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Automatisierte Plattenapparatur zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit von Fluiden und Feststoffen

Zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit gibt es vielfältige Messgeräte, die meist gezielt gebaut zur Untersuchung spezieller Stoffe konstruiert werden. Eine Anwendung dieser Messgeräte für andere Stoffe kann nur eingeschränkt bzw. nicht erfolgen, so dass die Erfassung der Wärmeleitfähigkeit verschiedener Medien in einer Apparatur nur sehr begrenzt möglich ist.

Die Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit nach dem stationären Zweiplattenprinzip stellt sicherlich das am längsten erprobte Messverfahren dar. Aufgrund der durch das stationäre Messverfahren begründeten langen Messzeiten und der trotz aufwändiger Korrekturen bislang nicht ausreichenden Messgenauigkeit wird sie jedoch kaum als Standardtechnik eingesetzt. Die Methode bietet dennoch beachtliche Vorteile, wie beispielweise den einfachen geometrischen Aufbau. Die ebene Form des Messvolumens ermöglicht Messungen nicht nur an Fluiden und Schüttgütern, sondern auch an Feststoffen. Mit der oben angeordneten Heizplatte werden Messfehler durch freie Konvektion vermieden. Störeinflüsse durch Wärmeverluste, die an den Berandungen der bilanzierten Heizplatte auftreten, wurden durch eine Geometrieoptimierung der Apparatur behoben. Auch die Wärmeübertragung zwischen den beiden Messplatten durch Strahlung, die einen merklichen Anteil an der effektiv gemessenen Wärmeleitfähigkeit haben kann, wurde minimiert und im Auswerteverfahren berücksichtigt. Die optimale Einstellung und genaue Erfassung der Temperaturen, der geometrischen Parameter des Messvolumens und der Leistungsaufnahme der Heizplatte ermöglichen es, mit dem Verfahren die Wärmeleitfähigkeit von vielfältigen Medien mit einer absoluten Genauigkeit von besser als 5% zu bestimmen. Durch die Automatisierung des Messablaufes unter Vorgabe der Messparameter bleibt der Zeitaufwand für das Verfahren in einem vertretbaren Maß.

In der vorliegenden Arbeit wird die technische Umsetzung der o.g. Ansätze an einer stationären Plattenapparatur vorgestellt. Die Beurteilung der Messgenauigkeit der Apparatur erfolgt durch Vergleich von experimentell gewonnenen Ergebnissen an Referenzfluiden mit entsprechenden Literaturdaten. Hiermit sowie anhand zusätzlicher Messungen an unterschiedlichen Stoffen wird die Einsetzbarkeit des entwickelten Messgerätes in wissenschaftlichen und industriellen Anwendungen demonstriert und bewertet. Außerdem werden Messungen an ionischen Flüssigkeiten vorgestellt, die zur Entwicklung eines einfachen Modells für die Vorhersage der Wärmeleitfähigkeit verwendet werden.

Read this abstract in English at Kunststoffe-international.com
 Kamil Krzeminski

Kamil Krzeminski
Lehrstuhl Technische Thermodynamik
Universität Erlangen-Nürnberg

Informationen

Freie Schlagwörter: Automatisierte Plattenapparatur, Wärmeübertragung, Wärmeleitfähigkeit, wärmeleitfähigkeit von Fluiden, Wärmeleitfähigkeit von Feststoffen, Strahlungskorrektur, Konvektionseinfluss, Messgenauigkeit, ionische Flüssigkeiten
Institut / Lehrstuhl: Technische Fakultät der Universität Erlangen-Nürnberg
Sprache: Deutsch
Fachgutachter: Prof. Dr.-Ing. A. Leipertz (Betreuer), Prof. Dr.-Ing. S. Will, Prof. Dr.-Ing. A. Fröba
Erscheinungsjahr: 2011
Anbieter: Wissenschaftlicher Arbeitskreis Kunststofftechnik (WAK) / Kunststoffe.de

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