Springen naar inhoud

berekening temperatuurgradiŽnt in isolatiemateriaal


  • Log in om te kunnen reageren

#1

Femkeg

    Femkeg


  • 0 - 25 berichten
  • 3 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 24 oktober 2012 - 12:40

Ik zou graag het volgende berekenen:

Stel: je hebt een bepaalde dikte aan isolatiemateriaal (lambda-waarde is gekend) en je legt daar aan de ene kant een warm voorwerp op. De andere kant van dit materiaal is blootgesteld aan de lucht (kamertemperatuur). Graag zou ik voor verschillende diktes en verschillende temperaturen (van het warme voorwerp) willen berekenen:
- wat de uiteindelijke temperatuursgradiënt in het isolatiemateriaal is
- hoe lang het duurt eer er aan de 'luchtkant' van het isolatiemateriaal een temperatuurverschil van 1 graad (of 2 graden, of...) gemeten kan worden.

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 24 oktober 2012 - 17:24

- wat de uiteindelijke temperatuursgradiënt in het isolatiemateriaal is

Dat hangt mede af van de warmte-overdracht van isolatie naar lucht door convectie en straling.

- hoe lang het duurt eer er aan de 'luchtkant' van het isolatiemateriaal een temperatuurverschil van 1 graad (of 2 graden, of...) gemeten kan worden.

Dat is nog veel moeilijker te berekenen. Helemaal als het stuk isolatie groter is dan het warme voorwerp, want dan krijg je ook een temperatuurgradiënt in de breedterichtingen van de isolatie en is de buitentemperatuur van de isolatie dus niet overal gelijk.

Ben je bekend met warmte-overdrachtsberekeningen? Zo niet, waarom wil je dat dan proberen te berekenen?
Hydrogen economy is a Hype.

#3

Femkeg

    Femkeg


  • 0 - 25 berichten
  • 3 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 25 oktober 2012 - 07:54

Ik heb een cursus 'Fysische transportverschijnselen' gehad aan de unief, maar dat zit allemaal verschrikkelijk ver weg en met mijn boek over 'Heat and mass transfer' geraak ik zelf niet verder. Ik ben er gewoon te lang uit vrees ik.

Even concreet: ik wil dit gebruiken voor educatieve doeleinden, om kinderen/jongeren te laten 'aanvoelen' wat isolatie betekent. Het idee was om op een DUNNE laag isolatiemateriaal (vb 1 cm) een warm voorwerp te zetten en met een infraroodthermometer aan de andere kant te meten of/wanneer de temperatuur stijgt.

Ik vrees alleen dat dit niet gaat lukken, aangezien je aan die andere kant steeds met min of meer verversende lucht zal zitten, waardoor de temperatuur misschien niet voldoende zal stijgen. Een dunne alu plaat bevestigen aan die andere kant kan eventueel helpen.

Ik zou dus graag een en ander eerst uitrekenen, om dan te bepalen welke materialen/diktes ik aankoop en uittest. Voorlopig kom ik niet verder dan het berekenen van de warmtedoorslagtijd.

#4

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 25 oktober 2012 - 12:12

Als men een warm voorwerp van 50 oC op een stuk 1 cm dik piepschuim plaatst in een ruimte van 20 oC dan zal de oppervlaktetemperatuur van de isolatie in enkele minuten naar uiteindelijk 25 - 30 oC stijgen. Exacte waarde hangt sterk af van de mate van contact tussen voorwerp en isolatie en van de mate van luchtconvectie en uitstraling aan de onderzijde van de isolatie.

ik wil dit gebruiken voor educatieve doeleinden, om kinderen/jongeren te laten 'aanvoelen' wat isolatie betekent.

Kinderen? Heb je het hier over de basisschool?
Het meten van de oppervlaktetemperatuur van isolatiemateriaal lijkt me voor kinderen nogal theoretisch en weinig inzichtelijk.

