Теплопроводность газоблока: Сравнительная характеристика теплопроводности газобетона. Выбор толщины блока.

Автор

Содержание

Сравнительная характеристика теплопроводности газобетона. Выбор толщины блока.

Технические характеристики газобетонных блоков

Отопительный сезон зачастую сопряжён с потерей тепла, которое крадут «холодные» стены не из газобетона UDK :-). А потому целесообразно строить или утеплять частный коттедж с использованием пористого материала. Газобетон различают по его плотности, которая измеряется в кг/м3. В зависимости от марки блока, его используют в различных целях: теплоизоляционных - в роли утеплителя, для постройки не высоких зданий, для строительства несущих конструкций высотных зданий.

Маркировка D400 обозначает, что в 1м3 пористого материала находится 400 кг. твёрдых частиц, занимающих 1/3 всей массы блока. Воздушные массы в ячейках являются естественной теплоизоляцией, не позволяющей внутреннему теплу из помещения проникать сквозь них. А потому, чем менее плотный монолит, тем лучше он сохранит тепло. В отличие от других стройматериалов, газобетонные блоки обладают более низкими показаниями теплопроводности. В этом можно убедиться взглянув на данную сравнительную таблицу и наглядные графики.

с Материал Теплопроводность, Вт/м °C
Показатели плотности, кг/м3
D400 D500
Газобетон при уровне влажности 0% 0,096 0,112
5% 0,117 0,147
Пенобетон при уровне влажности 0% 0,102 0,131
5% 0,131 0,161
Древесина, при уровне влажности 0% 0,116 0,146
5% 0,181 0,187

Структура пеноблоков похожа на газобетон, но при этом в пеноблоках замкнутые ячейки и высокие показатели плотности. Геометрия пеноблоков не точна и не совершенна, а потому в роли теплоизоляционного материала намного выгоднее использовать именно газобетон.

Древесина, хоть и является экологически чистым материалом, но когда речь заходит о её качественных теплоизоляционных свойствах, то она значительно проигрывает газобетону, так как не способна в должной мере сохранить тепло.

Однако отметим, что ячеистый блок – дышащий, огнеупорный материал, который отлично справляется со всеми поставленными перед ним задачами. Используя его в строительстве, важно сделать ограждение фундамента и цоколя здания от влаги. Потому как пористая структура может её тянуть в себя. С этой целью применяется рубероид и битум.

Характеристики теплопроводности кирпича и газобетонных блоков

Кирпич - классический вариант стройматериала, используемый для строительства дачных домиков и частных коттеджей. Он морозоустойчив, долговечен и обладает высокой плотностью. Но в отличие от газобетонных блоков, кирпичная стена возводится многослойной. Для того, чтобы дополнительно проложить утепляющие материалы между наружными и внутренними кладками.
 

Материал Показатели средней теплопроводности, Вт/м ° C
Газоблок 0,08-0,14
Керамические кирпичи 0,36-0,42
Красные глиняные кирпичи 0,57
Силикатные кирпичи 0,71

Выбор толщины блока

Толщина стен влияет на их теплоизоляционные свойства. Чем они толще, тем дольше будет сохранятся комфортная атмосфера внутри жилища.В процессе проектирования ширины ограждений, необходимо учитывать «мостики холода» (толщина цемента для укладки). Блоки монтируют при помощи пазового замка и клеевого раствора. Данный способ гарантирует сохранность тепла, сводя его потери до минимальных значений. Чтобы не платить больше, важно знать некоторые показатели, которыми обладают сборные конструкции стандартной толщины.

Материал Показатели толщины наружных стен, см
12 см 20 см 24 см 30 см 40 см
Показатели теплопроводности, Вт/м ° C
Белые кирпичи 7,51 4,52 3,75 3,12 2,25
Красные кирпичи 6,75 4,05 3,37 2,71 2,02
Газобетонный блок D400 0,82 0,51 0,41 0,32 0,25

Наилучшими качественными характеристиками на сегодняшний день обладают газобетон ЮДК которые производятся в городе Днепр (Украина). Шесть лет назад (в 2012 г.) завод UDK создал газобетон D400 с показателем прочности - 35 кг/см2. Данные свойства стройматериала позволили значительно сократить глубину наружных стен, что в свою очередь повлияло на себестоимость стройки.

За счёт того, что геометрия блоков ЮДК чёткая и точная, их можно класть на ультратонкий слой клея UDK TBM, благодаря чему в итоге не образуется «мостиков холода». К тому же, за счёт низкого коэффициента теплопотери, наружным стенам не потребуется дополнительное утепление. А высокий уровень прочности газобетона позволяет возводить здания до 5 этажей. При этом не используя монолитный каркас. Срок службы газоблока ЮДК около 100 лет.

Выбор толщины стены из газобетонных блоков ЮДК

Стена Размер блока
Наружная стена: D400, D500; В2,5-В2,0;
25-35 кг/см2; 400-500 мм.
Несущая
Не несущая
Жилой дом до 4 этажей, где проживают круглый год
Перегородка: D400, D500; В2,5-В2,0;
25-35 кг/см2; 200-500 мм.
Несущая при условии устройства монолитного пояса
Перегородка:

D500; В2,5;
35 кг/см2; 100-150 мм.

Не несущая

Выбор толщины стен необходимо делать с учётом вида постройки. Для постройки жилого дома у застройщиков пользуется популярностью толщина стены в один слой - 300-400 мм (иногда 500 мм). Ведь однослойные стены – всегда на порядок дешевле, нежели «сэндвичи». Классический стандартный газоблок имеет такие параметры: плотность - D300, D400; прочность В2,0,В2,5. Такой блок подходит для строительства одно- и двухэтажных зданий.


Для загородного дачного домика, куда хозяин наведывается лишь в тёплое время года, а зимой не требуется поддержание в помещении тепла, блока глубиной в 200 мм более чем достаточно. Такие стены прогреются очень быстро, а значит потребуется меньше энергоресурсов.

Для хозяйственных построек, а также гаража, толщину стен необходимо выбирать с учётом частоты нахождения в них. Там должно быть уютно и комфортно. Чтобы влажность и температурный режим были в норме для нужд хозяина помещения, в любое время года.

Определится с толщиной стены из газобетонных блоков, инвестор может исходя из нескольких нюансов. Во-первых, это стоимость газобетона. А она очень выгодная с учётом всех требований. Во-вторых, это типовой проект. Обычно в него закладывают средний показатель толщины стены с указанием температурной зоны и требования к коэффициенту сопротивления теплопередачи, как указано на рисунке ниже.

Для южной части Украины стена может быть более тонкой, нежели в северном регионе страны. Чем тоньше стена – тем большая жилая площадь выйдет в итоге. Естественно, толстые стены крадут жилые метры. Но, при злоупотреблении правилами грамотной стройки, можно существенно потерять на отоплении в зимний период и охлаждении в летний сезон. Ведь сквозь «холодные» стены тепло будет утекать с большой скоростью, а летом наоборот станет невыносимо жарко. К тому же, суммы за отопление и охлаждение помещения дополнительными средствами, увеличатся в разы.

Решение строить здание с толстыми стенами, это опять же не выгодно, ведь необходимо будет потратиться на дополнительный фундамент. Альтернативный и разумный выбор – стены из газобетона. Удовлетворяющие как потребителя, так и застройщика тем, что не дорого стоят и надёжно сохраняют тепло, при этом не мешая помещению «дышать».

На сегодняшний день газобетон ЮДК является оптимальным выбором стройматериала. Долговечный (70-100 лет), надёжный, обладающий низкой теплопроводностью и безупречной геометрией блоков – он находится на пике своей популярности. Благодаря его не высокому объёмному весу идёт меньшая нагрузка на фундамент. Лучше ложатся отделочные материалы и не требуется больших трудозатрат. А разнообразный выбор газобетонных блоков, отличающихся по толщине, прочности и назначению - способен удовлетворить требования большинства застройщиков.

сравнение с другими стеновыми материалами

Для удержания тепла внутри помещения применяют газобетон, который является одной из разновидностей ячеистого бетона. Его низкая теплопроводность, ценовая категория, скорость и удобство в процессе работы – это те критерии, которые привлекают большую часть потребителей.

Теплотехнические характеристики газоблоков

Процесс производства основан на проведении химической реакции, которая возникает в цементном растворе при добавлении алюминиевой пудры и извести. В результате смешивания этих компонентов выделяется газ – водород, который образует открытые ячейки неправильной формы, равномерно распределенные по всему объему блока.

Характиристики газобетона

Их высушивание производят при помощи автоклава с созданными термическими условиями или естественным образом. Полученная пористая структура наделяет газобетон следующими свойствами:

  • повышенной теплоизоляцией;
  • паропроницаемостью;
  • малым весом при изрядных размерах.
НазваниеЗначения
Морозоустойчивость35-150
Усадкаот 0,3 мм/м2
Минимальная рекомендуемая толщина стеныот 0,4 м
Теплопроводностьот 0,08
Горениене горит
Класс экологической безопасности2

Блоки, полученные при помощи синтезного твердения на автоклавном оборудовании, по своим характеристикам в разы превосходят кирпичи, полученные при естественном способе высыхания.

Однако их стоимость также пропорциональна качеству и затратам на изготовление.

Образующиеся ячейки перекрывают расходы высокими теплотехническими свойствами. Воздух в них набирает температуру медленно, что препятствует передаче тепловых волн. Поэтому чем менее плотен материал, тем выше его изоляционные характеристики.

Сфера примененияМарка плотностиКоэффициент теплопроводности в зависимости от наполнителя,
Вт/(м °С)
золапесок
ТеплоизоляционныйD3000,080,08
D4000,090,1
D5000,10,12
D6000,130,14
Конструкционно-изоляционныйD7000,150,15
D8000,180,21
D9000,20,24
КонструкционныйD10000,230,29
D11000,260,34
D12000,290,38

Монтируются блоки с использованием пазовых замков, клея. Такая технология минимизирует появление «мостиков холода», еще больше повышая качественные характеристики наружных стен.

Зависимость от влажности

Воздействие влажности из окружающей среды на конструкцию, построенную из газобетонных блоков, проявляется как впитывание влаги материалом стен. В связи с этим теплоизоляционная пропускная способность падает.

Коэффициент теплопроводности для блоков марки D500 в условиях повышенной влажности увеличивается с 0,12 Вт/(м °С) до 0,32 Вт/(м °С) и более.

Этот момент стоит учитывать и при строительстве применять защитное облицовку наружного слоя стены. Используют следующие виды отделки для защиты от влаги:

  • оштукатуривание специальными смесями для газобетона;
  • установку навесных вентилируемых фасадов;
  • облицовку декоративным кирпичом с вентилируемым зазором;
  • окраску специальными паропроницаемыми красками и шпатлевками.

Для практически 100% исключения проникновения влаги в несущую стену устанавливается навесной вентилируемый фасад. Каркас для облицовки сооружают из металлического профиля или деревянного бруса. Отделка выполняется из винилового или бетонного сайдинга, отделочных панелей или керамогранитной плитки.

Схема устройства вентфасада

Применение такой конструкции не позволяет осадкам контактировать с блоком, а вентзазор способствует естественному выходу накопившихся водяных паров из толщи стены.

Зависимость от плотности

Плотность газобетонных блоков является ключевым фактором для возведения наружных стен.

Сопротивление теплопередаче напрямую зависит от количества пустот в выбранной марке материала. При увеличении плотности повышается несущая способность, но увеличиваются теплопотери.

В таком случае повысить теплоэффективность конструкции возможно за счет увеличения толщины применяемых блоков.

Маркировка D300 означает, что в 1 м³ пористого бетона содержание твердых включений составляет 300 кг.

В зависимости от плотности классифицируется следующим образом:

  • D300-D400. Используется как утеплитель для изоляции наружных поверхностей строений;
  • D500-D900. Применяется для малоэтажного строительства, пригоден для утепления;
  • D1000-D1200. Используется для возведения высоконагруженных высотных зданий. Имеет высокий коэффициент теплопроводности, в отличие от других марок блоков.

Зависимость от макроструктуры

Процесс производства газобетонных блоков заключается в выходе газа во время затвердевания материала, вследствие чего появляются вытянутые мелкие пустоты неправильной формы. Во время химической реакции появляющийся газ, влажный воздух выходит через микротрещины, которые впоследствии позволяют проникать влаге в блоки газобетона из окружающей среды, увеличивая при этом коэффициент теплопередачи.

Чем больше поры, тем лучше теплопроводность

Чем меньше размер и больше образующихся микропустот, тем выше теплоизоляционные свойства газобетона и теплее в комнатах. Это напрямую зависит от технологии производства.

Сравнение с другими стеновыми материалами

Наиболее популярным сырьем, используемым в народе, является кирпич и дерево. Каждый из них имеет свои ценовые преимущества, показатели экологической безопасности, доступности, но как показала мировая практика последних десятилетий, новые строительные материалы опередили их по многим показателям.

Приведем сравнительную характеристику по разным параметрам, важным в строительстве.

Название материалаПлотность,
кг/м³
Коэффициент теплопроводности,
Вт/(м °С)
Газобетон600-800018-0,28
Арболит400-8500,08-0,18
Пенобетон400-12000,14-0,39
Шлакобетон900-14000,2-0,58
Силикатный кирпич1700-19500,85-1,16
Керамзитобетон900-12000,5-0,7
Кирпич пустотелый1 500-1 9000,56-0,95

Из таблицы видно, что газобетон немного опережают по реальным значениям только арболит и пенобетон.

Приведем пример сравнения газобетона и кирпича, соответственно толщине стен. Невооруженным глазом видим превосходство над классическим стройматериалом.

НазваниеТолщина стены снаружи, м
0,120,240,4
Теплопроводность, Вт/м °C
Газоблок D6001,160,580,35
Кирпич силикатный7,513,752,25
Кирпич керамический6,753,372,02

Из данных таблиц видно, что коэффициент теплопроводности газобетона доказывает его теплотехническую эффективность. Немного теплее только арболит и пенобетон.

Если сравнивать дома из бруса и газобетона, актуальны показатели усадки. Для первого варианта он равняется 4%, для второго пределы 0,3-0,5%. Следует сказать и о пожарной безопасности, устойчивости к действию влаги, плесневых грибков, сроку эксплуатации, что также на пользу деревянному заменителю.

Метод испытания теплопроводности изделий

С целью контроля теплопроводности используется метод, соответствующий требованиям ГОСТ № 7076, а пробы отбираются по схеме ГОСТ № 10180.

Он происходит в 5 этапов:

  1. Выбор испытуемого образца, замер исходной толщины, температуры лицевых граней, массы.
  2. Помещение блока в специальное устройство с нанесенной градуировкой.
  3. Направление постоянного источника тепла (тепловых волн) под углом в 90°C к граням предмета. С интервалом в 300 секунд выполняются замеры данных термометра, сигналов тепломера.
  4. После нагрева повторно проверяется толщина, температура нагретой поверхности.
  5. Взвешивание.

Обычно для испытания используется 5 образцов. Используемое количество указывается в сертификате качества.

Как посчитать требуемую толщину стены?

Перед тем, как начать закупку материалов, следует рассчитать необходимую толщину стен. В зависимости от региона проживания, климатической зоны, ее параметры могут быть различными. В некоторых случаях делать слишком толстые стены экономически нецелесообразно.

Правильно произвести расчетную смету поможет учет требований СНиП 23-02-2003 по тепловой защите зданий и СП 23-101-2004 по проектированию тепловой защиты для зданий.

Выводы

Правильно выбранные стеновые блоки являются залогом обеспечения нужного, оптимального микроклимата в здании. Способность аккумулировать тепло облегчит финансовые затраты, требуемые на обогрев, охлаждение, что со временем окупит и трату на расходные материалы и работу по строительству.

Необходимость утепления в жилых домах определяется теплотехническим расчетом для конкретного климатического пояса. Так, для Москвы и Московской области можно применять блок марки D400 без утепления.

При строительстве 2-этажного жилого дома из газобетона D500 и выше не обойтись без утепления, но этот материал занимает достойное место в ряду конкурентов, предлагая отличные показатели плотности, влагостойкости, теплообмена.

Теплопроводность газобетона, технические характеристики, способы определения

Низкий коэффициент теплопроводности считается главным преимуществом газобетона наряду с легкостью, хорошей морозостойкостью и прочностью на сжатие. Его обеспечивает высокая (до 85 %) пористость структуры и закрытость ячеек, благодаря этому свойству материал успешно совмещает конструкционные и утепляющие функции и является оптимальным при строительстве энергосберегающих домов.

Факторы влияния и методы определения

Теплопроводность газоблока отражает его способность к передаче тепла от более нагретых частей к холодным в ходе движения молекул. В численном выражении данная характеристика измеряется в Вт/м·°C. Низкое значение у автоклавных газо- и пенобетона (не более 0,12-0,14 у востребованных марок D500 и D600) свидетельствует о хороших энергосберегающих свойствах, что позволяет сократить затраты на обогрев зданий в зимнее время и на кондиционирование – в летнее.

Все изготавливаемые изделия проходят обязательный контроль, подтверждающий данный коэффициент опытным путем, соответствующая информация указывается в сертификате продукции и является ориентиром при расчете толщины стен и перекрытий.

Метод проверки теплопроводности регламентирован требованиями ГОСТ 7076, его суть заключается в подаче стационарного теплового потока через блоки в перпендикулярном направлении и последующем измерении его плотности и температуры лицевой поверхности и граней образца.

Результаты сертификации продукции принято разделять на 2 группы, отражающих значения в сухом состоянии и при определенной влажности. Также теплопроводность напрямую зависит от состава и плотности. Ориентировочные показатели для самых востребованных в частном строительстве марок приведены ниже:

Коэффициент, Вт/м·°C Марка газоблоков
D300 D400 D500 D600
В сухом состоянии 0,072 0,096 0,12 0,14
При влажности 4 % 0,084 0,113 0,141 0,16

Теплопроводность снижается при поглощениях ячейками влаги, материал нуждается в защите от внутреннего пара и конденсатов и внешних осадков. У изделий, изготовленных на золе, при равной прочности она на несколько единиц меньше, чем у чисто песчаных (0,1 Вт/м·°C у марки D500, 0,13 у D600), но в первую очередь способность к удерживанию тепла зависит от их плотности и условий эксплуатации. Для сравнения – у незащищенных газобетонных стен, подвергаемым стандартным влажностным нагрузкам в пределах 60%, коэффициент повышается почти в два раза. По этой же причине помимо данной характеристики (отклонения не должны отходить на ± 20 %) в ходе выпуска блоков контролируется показатель отпускной влажности, допустимый нормами максимум не превышает 25-30 %.

Сравнение теплопроводности

В строительстве этот коэффициент учитывают прежде при выборе кладочных материалов для возведения стен, потребность в утеплителе. Ориентировочные значения для самых востребованных из них приведены в таблице:

Наименование Диапазон плотности, кг/м3 Теплопроводность, Вт/м·°C
Автоклавные газоблоки 280-1000 0,07-0,21
Пенобетон 300-1250 0,12-0,35
Плотный красный кирпич 1700-2100 0,67
Дерево (на примере соснового бруса) 500 0,18
То же, пористый 1500 0,44
Клинкер 1800-2000 0,8-1,6
Облицовочные марки 1800 0,93
Кирпич строительный 800-1500 0,23-0,3
Силикатный сплошной 1000-2200 0,5-1,3
То же, с тех. пустотами 0,7
Силикатный щелевой 0,4

На практике на теплопроводность стен оказывает влияние не только тип газоблоков, но и наличие и вид используемого соединительного раствора. Результаты сравнения для разных кладок приведены ниже:

Вид стены Диапазон плотности, кг/м3 Теплопроводность, Вт/м·°C
Газобетонные блоки, монтируемые на клей 630-820 0,26-0,34
То же, при использовании газосиликатных теплоизоляционных плит 540 0,24
Керамический сплошной кирпич на цементно-перлитовом растворе 1600 0,47
То же, на ЦПС 1800 0,56
То же, на цементно-шлаковом составе 1700 0,52
Керамический пустотный кирпич на ЦПР 1000-1400 0,35-0,47
Малоразмерные кладочные изделия 1730 0,8
Пустотелые стеновые 1220-1460 0,5-0,65
Силикатный 11-ти пустотный кирпич на ЦПС 1500 0,64
То же, 14-ти пустотный 1400 0,52

Результаты сравнения выявляют однозначное преимущество пористых материалов перед плотными и сплошными в плане способностей к энергосбережению. По этой причине и автоклавные газоблоки, и прошедший обычную сушку пенобетон выигрывают у кирпича при условии кладки их на тонкий шов облегченного раствора с близким показателями теплопроводности. Монтаж на ЦПС нивелирует это преимущество и приводит к образованию в стенах мостиков холода, то есть к потребности в наружном утеплении. Пенобетон в сравнении с газобетоном уступает в равномерности структуры (и как следствие – чуть хуже держит тепло), но при равной плотности их коэффициенты теплопередачи практически не отличаются.


