sự thay đổi nhiệt độ môi trường. Điều này càng cao, bồn rửa sẽ thực hiện tốt hơn. Sự gia tăng mật độ và nhiệt dung riêng làm cho vật liệu tản nhiệt tốt hơn. Điều này không phụ thuộc vào kích thước của đá hoặc tốc độ dòng khí - công suất nhiệt lớn hơn sẽ luôn tốt hơn.

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

Giả thuyết của tôi là kính có một cao nguyên thay vì đá granit vì thủy tinh phản chiếu với ánh sáng hồng ngoại thay vì đá granit - do đó che chắn sựtruyền nhiệt chủ yếu là bức xạ.

Giả định: Tôi tìm thấy một hộp 5L trực tuyến với kích thước 340mm x 200mm x 125mm - với đáy cách nhiệt, dẫn đến diện tích bề mặt là 0,203 mét vuông cho hộp. Dựa trên một số tính toán và sử dụng các mức phát xạ được đưa ra ở đây, là trong "chu kỳ sưởi ấm", trong suốt 1600 giây của cao nguyên, kính sẽ bị mất nhiệt do bức xạ ở tốc độ 22W - Wolfram nói với tôi đáng lẽ phải có khoảng 6,53K thay đổi, nhưng chiếc hộp không trải qua thay đổi đó.

Xem xét thí nghiệm đang theo dõi tổng thay đổi 15K, đây là một phần đáng kể trong quá trình truyền nhiệt. Do đó, quạt thực sự chỉ đang thực hiện một phần nhỏ công việc nhiệt và bức xạ đang chiếm một phần đáng kể.

Trong phổ hồng ngoại , nơi phần lớn nhiệt lượng này sẽ bị mất, thủy tinh và đá granit dường như hoạt động rất khác nhau. Đá hoa cương dường như hơi trong suốt trong hình ảnh được liên kết. Điều này dựa trên thực tế là các cạnh trong ảnh bị mờ - nếu nó bị mờ thì các cạnh của đường ống sẽ bị sắc nét tại các điểm nóng (như trong video thủy tinh được liên kết) - nhưng tôi không phải là chuyên gia về phóng xạ tính chất của vật liệu. Kính không chỉ chặn bức xạ hồng ngoại trong video, mà theo video dường như phản ánh bức xạ. Nó có ý nghĩa, đó là cách nhà kính làm việc.

Điều này có nghĩa là vì cảm biến nằm trực tiếp ở giữa hộp vật liệu, các lớp thủy tinh liên tục phản xạ lại bất kỳ sự truyền nhiệt nào (hình dung một miếng bít tết với các lớp được hoàn thành tốt và hiếm) - làm chậm quá trình. Đá granit không có hiệu ứng này và do đó đã tiến hành tỏa ra một cách đồng đều.

Nếu không có thêm các thí nghiệm, thật khó để đi đến một kết luận dứt khoát. Các thí nghiệm tiếp theo loại bỏ hiệu ứng bức xạ sẽ chứng minh giả thuyết.