Ik denk overigens dat kinderen en jongeren zo wie zo wel aanvoelen wat isolatie betekent. Ze dragen immers al vele jaren kleding.
Meet bijvoorbeeld met een IR-thermometer achtereenvolgens:
- temperatuur onbedekte hand (~28 oC)
- temperatuur mouw van trui (~24 oC)
- temperatuur arm nadat mouw vlug opgestroopt is (~34 oC)

ln een ander topic heb ik vroeger eens het volgende proefje voorgesteld om de invloed van (verschillende vormen van) isolatie te demonstreren:

Neem wat lege cola-blikjes, waarvan men één niet isoleert, één met alleen aluminiumfolie, één geisoleerd met steenwol (alufolie aan buitenkant), één met een ruimer blik of glas eromheen (dus isolatie door een luchtspouw om een spouwmuur of dubbel glas te simuleren), et cetera. Vul elk blikje met dezelfde hoeveelheid heet water en meet regelmatig de temperatuur in elk blikje. Uit het verloop van T met t is dan de U-waarde af te leiden. De wiskunde is hopelijk niet te moeilijk voor ze. Kennen ze logaritme? Mooi, want dan kunnen ze nu eens zien dat je daar in de praktijk ook wat aan hebt.
http://www.wetenscha...howtopic=140083
Een grafiek van logaritme(T - To) moet ongeveer een rechte lijn geven.

In plaats van de U-waarde kan men ook de R-waarde berekenen want R = 1/U
Dit soort proeven kosten overigens heel wat meer tijd dan enkele minuten.

Veranderd door Fred F., 25 oktober 2012 - 12:18

Hydrogen economy is a Hype.

#5

Femkeg

    Femkeg


  • 0 - 25 berichten
  • 3 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 26 oktober 2012 - 07:51

Als men een warm voorwerp van 50 oC op een stuk 1 cm dik piepschuim plaatst in een ruimte van 20 oC dan zal de oppervlaktetemperatuur van de isolatie in enkele minuten naar uiteindelijk 25 - 30 oC stijgen. Exacte waarde hangt sterk af van de mate van contact tussen voorwerp en isolatie en van de mate van luchtconvectie en uitstraling aan de onderzijde van de isolatie.


Kan je mij vertellen hoe je dit berekend hebt? Of heb je dit uitgetest? Ik zou graag nog wat meer berekeningen uitvoeren om een en ander te verifiëren.

Is voor kinderen van 10-14 jaar. Past in een groter geheel van proeven rond materialen. Ik zit met een aantal beperkingen, waardoor andere proefopstellingen me niet echt verder helpen (maar toch bedankt om mee na te denken hoor ;-)).

#6

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 26 oktober 2012 - 11:49

λ = warmtegeleidingscoefficient isolatie, W/m.K
d = isolatiedikte, m
L = afmeting van isolatiestuk
ε = emissiecoefficient isolatieoppervlak
T1 = temperatuur warme voorwerp, Kelvin
Tw = wandtemperatuur isolatie, K
To = omgevingstemperatuur, K
Q = warmtegeleiding door de isolatie, W/m2
Qc = warmteoverdracht van isolatiewand naar lucht door natuurlijke convectie, W/m2
Qs = warmteoverdracht van isolatiewand naar omgeving door straling, W/m2

Geleiding door de isolatie: Q = λ * (T1 - Tw) / d
Natuurlijke convectie onderzijde horizontaal vlak: Qc = {0,6 * ((Tw - To)/L)0.25} * (Tw - To)
Straling: Qs = ε * 5,67*10-8 * (Tw4 - To4)

In de evenwichtstoestand (na enkele minuten) is de warmtestroom door de isolatie gelijk aan de warmte die de isolatiewand verlaat naar de omgeving, dus Q = Qc + Qs
Hieruit is Tw wiskundig op te lossen.

Bovenstaande geldt overigens alleen als het warme voorwerp en de isolatie perfect contact maken, dus als de warme kant van de isolatie dezelfde temperatuur T1 heeft als het warme voorwerp. Een stuk piepschuim van slechts 1 cm dikte zal doorbuigen als je er gewicht op plaatst waardoor dat contact wellicht niet perfect zal zijn en de werkelijke Tw lager kan zijn dan de theoretisch berekende.

Veranderd door Fred F., 26 oktober 2012 - 11:56

Hydrogen economy is a Hype.





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures