20.500.12556/DKUM-81749 Measurements of material heat transfer properties master study programme Merjenje toplotnih materialnih lastnosti An experimental setup was created to observe temperature change at two points inside the experimental body. Such an experimental setup created data that was used as an anchor point of optimization that was coupled with numerical models to find unknown variables of heat conductivity and specific heat of the materials. Two numerical models were created. A 1D numerical model was created for possibilities of fast optimization ignoring the insulation and heat transfer through it. Such a model did not manage to describe the experimental setup accurately. Therefore, a 3D numerical model was created simulating the whole experimental setup and yielded much more promising results. Problems with the model were soon seen when experimental data was compared to the numerical solution where variables that were initially not taken into the account showed a much greater effect than first anticipated. Therefore, the 3D numerical model was adjusted to describe the experimental setup as accurately as possible. The experiment was done with two different materials. The materials were picked based on their heat conductivity (high and low). High heat conductivity material was easy to understand and to find a solution to it. With low conductivity material, some problems were quickly observed and as such created a lot of questions as to why and how to find the unknown variables of the material. It was then shown that the masses of the materials in the experiment and the length of the experiment played the most important role in the experiment and quickly explained why and how the experimental setup should be modified to obtain better results. V tem delu smo se odločili izdelati eksperiment, s pomočjo katerega bi lahko določili toplotne lastnosti neznanega materiala, in sicer natančneje toplotno prevodnost in specifično toploto. Eksperiment je bil zasnovan na podlagi prevoda toplote skozi tri zaporedno sestavljene stene. Razdelili smo ga na tri osnovne dele: glavno telo z merjencem, ki je bilo sestavljeno iz treh tako imenovanih sten, grelca in ohišja, ki pa je sestavljeno iz izolacije in lesenega ogrodja. Zaporedno sestavljene stene smo razdelili na tri materiale (M1, M2 in M3), kjer sta M1 in M3 materiala z znanimi toplotnimi lastnostmi, M2 (merjenec) pa je material z neznanimi toplotnimi lastnostmi. Na M1 je pritrjen grelnik, ki dovaja toploto v eksperiment; vse ostale strani eksperimentalnega telesa so obdane z ohišjem, kjer izolacija preprečuje izgube toplote v okolico. Dovedena toplota v eksperiment povzroči dvig temperature v glavnem telesu. Spreminjanje temperature znotraj eksperimenta merimo z dvema termočlenoma, ki sta v središču M1 in M3. Prav tako je bil eksperiment zasnovan na ideji podpore eksperimenta z numeričnim modelom. Numerični model smo uporabili za posredno iskanje toplotnih materialnih lastnosti, kjer numerični model s pomočjo optimizacijskega algoritma išče pravilne vrednosti materialnih toplotnih lastnosti tako, da primerja časovno odvisni potek temperatur v M1 in M3 z eksperimentom. Eksperiment smo izvedli za dva materiala, ki smo jih izbrali na podlagi njunih vrednosti toplotnih prevodnosti. Prvi material je bil aluminij; njegova toplotna prevodnost je visoka. Za drugi material pa smo izbrali plastični material, katerega toplotna prevodnost je majhna, natančneje poli(metil metakrilat) oziroma PMMA. Določitev neznanih vrednosti toplotne prevodnosti in specifične toplote nam je uspela samo v primeru aluminija. Uspeha določitve neznanih vrednosti toplotne prevodnosti in specifične toplote v primeru PMMA ni bilo. Želenega rezultata v primeru PMMA nismo dobili, ker je eksperiment, kot smo si ga zastavili, neprimeren za iskanje vrednosti toplotne prevodnosti in specifične toplote PMMA. Do težav je prišlo predvsem zaradi časovnega trajanja eksperimenta; toplota je zato imela čas prehajati iz glavnega telesa eksperimenta v izolacijo. Vpliv izolacije je bil tako zelo velik, sploh če upoštevamo dejstvo, da je PMMA v eksperimentu imel majhno maso. Mase komponent v eksperimentu so tako glavni razlog, zakaj so bile v primeru PMMA težave. Masa PMMA v eksperimentu je bila dovolj majhna, da akumulirana toplota znotraj PMMA praktično ni vplivala na rezultat numerične rešitve. Menimo, da lahko eksperiment, kot smo si ga prvotno zastavili, najde želene toplotne lastnosti, vendar je za to potrebno eksperiment optimizirati. Eksperiment se načeloma lahko optimizira na dva načina. Prvi način je študija vpliva izolacije in toplotnih upornosti, ki vplivajo na eksperimentalno telo. V primeru izbire te smeri optimizacije lahko iz eksperimenta izključimo še termalno pasto, kar nam da dodatno neznanko, ki jo s pomočjo optimizacije lahko poiščemo. Pomembno pa se je zavedati, da bi za optimizacijo porabili veliko računskega časa. Drugi način optimiziranja eksperimenta pa lahko gre v smeri popolne izključitve nepotrebnih materialov iz eksperimenta, kar pomeni, da bi glavno eksperimentalno telo zaprli v vakuumski prostor. S tem pristopom tako popolnoma izključimo toplotne upornosti in hkrati dobimo eksperiment, ki je teoretično opisljiv z 1D numeričnim modelom. heat transfer material heat transfer properties specific heat heat conductivity optimization numerical simulation of heat transfer prenos toplote materialne toplotne lastnosti specifična toplota toplotna prevodnost numerična simulacija prenosa toplote true true false [M. Donša] Angleški jezik Slovenski jezik Magistrsko delo/naloga 2022-05-25 15:21:32 2022-07-07 07:50:12 2022-12-02 03:10:13 0000-00-00 00:00:00 2022 0 Maribor 0 Maribor 1 elektronski vir (1 datoteka PDF (XIII, 49 f.)) 0000-00-00 NiDoloceno NiDoloceno NiDoloceno 0000-00-00 0000-00-00 0000-00-00 519.87:[536.2+536.63](043.2) 131949315 MAG_Donsa_Miha_2022.pdf MAG_Donsa_Miha_2022.pdf 1 567B6E8D3907682159DAF76F556F0F07 747da6ce2830d663c1cf3ee9c9934501840886a093713e066232975412784a8c e4d7b0e3-f705-11ec-a808-00155d000105 20.500.12556/dkum/0c47d37e-c956-4b88-8e49-0df9e6e9affd https://dk.um.si/Dokument.php?lang=slv&id=159020 Fakulteta za strojništvo 0 0 0