 

Теплопроводность газобетона, характеристики теплопроводности газоблока

Пористая структура газобетона

Газобетонные блоки обладают высокими показателями теплоизоляционных характеристик. Коэффициент теплопроводности газобетона — 0,12 Вт/м °С—0,145 Вт/м °С. Это связано с тем, что материал имеет высокую пористость.

Чем меньше процент пористости, тем ниже теплоизоляционные свойства. Поскольку газоблоки характеризуются более ячеистой текстурой, то данный материал превосходит по теплопроводности кирпич и пеноблоки. Чем больше пузырьков воздуха, тем больше свойства теплоизоляции материала.

Газобетон: характеристики теплопроводности

Ячеистый состав блоков предполагает, что производитель смог насытить бетонную смесь пузырьками воздуха. Например, для получения 1 куб.м. газобетона d500 необходимо 500 кг газобетонного материала.

Хотя воздух не обладает сильной прочностью, зато у него из всех веществ сама низкая теплопроводностью. Количество пузырьков воздуха, которые будут находиться в ячейках, и обусловливает теплоизоляционные свойства материала.

Помимо теплопроводности ключевой особенностью газобетонной смеси является крепкая и прочная оболочка пустот, которая получается в результате термической обработки.

Отличия теплопроводности газобетона 400 от теплопроводности газобетона 500

Структура газобетона d500 отличается от марки d400 тем, что у плотность смеси в марке d500 меньше. Следовательно, теплопроводность газобетона d500 будет более высокой. Что это означает на практике? То, что через газобетонные блоки d500 тепло будет покидать здание быстрее, чем через газобетон d400.

Однако, из-за меньшей плотности воздушных пузырьков, марка d500 прочнее d400.

Выбор марок газобетона для строительства

Газобетон марки d500 в сравнении с d400 более прочный, но менее теплый. Но эта разница настолько незначительна и незаметна, что не приведет к существенному различию в качестве построек из таких двух разных материалов. Какую бы марку вы не выбрали, все равно дом из газобетона будет обладать более низкой степенью теплопроводности, чем здание из кирпича.

Низкий показатель теплопроводности – экономия ваших денег

Причин, по которым для постройки дома стоит выбрать газобетон, множество. Одна из лавных – это экономия финансов не только при строительстве, но и для сохранности капиталовложений в будущем. Если посчитать энергозатраты при эксплуатировании газобетонного дома, то они значительно ниже, чем расходы на содержание кирпичной постройки. Значит, в денежном эквиваленте расходуемые энергоресурсы будут разительно меньшими в помещениях из газоблоков.

В интернет-магазине стройматериалов «Керамик Фест» вы можете купить газоблоки, которые точно соответствуют заявленным производителем техническим характеристикам.

Читайте также: Постройка дома из газобетона

характеристики, таблица определения коэффициента теплопроводности

Газобетон является одним из важнейших строительных материалов для возведения стен, имеющий уникальные свойства. Высокая степень пористости материала позволяет ему гораздо лучше сохранять тепло, чем привычный пенобетон. Коэффициент наличия пор у материала равен восьмидесяти пяти процентам.

Кроме того, газоблоки совмещают в себе характеристики камня и древесины.

 Теплоизоляционные характеристики газобетона

Теплоизоляция газобетона гораздо выше, чем у других материалов для постройки стен. Помещения из газобетона не нагреваются в жаркое время и не промерзают в холодное, сохраняя комфортный климат внутри помещения вне зависимости от погоды.

Сравнение эффективности материалов по параметрам теплопроводности.

Градация материалов по уровню теплоизоляции от большего к меньшему:

  1. Пенополистерол.
  2. Минеральная вата.
  3. Газобетон.
  4. Древесина.
  5. Керамзитобетон.
  6. Кирпич.

Какую толщину должны иметь стены из газобетона читайте в этой статье.

Теплопроводность газобетонных блоков

Важно! Наиболее низкий коэффициент теплопроводности у газобетона марок D500, D600 и D400.

Одной из самых важных характеристик газобетона является коэффициент теплопроводности. Материал очень хорошо хранит температуру за счет наличия внутри полостей, заполненных воздухом. Это позволяет возводить из газоблоков однослойные стены, отвечающие условиям термозащиты.

О недостатках газобетона читайте тут.

Связь коэффициента теплопроводности и влажности

Влагоемкость и сырость материала повышает значение теплопроводности. Для большинства расчетов используется сухой материал, в то время, когда блоки в эксплуатационных условиях постоянно содержит определенный процент влаги. Даже на выходе из производственного цикла газобетон содержит влажность до тридцати процентов. При эксплуатации влажность газобетона колеблется в пределах 6-8%.

Рекомендуем ознакомится с информацией о монтаже перегородок из газобетона и прочитать, чем штукатурят газобетон.

Таблица определения коэффициента теплопроводности газобетонных блоков

Для определения уровня теплового сопротивления материалов, воспользуйтесь специальной таблицей.

Материал Марка газобетона Расчетные коэффициенты термопроводности газобетонных блоков с применением растворов.
Пористый бетон на песке из кварца D 700 0,34-0,40 Вт/м ⋅ гр. C
D 600 0,26-0,32 Вт/м ⋅ гр. C
D 500 0,24-0,30 Вт/м ⋅ гр. C
Пористый золобетон D 700 0,38-0,45 Вт/м ⋅ гр. C
D 600 0,30-0,37 Вт/м ⋅ гр. C
D 500 0,27-0,33 Вт/м ⋅ гр. C

Газобетон является отличным материалом для укладки стен, обладающим небольшой способностью передавать теплоту. Таким образом, сооружения из газоблоков отлично сохраняют комфортный температурный режим. Плиты перекрытия из газобетона описаны тут.

https://www.youtube.com/watch?v=plUs3Z6cFy8

Теплопроводность газобетона: характеристики и сравнение по маркам | АлтайСтройМаш

В условиях постоянного роста количества населения все больше внимания уделяется совершенствованию технологий строительства. Газобетонные блоки отличаются внушительными габаритами, легким монтажом и улучшенными техническими характеристиками. Например, теплопроводность газоблока значительно ниже, чем у кирпича. Это делает материал экономичным при покупке и возведении зданий любого типа за счет сокращения количества сырья при сохранении должного уровня теплопроводности.

Коэффициент теплопроводности газобетона по марке

Каждая марка газобетонных блоков служит определенной цели в работах по возведению зданий:

  • D400 применяется для строительства временных малогабаритных построек жилого типа. Сырье требует дополнительной отделки или облицовки. Цифра «400» говорит о том, что в 1 куб.м. газобетона содержится 400 кг твердого материала; остальное пространство занимают пузырьки воздуха.
  • D500 подходит для построек бытового и сельскохозяйственного назначения. Блоки немного прочнее, чем марка D400, однако еще не способны выдерживать нагрузку тяжелой кровли. 
  • Блоки D600 и выше применяются при малоэтажном строительстве, обычно при возведении частных одноуровневых домов. 

Пористая структура газобетонных блоков препятствует выдуванию тепла из внутренней части здания. Это позволяет экономить на теплоизоляционных материалах при дальнейших отделочных работах.

Таблица теплопроводности газобетона

Коэффициент теплопроводности измеряется в Вт/м*°С. Приведенные характеристики отражают низкий уровень выдувания тепла. Показатель достигается ввиду того фактора, что пузырьки воздуха, находящиеся внутри блока, медленно меняют свою температуру.  

Теплопроводность газобетона: сравнение с деревом и кирпичом

  • Средневзвешенные показатели теплопроводности для газоблоков составляют 0,08-0,14 Вт/м*°С. 
  • Для декоративного керамического кирпича, который используется при внешней облицовке стен здания, уровень теплоотдачи указывается в диапазоне от 0,36 до 0,42 Вт/м*°С. 
  • Стены из обычного глиняного кирпича, уложенного в один ряд, соответствуют показателю 0,56 Вт/м*°С. 
  • Самый дорогой силикатный кирпич также служит декоративным целям и не сохраняет тепло в здании из-за показателя в 0,71 Вт/м*°С. 
  • Теплопроводность древесины зависит от сорта дерева и влажности окружающей среды. Ее характеристики находятся в диапазоне от 0,09 до 0,218 Вт/м*°С. 

При просмотре нашего каталога товаров вы найдете объекты строительного машиностроения для производства блоков из газобетона. Материал для возведения и облицовки стен обладает хорошими перспективами и будет распространяться на новые сферы промышленности. 

Теплопроводность газобетона

Химические взаимодействия при перемешивании пудры из алюминия и извести цементной смеси совершается с выходом водорода. В период автоматической сушки выходит газоблок с одинаково распределёнными ячеями разной комплекции. Пористый состав материала устанавливает его ключевые физиологические свойства: маленькая масса при больших масштабах, проницаемость пара, изолирующие качества. Невысокая теплопроводность газобетонных блоков находится в зависимости от плотности. Если большое количество воздушных пор, то медлительнее передаётся теплоэнергия и продолжительнее остаётся удобная обстановка внутри дома.

Теплотехнические свойства газоблоков

Отгорожающие системы считаются основой потери тепла в период электроотопительного сезона. По этой причине при постройке домов применяют пористый материал. Газоблоки, находящиеся в зависимости от плотности, делают измерения в килограмм на кубический метр, изготавливают разных марок:

  • Д триста – Д четыреста используют для изоляции тепла.
  • Д пятьсот – Д девятьсот применяют и для одноэтажной постройки.
  • Д тысяча – Д тысяча двести используют в несущих сооружениях высоких домов.

