Heterogén anyagok termikus modellezési lehetőségeinek a vizsgálata
A környezetünkben megtalálható anyagokat a mérnöki gyakorlatban homogén szerkezetként közelítjük, miközben bizonyos értelemben heterogén anyagok. Ez a közelítés a korszerű anyagok esetében, mint például kompozitok, fémhabok, vagy mikroszerkezetű anyagok, csak megszorítások mellett alkalmazható. Ennek oka, hogy a heterogenitások jelenléte különféle, termikus jelenségeket idéz elő. Ilyen jelenségek a termikus paraméterek, valamint az egész heterogén test termikus viselkedésének a méretfüggése. Ennek a kísérleti hátterét a hőimpulzus („flash”) elrendezésű kísérlet adja.
Heterogén anyagok nem csak mesterségesen állíthatók elő, ugyanis a természetben is számtalan példát találunk a biológiai eredetű szerkezetekben, valamint a mérnöki alkalmazáshoz közelebb álló kőzetek esetében. A kőzetekben nem csupán az anyagösszetétel változatos, hanem az abban megtalálható anyaghibák eloszlása is, melyek módja és mennyisége is változó, azaz egyáltalán 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.
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. Korábbi dolgozatomban [3] a kőzeteken hőimpulzus kísérleteket végeztem és bemutattam az anyagok hőfokvezetési tényezőjének vastagságfüggését is. Ezen felül az anyagminták Fourier-törvénytől való eltérését is megmutattam és különféle paraméterek által azokat számszerűsítettem.
A mostani dolgozatomban a már meglévő „flash” mérőberendezést fogom fejleszteni. Az eddigi, hátoldali hőmérsékletmérés mellé új mérési pontot építek be az előlapi oldalra. A mérőberendezésben különböző kőzeteket vizsgálok, melyek származási helye, összetétele és szerkezete is eltérő. Az új mérési pont beépítésének hatására több adat áll rendelkezésre a kőzetek termikus modellezéséhez, valamint a heterogén közegek termikus tulajdonságainak pontosabb meghatározásához, és a pontosabb térbeli viselkedés feltérképezéséhez.
Irodalom:
[1] Both S. et al.: Deviation from the Fourier law in room-temperature heat pulse experiments
JOURNAL OF NON-EQUILIBRIUM THERMODYNAMICS 41(1) pp. 41-48, 8 p. (2016).
[2] Ván P. et al.: Guyer-Krumhansl–type heat conduction at room temperature, EUROPHYSICS LETTERS 118(5) Paper: 50005, 4 p. (2017).
[3] Fehér Anna Éva: Heterogén anyagok hővezetési tulajdonságainak kísérleti vizsgálata, Tudományos Diákköri Konferencia (2019).
szerző
-
Fehér Anna
Energetikai mérnöki mesterképzési szak
mesterképzés (MA/MSc)
konzulens
-
Dr. Kovács Róbert
Egyetemi docens, Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék
