Heterogén anyagok hővezetési tulajdonságainak kísérleti vizsgálata
A környezetünkben fellelhető anyagok bizonyos értelemben heterogén anyagok. A mérnöki gyakorlatban azonban sokszor közelítjük őket homogén szerkezetként, ami például a tömör fémek esetén jó modellnek tekinthető. A korszerű anyagok, mint például a kompozitok, vagy a fémhabok már egy technológiailag erősen kontrollált anyagszerkezettel rendelkeznek, így azokra már nem alkalmazható a homogén szerkezeti megközelítés. A technológiai kontroll által az anyag mechanikai struktúrája és ennek jellemzői, azon felül a hőtani, hővezetési tulajdonságait is képesek megváltoztatni, az előírt irányba módosíthatók.
Heterogén anyag azonban nem csak mesterségesen állítható elő, hanem a természetben megtalálható, a környezeti hatások által létrejött kőzetek is ebbe a csoportba tartoznak. A kőzetekben nem csupán az anyagösszetétel változatos, hanem az abban megtalálható anyaghibák eloszlása is, melyek módja és mennyisége is változó, vagyis nem homogén. A heterogén anyagok modellezése nagy kihívás mind mechanikai, mind hőtani szempontból. A Fourier-féle hővezetési egyenlet kiváló példája az olyan elméleteknek, melyeket a mérnöki gyakorlatban alkalmazunk, azonban a fizikai jelenségek szempontjából igen korlátozott érvényességi körrel bír, ilyen a heterogenitás kérdése is. A mérnöki technológia fejlődésével egyre több olyan anyag áll rendelkezésre, mely az adott alkalmazás szempontjából a felhasználásban jelentkező folyamatok időskálájával megegyező karakterisztikus idővel rendelkezik. Az eddigi kísérleti eredmények alapján ismert [1, 2], hogy ekkor a Fourier-törvény modellezési képessége nem feltétlenül elegendő, azaz egy adott időtartományon helytelen eredményt szolgáltathat. A téma fontosságát és aktualitását az is mutatja, hogy ilyen alkalmazásokra példa a tranziens üzemű mikroelektronikai eszközök, vékonyréteg technológiával készült bevonatok, kompozit szerkezetek, porkohászati termékek megmunkálása, valamint a kőzetekben való hőterjedés, mely geotermikus kutak és alagutak létesítésekor, földalatti létesítmények hosszú távú szilárdsági tulajdonságainak elemzésekor kritikus fontosságú.
A dolgozatomban a különböző kőzetminták esetén fogom a tranziens hővezetési tulajdonságokat megvizsgálni. A kísérleti vizsgálatok során a „flash” hőimpulzus mérőberendezést használom fel. A kőzetminták, melyeket vizsgálni fogok, nem csak fellelési helyükben, anyagösszetételükben, hanem vastagságukban is különböznek. A korábbi tapasztalatok azt mutatják, hogy a vastagság változásával a hőfokvezetési tényező is változik [3]. A dolgozat tudományos érdekeltsége a kőzetek termikus modellezése, a Fourier-törvénytől eltérő jelenségek megtalálása és az anyagjellemzők méretfüggésének vizsgálata.
szerző
-
Fehér Anna
Energetikai mérnöki mesterképzési szak
mesterképzés (MA/MSc)
konzulens
-
Dr. Kovács Róbert
Egyetemi docens, Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék
