Abstract
We show here an adaptation of the classical Flash Method permitting the measure of the thermal conductivity of semi-transparent porous materials. A flash lamp send a heat pulse on the upper face of a cylindrical sample and lower face temperature is analysed.
The semi-transparent material is sandwiched between two copper slices. The sample used scatters thermal radiation, and absorbs it very little. It is therefore possible to account for two parts of heat transfer through the material: a pure conductive phenomenon and a radiative one. In most insulating materials radiative transfer represents about 1/3 of the total heat flux at the ambiant temperature. The problem is solved with electrical analogy, quadripoles technique and Laplace transform.
The modelization brings out two physical character parameters of the material and a coefficient qualifying the thermal exchange between the sample and the environment during the experiment.
Zusammenfassung
Vorliegend wird eine Anwendung der klassischen Flashmethode gezeigt, was die Messung der thermischen Leitfähigkeit von halbdurchlässigen porösen Substanzen ermöglicht. Eine Flash-Lampe sendet einen Wärmeimpuls auf die obere Fläche einer zylindrischen Probe und die Temperatur der unteren Fläche wird analysiert.
Das halbdurchlässige Material wird zwischen zwei Kupferscheiben eingefaßt. Die Wärmestrahlung wird von der verwendeten Probe gestreut und in geringem Maße Absorbiert. Es ist deshalb möglich, zwei Teile von Wärmetransport innerhalb des Materiales zu erklären: eine rein konduktive Erscheinung und eine radiative. In den meisten Isolationsmaterialien stellt der radiative Transport etwa 1/3 des gesamten Wärmeflusses bei Umgebungstemperatur dar. Dieses Problem wird nach elektrischer Analogie mittels Vierpoltechnik und Laplace-Transformation gelöst.
Das Modell liefert zwei physikalische Parameter des Materiales und einen Koeffizient, welcher den Wärmeaustausch zwischen Probe und Umgebung während des Experimentes näher beschreibt.
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Abbreviations
- T :
-
température /K
- ϕ:
-
Transformée de Laplace du flux de chaleur
- p :
-
variable complexe/s−1
- r :
-
rayon de l'échantillon/m
- a=λ/ρc :
-
diffusivité thermique / m2·s−1
- c :
-
chaleur massique / J·kg−1·K−1
- W:
-
Conductance radiative / W·m−2·K−1
- θ:
-
Transformée de Laplace de la température
- t :
-
temps/s
- C=ρceS :
-
capacité thermique / J·K−1
- λ:
-
conductivité thermique / W·m−1·K−1
- ρ:
-
masse volumique / kg·m−3
- h :
-
coefficient d'échange avec l'ambiant / W·m−2·K−1
- R=e/λS :
-
résistance thermique / K·W−1
- o,e :
-
indice des variables de face d'entrée et de sortie
- *:
-
variable adimentionnelle:\(p^* = p\tfrac{e}{\lambda }\rho _1 c_1 e_1 {\mathbf{ }}ou bien p^* = p\tfrac{{e^2 }}{a}{\mathbf{ }}R^* = \tfrac{r}{e}{\mathbf{ }}H^* = \tfrac{{he}}{\lambda }{\mathbf{ }}W^* = \tfrac{{We}}{\lambda }{\mathbf{ }}C^* = \tfrac{{\rho ce}}{{\rho _1 c_1 e_1 }}\)
Références
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Durastanti, J.F., Martin, B., Kneip, C. et al. Transfert de chaleur par conduction et rayonnement dans les materiaux semi-transparents. Journal of Thermal Analysis 44, 1057–1065 (1995). https://doi.org/10.1007/BF02547533
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DOI: https://doi.org/10.1007/BF02547533