Теплофізика утворення пористого матеріалу на основі порошку кварцового скла

Шихта з бою кварцового скла і силікату натрію розчинного заповнює циліндричний тигель, що реалізує геометрію «необмеженого» циліндру (рис. 1). В шихту вводяться три термопари (1,2,3) з оголеними спаями, які розташовані на середньому рівні. Координати спаїв точно зафіксовані.

Рисунок 1 − Схема експерименту

Рисунок 2 − Температурні профілі

Впродовж нагріву реєструється зміна температур у часі в трьох координатах. Математична обробка результатів виконувалась за допомогою спеціально розробленої програми. Програма відтворює ітераційним методом профіль температурного поля, який має місце за даної еволюції температурного поля, а також виконує розрахунок діючої ефективної температуропровідності [1]. Відтворені температурні профілі наведені на рисунку 2. Температурні криві як функції часу наведені на рисунку 3 (1‑ центр, 2‑ 1/R, 3 – R). Відхилення від монотонності перебігу кривих свідчить про появу теплових ефектів. Більш наочно це показано на рис. 4.

Ефективна температуропровідність порошку кварцового скла до температури ~600ºС – практично стала величина (рис. 5, крива 1). Така крива для порошку кварцового скла з домішкою силікату натрію далека від монотонності (рис. 5, крива 2). На початковій стадії нагріву констатується занижене значення ефективної температуропровідності. Це пояснюється ендотермічним ефектом видалення адсорбційної вологи. Потім в інтервалі 200-450ºС знову спостерігається зниження ефективної температуропро-відності. Це викликано ендотермічним ефектом видалення вже хімічно зв’язаної гелієвої води. Починаючи від температури ~ 650ºС спостерігається ще один ендоефект, спричинений плавленням евтектик.

Рисунок 3 − Зміна температури у часі

Рисунок 4 − Зміна швидкості нагріву у часі

На рисунку 5 (крива 3) наведено також залежність ефективної температуропровідності кінцевого матеріалу.

Рисунок 5 − Ефективна температуропровідність

Рисунок 6 − Ефективна теплопровідність

На рисунку 6 наведено залежність ефективної теплопровідності кінцевого матеріалу. Вона обрахована на основі значень ефективної темпе-ратуропровідності через відомі значення питомої теплоємності кварцового скла і об’ємної маси пористого матеріалу. Значення для відносно невисоких температур залишається на рівні 0,3-0,4 Вт/(м·К). Таким чином, такий матеріал відзначається теплоізоляційними властивостями, вогнетривкістю і термостійкістю.

1. Племянніков М. М. Хімія та теплофізика скла / М. М. Племянніков, О. А. Крупа. – Київ: НТУУ”КПІ”, 2000. – 560 с.