Маркировка Д шестьсот показывает, что в кубическом метре пористого газобетона находится шестьсот килограмм твёрдых элементов, которые захватывают приблизительно третью часть объёма. Воздушное пространство в ячеях начинает нагреваться значительно медлительнее и считается непосредственной преградой для теплопередачи. Следовательно, чем меньше монолитная плотность, тем гораздо лучше его изолирующие качества. Проводимость тепла газобетона, если сравнивать с иными материалами различается невысокими значимостями.

Пеноблок имеет аналогичную текстуру с газоблоком, однако различается закрытыми ячеями и значительной плотности. Ячеистый бетон твердеет в конфигурациях и обладает неточной геометрией, если сравнивать с иными строительными материалами. По этой причине для изоляции тепла применяют газоблоки.

Древесина – это экологично чистый материал для постройки удобного дома с отличным условием проживания. Однако теплопроводность газобетонных блоков меньше, чем у подобного дома. Блоки состоящие из ячеек имеют проницаемость пара, огнеупорность, биостойкость и при надёжной гидровой изоляции отлично заменит дерево. Лучше всего нужно защитить основу и цоколь, для того чтобы пористый состав не натягивал влажность из земли. Для этого необходимо применить рубероид.

Теплопроводность кирпича и газоблока

Классический стройматериал для строительства зданий – кирпич различается надёжностью, стойкостью к морозу и большим сроком службы. Подобные характеристики могут быть только при большой плотности ненатурального камня. Если сравнить кирпич с газобетоном, стенки из первого строят из множества слоёв.

Энергосберегающая способность

Теплоизоляционные качества заграждений находятся в зависимости от их толщины. Чем больше стенки, тем медлительнее станет остывать внутренний участок здания. При конструировании толщины заграждения необходимо принимать во внимание мосты холода – прослойка цементной смеси промеж компонентами кладки. Газоблоки устанавливают при помощи специализированного клеевого раствора. Подобный метод даёт возможность уменьшить потери тепла. Для того, чтобы сберечь деньги на покупку строительных материалов, нужно знать характеристику систем типичной толщины.

Вследствие невысокой теплопроводности в тёплых регионах дома возводят из газоблоков Д четыреста с толщиной в двадцать сантиметров, а в среднем поясе применяют пористый компонент Д четыреста с толщиной в тридцать сантиметров либо Д пятьсот с толщиной в сорок сантиметров. В холодных регионах строят с множеством слоёв стены из изолирующих блоков. Вследствие неплохих тепловых технических качеств газобетон применяют для утепления домов из кирпича, железного бетона, пеноблоков.

Вывод

Итак, сейчас я вам поведал для чего необходима теплопроводность газобетонных блоков, указав все значимые тепловые характеристики. Надеюсь моя статья поможет вам в строительстве.

Теплопроводность газов

APEC - ведущая конференция для практикующих профессионалов в области силовой электроники, на которой рассматривается широкий круг тем, связанных с использованием, проектированием, производством и маркетингом всех видов оборудования силовой электроники. Присоединяйтесь к нам 9-12 июня 2021 года в Фениксе, штат Аризона.

https://apec-conf.org

Конференция по прикладной силовой электронике (APEC) фокусируется на практических и прикладных аспектах бизнеса силовой электроники. Это не просто конференция дизайнеров; APEC представляет интерес для всех, кто занимается силовой электроникой:

  • Производители оборудования, использующие блоки питания и преобразователи постоянного тока в свое оборудование
  • Разработчики источников питания, преобразователей постоянного тока в постоянный, моторных приводов, источников бесперебойного питания, инверторов, и любые другие силовые электронные схемы, оборудование и системы
  • Производители и поставщики компонентов и узлов, используемых в силовой электронике
  • Инженеры по производству, качеству и тестированию, связанные с оборудованием силовой электроники
  • Маркетинг, продажи и все, кто участвует в бизнесе силовой электроники
  • Инженеры по соответствию проверяют и аттестуют силовое электронное оборудование или оборудование, в котором используется силовая электроника

ОБРАЩЕНИЕ С ДОКУМЕНТАМИ ТЕХНИЧЕСКОЙ СЕССИИ

APEC 2021 продолжает давнюю традицию решения вопросов, представляющих немедленный и долгосрочный интерес энергетик-электронщик. Превосходный технический контент предоставляется по одной из самых низких регистрационных затрат на любой конференции IEEE.

СКАЧАТЬ ИНСТРУКЦИИ

ОТПРАВИТЬ ДОКУМЕНТ

ПОДПИСАТЬСЯ НА РЕЦЕНЗЕНТ


03

0

0 8 июня 2020 г .: открывается сайт для подачи дайджестов

28 августа 2020 г .: Крайний срок подачи дайджестов

28 октября 2020 г .: Уведомление о принятии или отклонении статьи

20 ноября 2020 г .: Срок сдачи выпускных работ и регистрации авторов

Теплопроводность газов - tec-science

Теплопроводность идеальных газов не зависит от давления для газов, которые не слишком сильно разбавлены.Это уже не относится к газам с низким давлением. Узнайте больше об этом в этой статье.

Эта статья, в частности, дает ответы на следующие вопросы:

  • Какими величинами определяется теплопроводность идеальных газов?
  • При каких условиях теплопроводность не зависит от давления?
  • Что подразумевается под характеристической длиной!
  • Что означает число Кнудсена?
  • Как выбрать число Кнудсена для минимально возможной теплопроводности?

Введение

В статье Теплопроводность в твердых телах и идеальных газах была получена следующая формула для оценки теплопроводности \ (\ lambda \) идеальных газов:

\ begin {align}
\ label {l}
& \ boxed {\ lambda = \ frac {1} {3} \ cdot c_v \ cdot \ rho \ cdot v \ cdot l} \\ [5px]
\ end {align}

В этой формуле \ (c_v \) обозначает удельную теплоемкость при постоянном объеме, \ (\ rho \) плотность газа, \ (v \) среднюю скорость молекул газа и \ (l \) среднюю скорость. свободный путь.Эта формула будет объяснена более подробно в этой статье, и будут обсуждены полученные выводы для газов.

Используя формулу, можно было бы предположить, что теплопроводность зависит от давления, потому что чем выше давление, тем выше плотность газа. Этот аргумент также можно ясно понять с помощью модели частиц материи, потому что чем больше частиц, тем больше энергии они могут передать в целом. Обратите внимание, что согласно кинетической теории газов каждая молекула газа несет энергию \ (\ frac {1} {2} k_BT \) на степень свободы (с \ (k_B \) в качестве постоянной Больцмана ).

Однако в той же степени, в какой увеличивается плотность с увеличением давления, длина свободного пробега уменьшается! Фактически, теплопроводность идеальных газов поэтому не зависит от давления или плотности частиц (для ограничения этого утверждения, позже)!

Теплопроводность газов не зависит от давления при не слишком низком давлении!

Независимость теплопроводности от давления для высоких давлений (плотные газы)

Независимость теплопроводности от давления также можно показать математически. С этой целью плотность \ (\ rho \) в уравнении (\ ref {l}) сначала выражается как частное между массой газа \ (m_ {gas} \) и объемом газа \ (V_ {gas} \). Тогда масса газа может быть выражена количеством вещества \ (n_ {gas} \) ( химическое количество ) и молярной массой \ (M_ {gas} \) газа.

\ begin {align}
\ lambda & = \ frac {1} {3} \ cdot c_v \ cdot \ frac {m_ {gas}} {V_ {gas}} \ cdot v \ cdot l \\ [5px]
& = \ frac {1} {3} \ cdot c_v \ cdot \ frac {n_ {gas} \ cdot M_ {gas}} {V} \ cdot v \ cdot l \\ [5px]
\ end {align}

Произведение удельной теплоемкости и молярной массы равно так называемой молярной теплоемкости \ (C_ {m, v} \), при этом молярная теплоемкость зависит только от степеней свободы \ (f \) и молярная газовая постоянная \ (R_m \) (\ (C_ {m, v} = \ frac {f} {2} R_m \)).Кроме того, количество вещества \ (n_ {gas} \) может быть выражено соотношением количества частиц \ (N \) и постоянной Авогадро \ (N_A \) (\ (n_ {gas} = \ frac { N} {N_A} \)):

\ begin {align}
\ lambda & = \ frac {1} {3} \ cdot \ underbrace {c_v \ cdot M_ {gas}} _ {C_ {m, v}} \ cdot \ frac {n_ {gas} } {V} \ cdot v \ cdot l \\ [5px]
& = \ frac {1} {3} \ cdot \ underbrace {C_ {m, v}} _ {= \ frac {f} {2} R_m } \ cdot \ frac {N} {N_A \ cdot V} \ cdot v \ cdot l \\ [5px]
& = \ frac {1} {3} \ cdot \ frac {f} {2} R_ {m} \ cdot \ frac {1} {N_A} \ cdot \ frac {N} {V} \ cdot v \ cdot l \\ [5px]
& = \ frac {f} {6} \ frac {R_m} {N_A} \ cdot \ frac {N} {V} \ cdot v \ cdot l \\ [5px]
\ end {align}

Соотношение количества частиц и объема газа соответствует плотности частиц \ (n \), а отношение молярной газовой постоянной и постоянной Авогадро соответствует постоянной Больцмана \ (k_B \) (см. Эту связь в статье Внутренняя энергия и теплоемкость ):

\ begin {align}
\ lambda & = \ frac {f} {6} \ underbrace {\ frac {R_m} {N_A}} _ {k_B} \ cdot \ underbrace {\ frac {N} {V}} _ {n} \ cdot v \ cdot l \\ [5px]
\ label {ll}
& = \ frac {f} {6} k_B \ cdot n \ cdot v \ cdot l \\ [5px]
\ end { align}

Теперь нам нужны только зависимости средней скорости и длины свободного пробега.Согласно распределению Максвелла-Больцмана, средняя скорость \ (v \) молекул газа зависит от температуры \ (T \) газа и массы \ (m \) молекулы (\ (m \) обозначает масса отдельной частицы газа, а не всей массы газа!)

\ begin {align}
& \ boxed {v = \ sqrt {\ frac {8 k_B T} {\ pi m}}} ​​\\ [5px]
\ end {align}

Длина свободного пробега \ (l \) молекул зависит не только от плотности частиц \ (n \), но и от диаметра частиц \ (d \) и определяется по следующей формуле:

\ begin {align}
& \ boxed {l = \ frac {1} {\ sqrt {2} n \ pi d ^ 2}} \\ [5px]
\ end {align}

Если обе формулы используются в уравнении (\ ref {ll}), теплопроводность можно определить по следующей формуле:

\ begin {align}
& \ lambda = \ frac {f} {6} k_B \ cdot n \ cdot v \ cdot l \\ [5px]
& \ lambda = \ frac {f} {6} k_B \ cdot n \ cdot \ sqrt {\ frac {8 k_B T} {\ pi m}} \ cdot \ frac {1} {\ sqrt {2} n \ pi d ^ 2} \\ [5px]
\ require {cancel}
& \ lambda = \ frac {f} {6} k_B \ cdot \ cancel {n} \ cdot \ sqrt {\ frac {8 k_B T} {\ pi m}} \ cdot \ frac {1} {\ sqrt { 2} \ cancel {n} \ pi d ^ 2} \\ [5px]
& \ lambda = \ frac {f} {6} k_B \ cdot \ sqrt {\ frac {8 k_B T} {\ pi m}} \ cdot \ frac {1} {\ sqrt {2} \ pi d ^ 2} \\ [5px]
& \ boxed {\ lambda = \ frac {f} {3d ^ 2} \ sqrt {\ frac {k_B ^ 3 T} {\ pi ^ 3 m}}} ​​\\ [5px]
\ end {align}

Эта формула теперь ясно показывает, что теплопроводность идеальных газов не зависит от плотности частиц и, следовательно, не от давления. Это также показывает, что газы с относительно большими молекулами имеют более низкую теплопроводность, чем газы с меньшими молекулами (это связано с уменьшением длины свободного пробега в результате большего диаметра столкновения \ (d \)). Кроме того, теплопроводность газов с легкими частицами выше, чем у газов с более тяжелыми частицами. Кроме того, теплопроводность зависит от температуры. Теплопроводность увеличивается с повышением температуры!

Теплопроводность газов тем больше, чем меньше и легче молекулы и чем выше температура!

Зависимость теплопроводности от давления для низких давлений (разбавленные газы)

Если давление не влияет на теплопроводность газов, зачем использовать вакуум для теплоизоляции?

Тот факт, что теплопроводность не зависит от давления, верен только до тех пор, пока длина свободного пробега намного меньше размеров объема, в котором содержится газ.Если давление (плотность частиц) в контейнере все больше и больше уменьшается, частицы больше не сталкиваются друг с другом, а скорее со стенками контейнера. Таким образом, при очень низких давлениях длина свободного пробега определяется размером контейнера, а не свободным пробегом между двумя столкновениями частиц.

Это также относится к случаям, когда давление не уменьшается, а размер емкости уменьшается. Это актуально, например, для изоляционных материалов, в которых газы заключены в небольшие поры.Такие ситуации также могут возникнуть с тонкими слоями фольги или небольшими промежутками, если между ними есть газ.

Средняя длина свободного пробега в этих случаях приблизительно соответствует размеру \ (\ delta \) объема (например, диаметру пор или расстоянию зазора) и, следовательно, является постоянной величиной. В этом случае длина свободного пробега больше не зависит от плотности частиц: \ (l \ приблизительно \ delta \) = константа. Если длина свободного пробега является постоянной величиной, уравнение (\ ref {ll}) указывает на уменьшение теплопроводности с уменьшением плотности частиц (или давления)!

\ begin {align}
\ label {a}
& \ lambda = \ frac {f} {6} k_B \ cdot n \ cdot v \ cdot \ delta \\ [5px]
\ end {align}

В разреженных газах или при малых объемах газа теплопроводность зависит от давления!

В так называемых манометрах Пирани это соотношение используется для заключения о давлениях в условиях высокого вакуума на основе теплопроводности.

Номер Кнудсена

Как уже указывалось, характерная длина \ (\ delta \) пор или расстояние между фольгой в изоляционных материалах часто намного меньше, чем длина свободного пробега \ (l \) содержащихся в них газов. В этом случае газ больше не может быть описан как континуум, так что уравнение (\ ref {a}) больше не может применяться в этой форме (однако качественная формулировка этого уравнения не теряет своей справедливости).

Характерная длина относится к размеру / размеру системы!

В этом контексте так называемое число Кнудсена указывает, можно ли по-прежнему рассматривать газ как континуум или следует применять кинетику теории газа.Безразмерное число Кнудсена \ (Kn \) описывает отношение длины свободного пробега \ (l \) к характерной длине \ (\ delta \) объема газа:

\ begin {align}
& \ boxed {Kn: = \ frac {l} {\ delta}} \\ [5px]
\ end {align}

Для значений, намного меньших 1, все еще применяется механика сплошной среды, а для значений намного больших, чем 1, используется описание с помощью законов кинетической теории газа. 2 \ cdot p \ cdot \ delta}} \\ [5px]
\ конец

В случае изоляционных материалов, где число Кнудсена часто намного меньше 1, теплопроводность замкнутого газа может быть определена по следующей формуле [см. М.Г. Каганер: « Теплоизоляция в криогенной технике », 1969]:

.

\ begin {align}
\ label {lam}
& \ boxed {\ lambda = \ frac {\ lambda_0} {1 + 2 \ beta \ cdot Kn}} \\ [5px]
\ end {align}

В этой формуле \ (\ lambda_0 \) обозначает теплопроводность при стандартных условиях (1 атм, 0 ° C), а \ (\ beta \) - это весовой коэффициент, который здесь не обсуждается. Даже если использование уравнения (\ ref {lam}) требует, чтобы число Кнудсена было намного меньше 1, оно все равно должно быть как можно большим, особенно для изоляционных материалов! Это приводит к низкой теплопроводности.

Для низкой теплопроводности число Кнудсена должно быть как можно большим!

Переходный тепловой отклик детектора микротеплопроводности (µTCD) для идентификации газовых смесей: сверхбыстрый метод с низким энергопотреблением

На рисунке 1 представлены схемы компонентов теплопередачи от микромостового TCD. Было показано, что в отсутствие принудительной конвекции и при температурах на несколько сотен градусов выше окружающей, эффекты излучения и естественной конвекции от µTCD незначительны 14 ; в результате теплопроводность через газовую среду является доминирующим механизмом потери тепла.Из-за высокого соотношения сторон микромоста (порядка 100: 1) проводимость вдоль перемычки к подложке, q 3 , меньше, чем проводимость через окружающий газ, q 1 и кв 2 . Кроме того, ожидается, что проводимость снизу микромоста, q 2 , будет больше, чем проводимость сверху, q 1 , из-за небольшого зазора между микромостом и относительно холодной подложкой.Общая основная теплопередача от моста, q 1 + q 2 , является функцией тепловых свойств газовой смеси. Небольшой по массе микромост подвешен в газах с низкой теплопроводностью, что позволяет ему достигать высоких температур при очень низких уровнях мощности в несколько микроватт.

Рисунок 1

Схема отвода тепла от электротермического моста.

Несмотря на то, что сложная трехмерная геометрия микромоста затрудняет получение точного аналитического решения тепловых явлений, сосредоточенный системный анализ 15 может описать взаимосвязь между откликом датчика, свойствами газа и приложенной мощностью.

Метод сосредоточенной системы включает допущение, что вариациями температуры внутри объекта можно пренебречь при тепловом анализе, если теплопроводность внутри объекта намного быстрее, чем теплопередача через границу объекта. Это разумное предположение для данного случая, поскольку теплопроводность кремниевого микромоста на три порядка больше, чем теплопроводность окружающей газовой среды. Таким образом, при термическом анализе можно не учитывать пространственные изменения температуры внутри объекта, хотя средняя температура микромоста, используемого для сосредоточенного анализа, может изменяться со временем.

В установившемся режиме учет энергетического баланса подразумевает, что скорость передачи тепла от сосредоточенного твердого объекта равна скорости выделения тепла внутри объекта. Для микромоста с высоким соотношением сторон это можно записать как:

, где Q˙ - скорость тепловыделения в микромосте, k f - теплопроводность окружающей жидкости, A - площадь поверхности моста, dTfdy | wall - градиент температуры газовой среды на внешней поверхности моста.Подставляя температуру микромоста, температуру окружающей среды T и характерную длину проводимости, L , мы можем написать:

(1) Q˙ = kfAdTfdx | wall≈kfA (T − T∞) L

Левая часть уравнения (1) представляет рассеиваемую электрическую мощность I 2 R , где I - электрический ток, а R - сопротивление. Для легированного кремния температурная зависимость сопротивления может быть описана линейной моделью как:

, где R 0 - сопротивление проводника при эталонной температуре T ref и α - температура удельного сопротивления коэффициент. Для упрощения анализа, давайте выберем T ref = T , а затем заменим Q ̇ в уравнении (1) на рассеиваемую электрическую мощность; тогда:

(3) I2R0 (1 + α (T − T∞)) = kfA (T − T∞) L

Как описывает уравнение (3), температура (и, следовательно, сопротивление) микромостового датчика при стационарный режим связан с теплопроводностью газовой среды при определенной входной мощности. Левая часть уравнения описывает электрические явления и зависимость первого порядка от температуры; правая часть представляет потери теплопроводности и пропорциональна средней температуре микромоста.Из этого уравнения изменение температуры в микромосте может быть получено как:

(4) 1T − T∞ = kfI2R0 (AL) −α

Таким образом, в установившемся режиме изменение средней температуры микромоста будет обратным. пропорциональна эффективной теплопроводности окружающего газа.

В переходном состоянии (т. Е. Вскоре после того, как к датчику приложен скачок электрического тока), температура микромоста повышается с T до горячей установившейся рабочей температуры. Путем добавления переходного члена уравнение (3) расширяется до:

(5) I2R0 (1 + α (T − T∞)) = ρVCpdTdt + kfA (T − T∞) L

, где ρ - плотность микромоста, который служит доминирующей тепловой массой в системе.

Температурное решение с временным разрешением получается из уравнения (5) как:

(6) T − T∞ = I2R0kfA / L − αI2R0 (1 − e − t / τ)

, где τ - время постоянная нагрева и определяется как:

(7) 1τ = kfA / L − αI2R0ρVCp

Этот анализ показывает, что постоянная времени нагрева обратно пропорциональна теплопроводности газовой смеси и входной мощности.Термин ρVC p представляет полную тепловую емкость системы и состоит из двух частей: этой тепловой массы твердого материала ρ s V s C s и тепловая масса газовой среды ρ г V г C г . Однако считается, что тепловая масса твердого моста намного больше, чем масса окружающего его газа. Параметр k f - это эффективная теплопроводность газовой среды, которая отвечает за большую часть тепла, теряемого мостом. Часть тепла передается по мосту к твердой подложке; в результате теплопроводность твердого тела, k s , играет роль. По аналогии с электрическими цепями, на рисунке 2 представлена ​​модель тепловой цепи для микромостового датчика в виде сосредоточенной системы и показано, как свойства твердых тел и газов могут влиять на отклик датчика.Резисторы представляют тепловое сопротивление газа и твердого материала, а конденсаторы представляют собой тепловую емкость системы.

Рисунок 2

Тепловая схема микромостового датчика как сосредоточенная система; нижний индекс «s» указывает на свойства твердого материала, а «g» соответствует свойствам окружающего газа.

2020 Анализатор теплопроводности

Серия 2000 представляет собой полную линейку анализаторов на основе детекторов теплопроводности (ДТП), которые могут применяться в широком спектре приложений и отраслей. Используя проверенные на практике детекторы TC на основе волокон и полупроводников, Teledyne может непрерывно контролировать водород и множество других интересующих газов в потоках бинарных или многокомпонентных проб газа.

Series 2000 Platform

Чтобы справиться с многочисленными и разнообразными требованиями промышленных пользователей к анализаторам, Teledyne разработала многофункциональную и удобную платформу. Серия 2000 поставляется со стандартной программой, включающей такие гибкие функции, как (3) программируемые пользователем диапазоны, автоматическая калибровка и выбираемые пользователем компоненты газа.

Теплопроводность - это основное свойство газов, связанное с их способностью проводить тепло. Хорошие проводники тепла, такие как H 2 и He, имеют высокую теплопроводность, тогда как плохие проводники тепла, такие как CO 2 и Ar, имеют низкие значения. Эта способность проводить тепло лежит в основе детекции. Анализатор Series 2000 анализирует состав газа путем непрерывного сравнения измеряемого газа с эталонным газом (герметичным или текущим) с известной теплопроводностью. Это сравнение выполняется в двухкамерном ячеечном блоке детектора. Контрольный газ занимает одну камеру, а пробный газ - другую

В каждой камере установлена ​​пара чувствительных к температуре нагреваемых нитей. Эти нити являются частью цепи моста Уитстона. Если состав анализируемого газа изменится, его теплопроводность также изменится, отводя разное количество тепла от нитей измеряемого газа. Поскольку сопротивление нитей является функцией их температуры, сопротивление изменяется при изменении измеряемого газа.

Любое такое изменение приводит к дисбалансу моста Уитстона, в результате чего возникает электрический сигнал, пропорциональный изменению. Поскольку температура волокон строго контролируется, серия 2000 обеспечивает точное измерение любых изменений в составе пробы газа. Компания Teledyne предлагает эту конструкцию ячейки в различных смачиваемых частях, чтобы противостоять потокам агрессивных газов, которые обычно встречаются в промышленности по переработке углеводородов.

Принцип работы датчика

Датчик теплопроводности измеряет концентрацию определенного газа между резистором с горячей поверхностью и эталонным резистором температуры окружающей среды, используя коэффициент теплопроводности самого газа.

Описание сенсора

Структура сенсора состоит из встроенного нагревателя, расположенного на тонкой электроизоляционной и теплоизоляционной мембране. Два тонкопленочных резистора используются для нагрева и измерения температуры мембраны. Два резистора встроены в кремний рядом с мембраной для компенсации изменений температуры окружающей среды.

Газы с меньшей плотностью, чем воздух (CH 4 ), вызывают снижение температуры поверхности мембраны.С другой стороны, газы с плотностью выше, чем воздух (CO 2 ), повышают температуру измерительного резистора.

Опции

  • C Встроенная автоматическая калибровочная арматура

  • H Ячейочный блок из нержавеющей стали с золотыми нитями (для потоков газа с H 2 S)

  • K Монтаж в 19-дюймовую стойку для 2000A

  • L Панель выбора газа для отбора пробы и калибровочного газа и управления потоком

  • N Работа 220 В перем. Покрытия теплопроводности для газовых турбин

  • 1.

    Р.А. Миллер, Термобарьерные покрытия для авиационных двигателей: история и направления, J. Therm. Spray Technol., 1997, 6 (1), с. 35–42

    Статья CAS Google ученый

  • 2.

    S.M. Мейер, Д. Гупта, Эволюция термобарьерных покрытий в применениях газовых турбин, J. Eng. Газовая турбина, 1994, 116 (1), стр. 250–257

    CAS. Google ученый

  • 3.

    К.С. Равичандран, К. Ан, Р. Э. Даттон, С. Семиатин, Теплопроводность плазменно-напыленных монолитных и многослойных покрытий из оксида алюминия и оксида циркония, стабилизированного иттрием, J. Am. Ceram. Soc., 1999, 82 (3), стр. 673–682

    CAS Статья Google ученый

  • 4.

    X.Q. Цао, Р. Вассен, Д. Стоувер, Керамические материалы для термобарьерных покрытий, J. Eur. Ceram. Soc., 2004, 24 (1), p 1–10

    Статья CAS Google ученый

  • 5.

    C.C. Берндт, Термические и механические свойства термобарьерных покрытий, Интер. J. Turbo and Jet Engines, 1991, 8 (1 и 2), стр. 75–82

    Google ученый

  • 6.

    «Руководство по инженерным материалам», Adv. Матер. Processes, 158 (6), p. 159

  • 7.

    Дж. Мун, Х. Чой, Х. Ким, К. Ли, Влияние термической обработки на поведение фазового превращения стабилизированного ZrO, полученного путем плазменного напыления 2 Покрытия, Прибой.Пальто. Technol., 2002, 155 (1), p 1–10

    Статья CAS Google ученый

  • 8.

    М. Тамура, М. Такахаши, Дж. Исии, К. Судзуки, М. Сато, К. Шимомура, Многослойное термобарьерное покрытие для наземных газовых турбин, J. Therm. Спрей. Technol., 1999, 8 (1), p 68–72

    Статья CAS Google ученый

  • 9.

    Дж. Вигрен, Системы тепловых барьеров с высокой изоляцией - HITS, Brite Euram Project BE96-3226, 1996

  • 10.

    Д. Чжу, Р.А. Миллер, Теплопроводность и поведение при спекании современных термобарьерных покрытий, NASA / TM-2002-211481, Кливленд, Огайо, март 2002 г.

  • 11.

    С. Содеока, М. Сузуки, Т. Иноуэ, К. Уэно, С. Оки, Термические и механические свойства ZrO 2 -CeO 2 Покрытия, напыляемые плазмой, J. Therm. Спрей. Technol., 1997, 6 (3), p 361–367

    Статья CAS Google ученый

  • 12.

    А. Кулкарни, А. Вайдья, А. Голанд, С. Сампат, Х. Херман, Влияние обработки на корреляции свойств пористости в покрытиях из оксида циркония, стабилизированного иттрием, нанесенного плазменным напылением, Mater. Sci. Англ. А, 2003, 359 (1/2), стр. 100–111

    Google ученый

  • 13.

    Л. Павловски, П. Фауше, Тепловые транспортные свойства термически напыляемых покрытий, Int. Мат. Ред., 1992, 37 (6), с. 271–289

    CAS Google ученый

  • 14.

    О. Лавин, Й. Ренолле, М. Пулен, К. Рио, П. Моретто, П. Браннвалл и Дж. Вигрен, Микроструктурные характеристики термобарьерных покрытий, напыленных плазмой, с помощью количественного анализа изображений, Конференция по количественной микроскопии высокотемпературных материалов , Шеффилд, Великобритания, 1999

  • 15.

    WJ Parker, RJ Дженкинс, К. Батлер, Г.Л. Аборт, Флэш-метод определения температуропроводности, теплоемкости и теплопроводности, J. Appl. Phys., 1961, 32, с. 1679–1684

    Статья. CAS Google ученый

  • 16.

    Р. Тейлор, Конструкция прибора для измерения теплопроводности с помощью тепловых импульсов в диапазоне температур 300–3000 К, J. Phys. E: Sci. Instrum., 1980, 13, с. 1193–1199

    Статья CAS Google ученый

  • 17.

    Л. М. Кларк, Р. Э. Тейлор, Радиационные потери в методе вспышки для определения температуропроводности, J. Appl. Phys., 1975, 46 (2), с. 714–719

    Статья. Google ученый

  • 18.

    Д. Коуэн, Импульсный метод измерения температуропроводности при высоких температурах, J. Appl. Phys., 1963, 34 (4), p 926–927

    Статья. CAS Google ученый

  • 19.

    Р. Брандт, Л. Павловски, Г. Нойер, Удельная теплоемкость и теплопроводность оксида циркония, стабилизированного иттрием, стабилизированного иттрием, и покрытий NiAl, NiCr, NiCrAl, NiCrAlY, NiCoCrAlY, высокая температура - высокое давление, 1986 г. , 18, стр. 65–77

    CAS Google ученый

  • 20.

    K.E. Уилкс и Дж. Ф. Лагедрост, Теплофизические свойства покрытий, наносимых плазменным напылением, Отчет НАСА NASA-CR-121144, 1973

  • 21.

    Дж. Вигрен, Улучшенные термоизоляционные барьеры с плазменным напылением для соответствующей геометрии камеры сгорания с использованием улучшенного управления технологическим процессом и улучшенных технологий испытаний-COMBCOAT , Brite Euram Project BRE-CT94-0936, 1994

  • 22.

    С. Густафссон, Методы переходных плоских источников излучения для измерения теплопроводности и теплопроводности твердых материалов, Rev.Sci. Instrum., 1991, 62 (3), p 797–804

    Статья CAS Google ученый

  • 23.

    T. Log, S.E. Густафссон, Метод переходных плоских источников (TPS) для измерения теплопереносных свойств строительных материалов. Fire Mater., 1995, 19 (1), p 43–49

    Статья CAS Google ученый

  • 24.

    R.E. Тейлор, X. Ван, X. Сюй, Теплофизические свойства термобарьерных покрытий, Surf.Пальто. Technol., 1999, 120-121, с. 89–95

    Статья CAS Google ученый

  • 25.

    Д. Швингель, Р. Тейлор, Т. Хобольд, Дж. Вигрен, К. Гуалко, Механические и теплофизические свойства толстых термобарьерных покрытий PYSZ: корреляция с микроструктурой и параметрами напыления, Surf. Пальто. Технол, 1998, 108-109, с. 99–106

    Статья CAS Google ученый

  • 26.

    С. Ахманиеми, П. Вуористо, Т. Мянтюля, Ф. Чернуски, Л. Лоренцони, Модифицированные толстые термобарьерные покрытия: теплофизические характеристики, J. Eur. Ceram. Soc., 2004, 24, p. 2669–2679

    Статья CAS Google ученый

  • Общие характеристики газа для присоединенного контура

    Матрица значений плотности газа, для поиска в двухмерной таблице в зависимости от давления и температуры.Размер матрицы должен соответствовать размеры векторов давления и температуры. Строки таблицы соответствуют значениям вектора температуры , а столбцы соответствуют вектору давления значения.

    Значение по умолчанию - [0,232389928446798, 0,465063671432694, 1.16479567270147, 2.33676613945539, 4.70263894299404, 11.983516436453, 24.7878864888476, 53.4753944012435, 188.202476404452, 488.088746553617; 0,217841319668304, 0,435

    028115, 1,09138524660849, 2,18825141646267, 4.39865940277095, 11.1676860192343, 22.9408518273177, 48.6188318442922, 151.41140977555, 397.086323615566; 0.205009108095605, 0.410186693889784, 1.026732

    943, 2.05770371150129, 4.132493848, 10. 4620818492884, 21.3797637857971, 44.7465382224065, 130.788260466556, 323.533424670971; 0,193606079729805, 0,38734394286521, 0.969349656759853, 1.94200819142115, 3.89732426996839, 9.84460606064557, 20.0372743829505, 41.551685035359, 116.744404785154, 273.404057887341; 0,183405807765996, 0,36691546510227, 0,918068262208759, 1,83874006288175, 3.68793116346732, 9.2989642809239, 18.8669316601087, 38.8510263281099, 106.248040134752, 239.063674783047; 0,174227353976232, 0,348537012803259, 0,871960127107058, 1,74598097193374, 3,50022045445381, 8,81280884432948, 17.8353318467781, 36.5262009931833, 97.9572133071041, 214. 144269454883; 0,139362218300841, 0,278750918818379, 0,697075681624698, 1,39481110010495, 2,79224958681861, 7.00009934436889, 14.0635945083875, 28.3693859898697, 72.4958995959279, 148.0611

  • 083; 0,1161277516

    , 0,232262711724454, 0,580710652868886, 1,16159962682988, 2.323733333, 5,81485119489922, 11,6454651017326, 23.345179818482, 58.6036404676478, 116.933272564178; 0,0995348730218713, 0,1927735142, 0,497672062326111, 0,995337472158662, 1,939855983, 4,97624478331013, 9.95052507838832, 19.8877675359538, 49.5222664696343, 97.8281817865855; 0,0870915231079571, 0,174179875730153, 0. 435425837514054, 0.870771682736456, 1.74121977223468, 4.35055112014231, 8.6923131825558, 17.3462098741118, 43.0204270425471, 84.5862815012905; 0,0774139632775453, 0,154823661826077, 0,387027124125729, 0,773947181340524, 1.54746386958083, 3.86538722275345, 7.71958432856407, 15.3924298760864, ​​38.0966874262009, 74.7409240194489; 0.0696722132563204, 0,139339881699215, 0,3483155
    498, 0,696517280056477, 1,3925775726502, 3,47798929739441, 6.94428820700405, 13.840595299045, 34.2211656015534, 67.0763619510542; 0,0633382100675146, 0,126671957763271, 0,316646408860559, 0,633181081307499, 1,26591433962438, 3,16140997822029, 6,311456322, 12,5766989218007, 31. 0826018729834, 60.9113572079736; 0,05805995729, 0,116115694052286, 0,2

    544054221, 0,580409375636267, 1.1603953396719, 2.89780177016166, 5.78491146603688, 11.5265728971708, 28.4843351052556, 55.829341571381; 0,0535937940886494, 0,107183660899874, 0,2679296126, 0,535761125401431, 1,07112886747126, 2,67486471725533, 5.33982631291416, 10.63973457213, 26.2952097273985, 51.5589206387574; 0,0497656797149008, 0,0995277403610491, 0,248792203124892, 0,497493882078744, 0,99462543314985, 2.48384153794703, 4.95858078750581, 9.88055926765067, 24.4240170579045, 47.9145569639003; 0,0464479959361466, 0,0928926705710533, 0,232206763597689, 0,464330464081941, 0. 928328524958611, 2.31832536465517, 4.62831259866885, 9.22315228584034, 22.8051678288226, 44.7645110499732; 0,0435450312171066, 0,0870870188301226, 0,217694718092182, 0,435313326650428, 0,870322119623417, 2,17351945401494, 4.33940803061583, 8.64821978531377, 21.3

    8076149, 42.0123332867245; 0,0409835963547538, 0,0819644033075145, 0.2048

  • 547796, 0,409710426055867, 0,819141805232369, 2.045760534, 4.084534353, 8.14108047721294, 20.1423910541739, 39.5856012611331; 0,0387067675798369, 0,077410976131965, 0,193508246917561, 0,386952511151441, 0.77364
  • 61575, 1.93220226835442, 3.85799954128176, 7. 65147706, 19.0335137737723, 37.4287645642868; 0.0366696057813522, 0,073336860231159, 0,183324515224783, 0,3665538238, 0,732945322059316, 1,8305992514921, 3.65531662685461, 7.28709889581498, 18.0413651664581, 35.4984330382504; 0,0348361601073285, 0,0696701556937661, 0,174159155188816, 0,348264195999875, 0,696311928298658, 1.73915624407237, 3.472
125895, 6.92415359223964, 17.1482850565279, 33.7601783509398; 0,0232242994681783, 0,0464475414045395, 0,11611092226157, 0,232195408621678, 0,464285085702862, 1,15991997307222, 2,31719916466188, 4.62384864786652, 11.4808038114339, 22.7013239671071; 0,0174183167348545, 0,0348360245853652, 0,0870854949659176, 0,174155769175675, 0,348250662116806, 0,870170220523828, 1. 3 .

Моделирование газовых систем - MATLAB и Simulink

Моделирование газовых систем

Предполагаемые приложения

Библиотека газа содержит базовые элементы, такие как диафрагмы, камеры и пневмо-механические преобразователи, а также датчики и источники. Используйте эти блоки для модельные газовые системы, для таких приложений, как:

  • Пневматический привод механических систем

  • Транспортировка природного газа по трубопроводным сетям

  • Газовые турбины для выработки электроэнергии

  • Воздушное охлаждение тепловых компонентов

Вы указываете свойства газа в подключенном контуре, используя Блок свойств газа (G).Этот блок позволяет вам выбрать один из трех уровней идеализации: идеальный газ, полусовершенный газ или настоящий газ (см. Модели свойств газа).

Сетевые переменные

Поперечные переменные - это давление и температура, а сквозные переменные - это массовый расход и расход энергии. Обратите внимание, что эти варианты приводят к псевдосвязи график, потому что произведение давления и массового расхода не является мощностью.

Модели свойств газа

Библиотека газа поддерживает идеальный газ, полусовершенный газ и настоящий газ в пределах в той же газовой области, чтобы удовлетворить широкий спектр требований моделирования.Три Модели свойств газа обеспечивают компромисс между скоростью и точностью моделирования. Они также включите инкрементный рабочий процесс: вы начинаете с простой модели, которая требует минимальная информация о рабочем газе, а затем основываться на модели, когда больше становятся доступны подробные данные о свойствах газа.

Модель свойств газа выбирается с помощью свойств газа. (G) блок, который определяет свойства газа в подключенном схема.

В следующей таблице приведены различные допущения для каждого свойства газа. модель.

  • Термическое уравнение состояния указывает соотношение плотности с температура и давление.

  • Уравнение калорийности состояния указывает соотношение удельной теплоемкости емкость с температурой и давлением.

  • Транспортные свойства указывают на взаимосвязь между динамической вязкостью и теплопроводность в зависимости от температуры и давления.

Закон идеального газа
Модель свойств газа Тепловое уравнение состояния Уравнение состояния калорийности Транспортные свойства
Константа Идеальная константа
Semiperfect Закон идеального газа Поиск в 1-мерной таблице по температуре Поиск в 1-мерной таблице по температуре
Реальный 2-мерный поиск в таблице по температуре и давлению 2-D таблица поиск по температуре и давлению 2-мерный поиск в таблице по температуре и давлению

Закон идеального газа реализован в библиотеке Simscape ™ Foundation Gas как

, где:

Коэффициент сжимаемости Z равен обычно функция давление и температура. Это объясняет отклонение от идеального поведения газа. В газ идеален, когда Z = 1. В идеальных и полусовершенных моделях свойств газа Z должно быть постоянным, но не обязательно равным 1. Для Например, если вы моделируете неидеальный газ ( Z 1), но температура и давление в системе не меняются. что существенно, вы можете использовать модель идеального газа и указать соответствующее значение Z .В следующей таблице указан коэффициент сжимаемости. Z для различных газов при 293,15 К и 0,101325 МПа:

Углерод
Газ Коэффициент сжимаемости
Сухой воздух 0,99962
0,99962
Кислород 0,99930
Водород 1.00060
Гелий 1. 00049
Метан 0,99814
Природный газ 0,99797
Аммиак 0,98871
R-134a

3

0,970 значение Z регулируется в зависимости от типа газа и условий эксплуатации, позволяет избежать дополнительная сложность и вычислительная стоимость перехода к полусовершенному или реальному модель свойства газа.

Идеальная модель свойств газа - хороший начальный выбор при моделировании газа. сеть, потому что она проста, эффективна с точки зрения вычислений и требует ограниченного информация о рабочем газе. Это верно для одноатомных газов и, как правило, он достаточно точен для таких газов, как сухой воздух, углекислый газ, кислород, водород, гелий, метан, природный газ и т. д. при стандартных условиях.

Когда газовая сеть работает вблизи границы насыщения или работает в очень широком диапазоне температур рабочий газ может проявлять умеренно неидеальные поведение. В этом случае после успешного моделирования газовой сети с модель свойств идеального газа, рассмотрите возможность перехода к свойствам полусовершенного газа модель.

Наконец, рассмотрите возможность перехода на модель свойств реального газа, если рабочий газ ожидается, что они будут демонстрировать сильно неидеальное поведение, например, тяжелые газы с большим молекулы. Эта модель является самой дорогой по вычислительной стоимости и требует детальной информации о рабочем газе, потому что он использует 2-D интерполяция для всех свойств.

Блоки с объемом газа

Компоненты в газовой области моделируются с использованием контрольных объемов. Контрольный объем окружает газ внутри компонента и отделяет его от окружающей среды. окружающая среда и другие компоненты. Газовые потоки и тепловые потоки через регулятор поверхности представлены портами. Объем газа внутри компонента представлен с помощью внутреннего узла, который обеспечивает давление и температуру газа внутри компонент.Этот внутренний узел не отображается, но вы можете получить доступ к его параметрам и переменные с использованием регистрации данных Simscape. Для получения дополнительной информации см. О Регистрация данных моделирования.

Следующие блоки в библиотеке газа смоделированы как компоненты с газом. объем. В случае контролируемого резервуара (G) и Резервуар (G), объем предполагается равным бесконечно большой.

Блок Объем газа
Камера постоянного объема (G) Конечная
Труба (G) Конечная
Вращающийся механический преобразователь (G) Finite
Трансляционный механический преобразователь (G) Finite
Резервуар (G) Infinite
Контролируемый резервуар (G) Infinite

Другие компоненты имеют относительно небольшие объемы газа, поэтому газ поступает в Компонент проводит незначительное время внутри компонента перед выходом. Эти компоненты считаются квазистационарными и не имеют внутреннего узел.

Справочный узел и правила заземления

В отличие от механической и электрической областей, где каждый топологически отличается схема внутри домена должна содержать хотя бы один эталонный блок, газовые сети имеют разные правила заземления.

Блоки с газовым объемом содержат внутренний узел, обеспечивающий давление газа и температуры внутри компонента и, следовательно, служит эталонным узлом для газовая сеть.Каждая подключенная газовая сеть должна иметь хотя бы один опорный узел. Это означает, что каждая подключенная газовая сеть должна иметь хотя бы один из блоков. перечислены в блоках с объемом газа. Другими словами, газ сеть, в которой нет объема газа, является недействительной газовой сетью.

Библиотека Foundation Gas содержит абсолютный эталон (G) блокируется, но, в отличие от других доменов, вы не используете его для заземление газовых контуров. Цель абсолютной ссылки Блок (G) служит для ссылки на Датчик давления и температуры (G). Если вы используете блок Absolute Reference (G) в другом месте в газе сети, это вызовет подтверждение симуляции, потому что давление и температура газа не может быть на абсолютном нуле.

Начальные условия для блоков с конечным объемом газа

В этом разделе обсуждаются конкретные требования к инициализации для смоделированных блоков с конечным объемом газа.Эти блоки перечислены в блоках с объемом газа.

Состояние газового объема динамически развивается в зависимости от взаимодействия с связанные блоки посредством потоков массы и энергии. Постоянные времени зависят от сжимаемость и теплоемкость газового объема.

Состояние газового объема представлено дифференциальными переменными на внутренний узел блока. В качестве дифференциальных переменных они требуют начального условия, которые необходимо указать до начала моделирования. Диалоговое окно каждого блок, моделируемый с конечным объемом газа, имеет вкладку Variables , которая перечисляет три переменные:

По умолчанию Давление объема газа и Температура объема газа имеют высокий приоритет, с целевыми значениями, равными стандартное состояние ( 0,101325 МПа и 293,15 К ). Вы можете настроить целевые значения для представления соответствующих начальных состояние газового объема для блока. Плотность газа имеет приоритет по умолчанию Нет , потому что только начальные условия двух из трех переменных необходимы для полного определения начального состояния объема газа. При желании альтернативный способ указать начальные условия изменить Плотность объема газа на высокий приоритет с помощью соответствующее целевое значение, а затем измените Давление газа. объем или Температура газа объем ° C приоритет отсутствует.

Важно, чтобы только две из трех переменных имели свои приоритеты, равные Высокая для каждого блока с конечным объемом газа. Размещение высокоприоритетные ограничения для всех трех переменных приводят к завышению спецификации, с решатель не может найти решение инициализации, которое удовлетворяет желаемому начальные значения. И наоборот, размещение ограничения с высоким приоритетом только для одной переменной делает систему заниженной, и решатель может разрешить переменные с помощью произвольные и неожиданные начальные значения.Для получения дополнительной информации о переменной об инициализации и работе с чрезмерными требованиями см. в разделе «Инициализация переменных для системы масса-пружина-демпфер».

В блоках, которые моделируются бесконечно большим объемом газа, состояние объем газа предполагается квазистационарным, и нет необходимости указывать начальное условие.

Дроссельный поток

Расход газа через локальное ограничение (G), Переменное локальное ограничение (G) или Блоки труб (G) могут забиться.Происходит удушье когда скорость потока достигает локальной скорости звука. Когда поток задыхается, скорость в точке удушья не может больше увеличиваться. Однако масса скорость потока может увеличиваться, если плотность газа увеличивается. Это может быть достигается, например, за счет увеличения давления перед точкой запирания. Эффект перекрытия газовой сети заключается в том, что массовый расход через отвод содержание засоренного блока полностью зависит от давления на входе и температура.Пока сохраняется состояние дросселирования, этот заблокированный массовый расход скорость не зависит от каких-либо изменений давления ниже по потоку.

Следующая модель иллюстрирует засоренный поток. В этой модели Блок рампы имеет наклон 0,005 и время начала 10. Блок преобразователя Simulink-PS имеет вход сигнальный блок установлен на МПа . Все остальные блоки имеют значения параметров по умолчанию.Время моделирования 50 с. Когда вы моделируете модель, давление на входе A местного ограничения (G) блок увеличивается линейно от атмосферного давления, начиная с 10 с. Давление в порте B установлено атмосферное давление.

На следующем рисунке показаны зарегистрированные данные моделирования для Блок местного ограничения (G). Число Маха при ограничение ( Mach_R ) достигает 1 примерно через 20 с, что означает что поток задушен.Массовый расход ( мдот_А ) перед поток перекрывается, следует типичному квадратичному поведению относительно увеличения перепад давления. Однако массовый расход после перекрытия потока становится равным линейный, потому что массовый расход с дросселем зависит только от давления на входе и температура, а давление на входе линейно увеличивается.

Тот факт, что массовый расход с дроссельной заслонкой зависит только от условий на входе может вызвать несовместимость с источником массового расхода (G) или источник контролируемого массового расхода (G) подключен к блоку дросселирования.Рассмотрим модель показано на следующем рисунке, который содержит контролируемую массу Блок источника расхода (G) вместо Источник контролируемого давления (G).

Если источник давал команду на увеличение массового расхода слева направо через локальное ограничение (G), симуляция преуспеют, даже если поток будет перекрыт, потому что контролируемая масса Источник расхода (G) должен быть перед блокировкой. Однако в этой модели блок Gain меняет направление потока, поэтому что источник контролируемого массового расхода (G) после закупоренного блока. Давление перед локальным Ограничение (G) фиксируется при атмосферном давлении. Следовательно удельный массовый расход в этой ситуации постоянен. Как заданный массовый расход увеличивается, со временем она станет больше, чем это постоянное значение забитой массы скорость потока.В этот момент заданный массовый расход и заданный массовый расход невозможно согласовать, и симуляция терпит неудачу. Просмотр зарегистрированных данных моделирования в Обозреватель результатов Simscape показывает, что симуляция терпит неудачу именно тогда, когда число Маха достигает 1, и поток перекрывается.

В общем, если модель может задохнуться, используйте источники давления, а не массу источники расхода. Если модель содержит блоки источников массового расхода и моделирование не работает, используйте Simscape Results Explorer для проверки переменных числа Маха во всех Локальное ограничение (G), переменная Местное ограничение (G) и труба (G) блоки, соединенные по той же ветви, что и массовый расход источник.Если сбой моделирования происходит, когда число Маха достигает 1, это вероятно, что ниже по потоку находится источник массового расхода, пытающийся расход больше, чем возможный массовый расход при засорении.

Переменная числа Маха для блоков ограничения вызывается Мах_Р . Блок трубы (G) имеет две переменные числа Маха: Mach_A, и Mach_B , представляющий число Маха для порта A и порта B, соответственно.

Реверс потока

Поток газа по контуру передает энергию от одного объема газа к другому. объем газа. Следовательно, расход энергии между двумя подключенными блоками зависит от направление потока. Если газ течет из блока A в блок B, то энергия скорость потока между двумя блоками основана на удельной общей энтальпии блока A. И наоборот, если газ течет из блока B в блок A, то расход энергии между двумя блоками основывается на удельной общей энтальпии блока B.Сгладить переход для устойчивости моделирования, расход энергии также включает вклад, основанный на разнице удельных полных энтальпий двух блоки при малых массовых расходах. Область сглаживания контролируется Параметр блока Gas Properties (G) Мах порог числа для реверсирования потока .

Следствием этого подхода является то, что температура узла между двумя соединенные блоки представляют температуру объема газа перед этим узлом. Если в узле сливаются два или более восходящих пути потока, то температура в узле представляет собой средневзвешенную температуру на основе идеальное перемешивание сливающихся газовых потоков.

Устойчивость моделирования может быть сложной задачей для моделей с быстрым течением переворачивания и большие перепады температур между блоками. Быстрые развороты потока могут быть результатом низкого гидравлического сопротивления (например, короткие трубы) между большими объемы газа.Большая разница температур может быть результатом добавленной энергии источники для поддержания больших перепадов давления в модели с небольшим нагревом диссипация. В этих моделях может потребоваться увеличение скорости Маха. порог числа для реверсирования потока значение параметра, чтобы избежать сбой моделирования.

Связанные темы

.

Ответить

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *