हीट स्टोरेज एप्लिकेशन में ग्लास और ग्रेनाइट के प्रदर्शन की तुलना करना

Question

पृष्ठभूमि

मैं ग्रीनहाउस हीट सिंक बनाने के लिए एक विश्वविद्यालय परियोजना पर एक छोटी टीम के साथ काम कर रहा हूं। यह गर्म हवा को अवशोषित करने और गर्म हवा को संग्रहीत करने के लिए एक सामग्री से भरे एक कक्ष के माध्यम से ग्रीनहाउस के शीर्ष पर गर्म हवा पास करेगा। हमारे पास दो प्रोटोटाइप ग्रीनहाउस हैं; एक बेसलाइन माप के लिए नियंत्रण के रूप में कार्य करेगा और दूसरे में हीट सिंक होगा।

सेट अप

मैंने अंतिम प्रोटोटाइप के लिए कई तापमान सेंसर और लॉगर बनाए हैं, लेकिन विभिन्न सामग्रियों पर कुछ प्रारंभिक परीक्षण किए जा रहे हैं:

1. 15-25 मिमी के बीच ग्रेनाइट चिप्स, अनियमित आकार
2. टेम्पर्ड ग्लास को छोटे-छोटे टुकड़ों में काटकर 7-15 मिमी लगभग।, कम से कम 2 साइड फ्लैट हैं
3. कंक्रीट के टुकड़े 30-80 मिमी, अनियमित आकार - परीक्षण पूरा नहीं हुआ

इन्हें 5 एल बॉक्स में रखा गया था। बॉक्स में एक छोटा सा पंखा होता है और चैम्बर में हवा को उड़ाने के लिए नीचे की तरफ पाइपिंग होती है और बॉक्स के आधार पर पाइप में 6 मिमी छेदों के माध्यम से हवा को छोड़ा जाता है। बॉक्स के शीर्ष को एक वेंट को छोड़कर सील किया जाता है जिसमें पंखे के साथ ट्यूब के समान व्यास होता है। प्रत्येक सेकंड के माप को पकड़ने के लिए प्रत्येक सामग्री के केंद्र में एक PT1000 तापमान सेंसर भी डाला जाता है। यहाँ परीक्षण बॉक्स की एक छवि है:

प्रक्रिया

मुक्त वायु स्थान की गणना ग्रेनाइट के लिए 42% और कांच के लिए 43% का मोटा आंकड़ा देने के लिए दोनों सामग्रियों के एक छोटे नमूने पर की गई थी। दो परीक्षण तब ग्रेनाइट और फिर कांच पर किए गए:

1. दोनों को कई घंटों तक लगभग 5.5 ° C तक ठंडा किया, फिर कमरे में लाया और पंखे के साथ 1 घंटे के लिए छोड़ दिया। तापमान को कमरे के तापमान तक गर्म होने के कारण दर्ज किया गया था।
2. पहले परीक्षण के बाद सामग्रियों को एक फ्रीजर में रखा गया था और -20 डिग्री सेल्सियस तक ठंडा कर दिया गया था, फिर से तापमान दर्ज किया गया था।

परिणाम

जैसा कि नीचे देखा जा सकता है, ग्लास दोनों डेटा सेट में एक अंतराल प्रदर्शित करता है, वार्मिंग और ठंडा होता है, जिसके बाद तापमान परिवर्तन अधिक रैखिक होता है। जबकि ग्रेनाइट पूरे तापमान में अधिक रैखिक परिवर्तन दिखाता है।

ग्लास वार्मिंग (x- अक्ष सेकंड, y- अक्ष तापमान)

ग्लास कूलिंग (x- अक्ष सेकंड, y- अक्ष तापमान)

ग्रेनाइट वार्मिंग (x- अक्ष सेकंड, y- अक्ष तापमान)

ग्रेनाइट कूलिंग (x- अक्ष सेकंड, y- अक्ष तापमान)

प्रशन

हम इस समय परिणामों पर चर्चा कर रहे हैं और मेरे द्वारा एकत्र किए गए डेटा के विशेषज्ञ राय में रुचि रखते हैं। डेटा दिलचस्प है और हम इसे सही ढंग से व्याख्या कर रहे हैं। विशेष रूप से:

• कांच के टुकड़ों का आकार एक अधिक इंटरलॉकिंग आकार की अनुमति देता है, जो एयरफ्लो को अधिक प्रतिबंधित कर सकता है, लेकिन क्या इससे अभी भी अधिक रैखिक परिवर्तन नहीं होगा?
• क्या ग्लास डेटा सामग्री में मामूली थर्मल विस्तार परिवर्तनों के कारण हो सकता है?
• ग्लास में ग्रेनाइट की तुलना में कम तापीय चालकता रेटिंग है, क्या यह अंतराल का कारण है?

Comments

त्वरित विचार: तापीय द्रव्यमान, तापीय चालकता, मतलब समतुल्य आकार और वायु मार्ग सभी प्रासंगिक हो सकते हैं। यह तर्कसंगत प्रतीत होगा कि एक उच्च तापीय चालकता सामग्री मुख्य रूप से सतह के प्रभाव से विवश होगी। चूंकि चालकता ऊष्मा पाने की क्षमता को भी गिरा देती है और कोर मामलों से ज्यादा। प्रति आयतन क्षेत्र (वर्गाकार घन कानून) निरपेक्ष आकार और यहां तक ​​कि आकार भी मायने रखता है। क्या उपयोगी हो सकता है समान आयामों और पैकिंग की सीमित वस्तुओं पर परीक्षण किया जाता है। मुझे लगता है कि यह कई दशकों से बहुत अच्छी तरह से तैयार किया गया है।

— रसेल मैकमोहन

FWIW - ( केवल राय ): जल राजा है :-)। काले रंग के साथ कई छोटे सील कंटेनर - रंग घनत्व को समायोजित करने के लिए convective / radiative गुणों के साथ खेलते हैं। कंटेनर के आसपास हवा का प्रवाह। पेप्सी 1.5 एल की बोतलें संभावित रूप से बड़े कुल संस्करणों में काफी अच्छी हैं। पीईटी प्लास्टिक बहुत अच्छा wrt गिरावट लंबी अवधि है।

— रसेल मैकमोहन

रसेल धन्यवाद, सतह क्षेत्र निश्चित रूप से कुछ है जिस पर हम विचार कर रहे हैं और बड़े कंक्रीट के टुकड़े परीक्षण से कुछ अच्छे डेटा की उम्मीद होगी। हालांकि कुल सतह क्षेत्र की जाँच करना आसान परीक्षण नहीं है, क्योंकि हमारे पास 3 गैर-समान सामग्री है। हमारे पास छोटे वर्दी बैचों का परीक्षण करने का समय नहीं होगा, लेकिन इस बात से सहमत होंगे कि बेहतर डेटा प्राप्त होगा।

— Ant

हीट सिंक के लिए सभी विकल्पों पर निश्चित रूप से विचार किया जाएगा और हम अपने सभी निष्कर्षों को साझा कर रहे हैं, इसलिए लोग विचार के साथ खेल सकते हैं, पुरानी शराब की बोतलें पानी से भरी हुई हैं या टूटी हुई चीन को रीसायकल करना आसान नहीं है लेकिन इसमें अच्छी तापीय चालकता गुण हैं। हमारे सिस्टम में पंखे की गति को नियंत्रित करने वाला एक माइक्रोकंट्रोलर होगा, इसलिए जब अधिक गर्मी उपलब्ध होगी तो सिस्टम गति को क्रैंक करेगा और गर्मी को अधिक नियंत्रित तरीके से छोड़ने के लिए इसे धीमा कर देगा।

— Ant

महान प्रश्न, प्रस्तुति के रूप में मेरा एकमात्र सुझाव यह है कि आप सामग्री को एक साथ प्लॉट करके (यानी, वार्मिंग और ठंडा करने के लिए एक-एक आंकड़ा) काटकर संख्याओं की संख्या में कटौती कर सकते हैं, क्योंकि तराजू समान हैं। कम लोगों को आपके प्रश्नों को खोजने के लिए पृष्ठ को नीचे स्क्रॉल करना होगा, वे जितना अधिक खुश होंगे।

— एयर

Answer 1

मैं दो चीजों पर ध्यान केंद्रित करूंगा - 1) दो सामग्रियों के बीच गर्मी हस्तांतरण गुणांक में अंतर और 2) दो सामग्रियों की गर्मी क्षमता में अंतर।

1. गर्मी हस्तांतरण गुणांक हवा और ठोस के बीच भौतिक इंटरफ़ेस पर निर्भर है। सामग्रियों का भूतल क्षेत्र और एयरफ्लो की मात्रा दोनों कारक होंगे। जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, छोटे कण, अधिक सतह क्षेत्र, लेकिन जितना अधिक वायु प्रवाह के लिए प्रतिबंध होगा। वहाँ एक खुश संतुलन है जो आपको प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित करना पड़ सकता है।

2. सिंक सामग्री की गर्मी क्षमता निर्धारित करती है कि सामग्री का तापमान परिवेश के तापमान में बदलाव का जवाब कितनी जल्दी देगा। यह जितना अधिक होगा, सिंक उतना ही बेहतर प्रदर्शन करेगा। घनत्व और विशिष्ट गर्मी में वृद्धि एक बेहतर हीट सिंक सामग्री के लिए करती है। यह चट्टानों के आकार या एयरफ्लो की दर से स्वतंत्र है - बड़ी गर्मी क्षमता हमेशा बेहतर होगी।

$T = C-A e^{-b x}$

Answer 2

मेरी परिकल्पना यह है कि कांच में ग्रेनाइट के बजाय एक पठार था क्योंकि कांच ग्रेनाइट के बजाय अवरक्त प्रकाश के लिए परावर्तक है - इसलिए ज्यादातर विकिरण गर्मी हस्तांतरण कोपरिरक्षित करता है।

मान्यताओं: मुझे 340 मिमी x 200 मिमी x 125 मिमी आयामों के साथ एक 5L बॉक्स ऑनलाइन मिला है - जो कि नीचे की तरफ इंसुलेटेड बॉक्स के लिए 0.203 वर्ग मीटर सतह क्षेत्र की ओर जाता है। कुछ गणनाओं के आधार पर, और यहां दी गई एमिस्सिटिटी का उपयोग करते हुए , यह है कि "हीटिंग चक्र" के दौरान, पठार के 1600 सेकंड के दौरान, ग्लास 22W की दर से विकिरण के कारण गर्मी खो रहा होगा - वुल्फराम ने मुझे यह लगभग 6.53K परिवर्तन होना चाहिए था, लेकिन बॉक्स उस परिवर्तन से नहीं गुजरा।

यह देखते हुए कि प्रयोग कुल 15K परिवर्तन के लिए देख रहा था, यह गर्मी हस्तांतरण का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है। इसलिए प्रशंसक वास्तव में केवल थर्मल काम का एक छोटा सा हिस्सा कर रहा है और विकिरण एक महत्वपूर्ण हिस्सा उठा रहा है।

में अवरक्त स्पेक्ट्रम , जहां इस गर्मी के सबसे खो जाएगा, कांच और ग्रेनाइट बहुत अलग ढंग से व्यवहार करने लगते हैं। लिंक की गई छवि में ग्रेनाइट कुछ हद तक पारदर्शी लगता है। यह इस तथ्य पर आधारित है कि छवि में किनारों धुंधले हैं - अगर यह अपारदर्शी थे तो पाइपिंग के किनारों को गर्म स्थानों पर कुरकुरा किया जाएगा (जैसे कि लिंक किए गए ग्लास वीडियो में) - लेकिन मैं विकिरण में विशेषज्ञ नहीं हूं सामग्री के गुण। ग्लास न केवल वीडियो में अवरक्त विकिरण को रोकता है, बल्कि वीडियो के अनुसार विकिरण को प्रतिबिंबित करता है। यह समझ में आता है, कि ग्रीनहाउस कैसे काम करते हैं।

इसका मतलब यह होगा कि चूंकि सेंसर सीधे सामग्री के बॉक्स के मध्य में होता है, इसलिए कांच की परतें लगातार किसी भी गर्मी हस्तांतरण को प्रतिबिंबित करती हैं (अच्छी तरह से और दुर्लभ की परतों के साथ एक स्टेक को संशोधित करें) - प्रक्रिया को रोकना। ग्रेनाइट का यह प्रभाव नहीं था और इसलिए यह लगभग एक समान फैशन में विकीर्ण हुआ।

आगे के प्रयोगों के बिना एक निश्चित निष्कर्ष पर आना कठिन है। आगे विकिरण प्रभाव को हटाने वाले प्रयोग परिकल्पना को सिद्ध करेंगे।

Comments

यह कुछ उपयोगी जानकारी और ग्रेनाइट और कांच को दिखाने वाले कुछ अच्छे व्यावहारिक उदाहरण हैं। हम सामग्री पर कुछ लंबे समय तक परीक्षण करना चाहते हैं, लेकिन एक ग्रीनहाउस में एक हीट सिंक का निर्माण किया और नियंत्रण ग्रीनहाउस पर 1 ~ 2C तापमान वृद्धि का प्रबंधन किया

— Ant

यह एक उत्साहजनक शुरुआत है। थर्मल स्टोरेज की बात करें तो सब कुछ मत भूलना। 22 वाट छोटे हैं, लेकिन 30 मिनट से अधिक यह जोड़ देगा।

— मार्क