phạm vi khối lượng thể tích 31,37 - 125,48kg/m3
mẫu xơ thủy tinh có hệ số cách nhiệt trong khoảng 0,0382 - 0,0443W/m.K ở điều kiện nhiệt độ là 46oC.
Hình 3.7: Biểu đồ quan hệ giữa khối lượng thể tích và hệ số dẫn nhiệt của tấm xơ thủy tinh
Hệ số dẫn nhiệt đạt cực tiểu ở mẫu có khối lượng thể tích vào khoảng 62,74 kg/m3.
3.3 Mối quan hệ giữa hệ số dẫn nhiệt và cách nhiệt với khối lượng thể tích của tấm xơ thủy tinh tấm xơ thủy tinh
Bảng 3.6: Hệ số dẫn nhiệt λ và cách nhiệt R của tấm xơ thủy tinh
Độ dày: 49,2mm STT Khối lượng thể tích (kg/m3) Hệ số dẫn nhiệt λ (W/m.K) Hệ số cách nhiệt R = δ/λ (m2 .K/W) 1 31,37 0,0443 1,1106 2 62,74 0,0375 1,3120 3 94,11 0,0382 1,2880 4 125,48 0,0404 1,2178 0.0443 0.0375 0.0382 0.0404 0.034 0.036 0.038 0.04 0.042 0.044 0.046 31.37 62.74 94.11 125.48 H ệ số dẫ n nhi ệt ( W/m .K ) Khối lượng thể tích (kg/m3) Hệ số dẫn nhiệt
NGUYỄN THỊ PHƯƠNG HÒA KHÓA 2012B 80 Quan hệ giữa hệ số dẫn nhiệt và hệ số cách nhiệt tỉ lệ nghịch với nhau. Từ hình 3.8 cho thấy tấm xơ thủy tinh đạt giá trị hệ số dẫn nhiệt thấp nhất là 0,0375 W/m.K tại giá trị khối lượng thể tích là 62,47kg/m3. Ngược lại, tấm xơ có hệ số cách nhiệt cao nhất 1,3120 m2
.K/W tại giá trị khối lượng thể tích này.
Quy luật thay đổi của hệ số dẫn nhiệt λ theo khối lượng thể tích của tấm xơ thủy tinh trong thí nghiệm của luận văn này cũng tương tự với quy luật của rất nhiều các nghiên cứu của các tác giả khác [23, 26, 21, 27, 33, 34]. Cụ thể là, ban đầu hệ số dẫn nhiệt sẽ biến thiên nghịch biến với giá trị khối lượng thể tích cho tới một giá trị cực tiểu. Sau đó hệ số dẫn nhiệt sẽ tăng đồng biến với khối lượng thể tích của tấm xơ.
Hình 3.8: Quan hệ giữa khối lượng thể tích và hệ số dẫn nhiệt, hệ số cách nhiệt
Từ biểu đồ hình 3.8 cho thấy rằng, trong khoảng khối lượng thể tích nghiên cứu 31,37 - 125,48 kg/m3, hệ số dẫn nhiệt thay đổi theo các chiều hướng khác nhau với sự thay đổi khối lượng thể tích. Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu giảm nhanh trong khoảng khối lượng thể tích 31,37 - 62,74kg/m3 và đạt giá trị cực tiểu tại khối lượng thể tích 62,74kg/m3. Trong khoảng khối lượng thể tích 62,74 - 125,48kg/m3 thì hệ số dẫn nhiệt lại tăng đồng biến với khối lượng thể tích nhưng với tốc độ chậm hơn so với vùng nghịch biến.
Nguyên nhân của sự thay đổi vừa nghịch và đồng biến của hệ số dẫn nhiệt theo khối lượng thể tích ở đây được giải thích là do sự ảnh hưởng của các hình thức
1.1106 1.3120 1.2880 1.2178 0.0443 0.0375 0.0382 0.0404 0.034 0.036 0.038 0.04 0.042 0.044 0.046 1.0000 1.0500 1.1000 1.1500 1.2000 1.2500 1.3000 1.3500 31.37 62.74 94.11 125.48 H ệ số dẫ n nhi ệt λ H ệ số cá ch nh iệt R Khối lượng thể tích (kg/m3) Hệ số cách nhiệt
NGUYỄN THỊ PHƯƠNG HÒA KHÓA 2012B 81 truyền nhiệt. Như đã trình bày trong phần tổng quan mục 1.2.5.1 có bốn hình thức truyền nhiệt qua vật liệu cách nhiệt dạng xơ: dẫn nhiệt thông qua môi trường xơ, dẫn nhiệt qua môi trường không khí giữa các xơ, đối lưu của không khí trong không gian giữa các xơ, và trao đổi bức xạ nhiệt giữa các xơ và không khí. Trong đó hình thức truyền nhiệt đối lưu của không khí có thể bỏ qua do chiếm tỉ lệ rất ít trong tổng lượng nhiệt truyền, hầu như không đổi khi thay đổi khối lượng thể tích [22,42,38]. Như vậy, hình thức truyền nhiệt chính trong tấm xơ thủy tinh cách nhiệt là dẫn nhiệt tiếp xúc và bức xạ nhiệt. Đối với bức xạ nhiệt thì mọi vật thể khi ở nhiệt độ lớn hơn độ không tuyệt đối đều không ngừng bức xạ năng lượng vào không gian dưới dạng sóng điện từ [11]. Ngoài khả năng truyền dẫn nhiệt trong thảm xơ thủy tinh mẫu còn có truyền nhiệt bức xạ qua pha vô định hình và pha khí. Trong phạm vi thí nghiệm ở nhiệt độ 460C thì bản thân xơ thủy tinh cũng phát ra bức xạ. Quá trình bức xạ nhiệt trong tấm xơ thủy tinh gồm có hai thành phần bức xạ cùng chiều với chiều dẫn nhiệt và ngược chiều với chiều dẫn nhiệt, cả 2 thành phần này đều bị hấp thụ một phần trong môi trường chất rắn của vật liệu. Khi bức xạ nhiệt có cùng chiều với chiều dẫn nhiệt làm tăng hệ số dẫn nhiệt và ngược lại khi bức xạ nhiệt ngược chiều thì làm giảm hệ số dẫn nhiệt. Do sự ảnh hưởng của dẫn nhiệt tiếp xúc và bức xạ nhiệt làm ảnh hưởng đến sự tăng giảm hệ số dẫn nhiệt với khối lượng thể tích khác nhau. Bức xạ nhiệt có ảnh hưởng quan trọng trong quá trình truyền nhiệt ở vùng khối lượng thể tích nhỏ hơn 62.74kg/m3. Khi khối lượng thể tích tăng lên qua khỏi giá trị vùng 62.74kg/m3 thì hình thức truyền nhiệt dẫn nhiệt qua chất rắn lại đóng vai trò ảnh hưởng nhiều hơn búc xạ và dẫn đến làm tăng hệ số dẫn nhiệt. Vì theo lý thuyết hình thức truyền nhiệt chính trong chất rắn (xơ) hoặc giữa các vật thể rắn (xơ) khi va chạm với nhau là dẫn nhiệt. Trong chất rắn (xơ) các nguyên tử nằm ở vị trí tương đối ổn định nên lượng nhiệt trao đổi giữa chúng dễ dàng hơn.
Thực nghiệm ở đây cho thấy, khối lượng thể tích của tấm xơ thủy tinh trong khoảng 31,37 - 62,74kg/m3
thì hệ số dẫn nhiệt giảm từ 0.0443W/m.K xuống còn 0.0375W/m.K tức là sự thay đổi của độ dẫn nhiệt nghịch biến với sự thay đổi khối lượng thể tích. Nguyên nhân là do trong phạm vi khối lượng thể tích thấp ảnh
NGUYỄN THỊ PHƯƠNG HÒA KHÓA 2012B 82 hưởng của bức xạ nhiệt nhiều hơn so với dẫn nhiệt tiếp xúc, chiều của bức xạ nhiệt ngược với chiều tác động của truyền nhiệt tiếp xúc.
Tiếp theo khối lượng thể tích tăng từ 62,74kg/m3 đến 94,11kg/m3 thì hệ số dẫn nhiệt lại tăng từ 0.0375 lên 0.0382W/m.K. Hệ số dẫn nhiệt đạt giá trị thấp nhất là 0.0375 W/m.K tương ứng với giá trị khối lượng thể tích tối ưu là 62,74 kg/m3. Ở đây khối lượng thể tích tăng lên qua giá trị tối ưu thì sự ảnh hưởng của bức xạ nhiệt đã bắt đầu giảm và thấp hơn so với dẫn nhiệt tiếp xúc, vì vậy tác động ngược của bức xạ nhiệt chỉ làm chậm tốc độ tăng của hệ số dẫn nhiệt mà thôi.
Trong khoảng khối lượng thể tích từ 94,11kg/m3 đến 125,48kg/m3 thì hệ số dẫn nhiệt tăng với tốc độ nhanh hơn trước, từ 0.0382W/m.K lên 0.0404W/m.K. Trong khoảng mật độ thể tích của tấm xơ thủy tinh cao thì dẫn nhiệt qua chất xơ đóng vai trò chính và ảnh hưởng của bức xạ nhiệt không đáng kể. Khi khối lượng thể tích tăng lên dẫn đến lượng xơ nhiều hơn và các lỗ rỗng càng nhỏ đi. Các lỗ rỗng có kích thước càng nhỏ thì khả năng truyền bức xạ giảm vì thể ảnh hưởng của bức xạ cũng giảm đi.
Ngược lại, về mặt cách nhiệt thì, tấm xơ thủy tinh mẫu có khả năng cách nhiệt cao trong phạm vi khối lượng thể tích từ 31,37kg/m3 đến 62,74kg/m3 là đồng biến và đạt tới giá trị cách nhiệt cao nhất 1,3120 m2.K/W khi khối lượng thể tích là 62,74kg/m3. Khi khối lượng thể tích tiếp tục tăng cao hơn 62,74kg/m3 thì mối quan hệ này trở thành nghịch biến.
Vai trò ảnh hưởng của bức xạ nhiệt và tính dẫn nhiệt qua chất thủy tinh có tác động gần như ngược nhau. Khi tấm xơ có khối lượng thể tích thấp thì sự truyền nhiệt do bức xạ có vai trò lớn hơn, sự ảnh hưởng này giảm dần và không còn đáng kể khi khối lượng thể tích tăng vượt qua 62,74kg/m3.