CC BY
25
ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 620.22
В.Н. Злобин
канд. техн. наук, доцент, кафедра энергоснабжения и теплотехники, ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет»
Т.В. Чернышкова
ст. преподаватель, кафедра энергоснабжения и теплотехники, ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет»
А.А. Коноваленко
студент,
специальность «Энергообеспечение предприятий», ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет»
Д.Р. Добринский
студент,
специальность «Энергообеспечение предприятий», ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет»
А.Е. Легкий
студент,
специальность «Энергообеспечение предприятий», ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет»
ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Аннотация. В работе рассмотрена связь между тепловыми и акустическими параметрами строительных материалов. Эта связь позволяет выражать неизвестные параметры через известные параметры, полученные из экспериментальных данных. Полученные результаты могут использоваться для инженерных расчетов теплотехнических или акустических параметров различных материалов.
Ключевые слова: коэффициент звукопоглощения, строительные материалы, конический образец.
V.N. Zlobin, Volgograd State Architectural University
T.V. Chernyshkova, Volgograd State Architectural University
A.A. Konovalenko, Volgograd State Architectural University
D.R. Dobrinskiy, Volgograd State Architectural University
A.E. Legkiy, Volgograd State Architectural University
THERMOPHYSICAL CHARACTERISTICS OF CONSTRUCTIONAL MATERIALS
Abstract. The work is devoted to the connection between thermal and acoustic characteristics of construction materials. This connection allows to express unknown data through known one's, that were received from experimental evidence. The received results can be used for engineering calculations of thermal and acoustic characteristics of different materials.
Keywords: noise absorption coefficient, constructional materials, conic sample.
В последнее время на отечественном рынке появились принципиально новые тонкопленочные покрытия (ТПП), создаваемые с использованием полых газонаполненных, либо вакуу-мированных микросфер и различного рода связующих. Простота нанесения ТПП на теплоизолируемую поверхность кистью, безвоздушным способом или способом окунания, делает его весьма перспективным теплоизоляционным покрытием. Послойное нанесение ТПП обеспечи-
вает быстрое высыхание слоев и исключает образование пузырей в толще покрытия. Известно, что послойные покрытия обладают большей прочностью и жесткостью.
Для практических применений представляет интерес изучение теплотехнических и акустических параметров тонкопленочных покрытий.
Поглощение звука - явление необратимого перехода энергии звуковой волны в другие виды энергии, в частности в теплоту. Характеризуется коэффициентом поглощения звука а, равном обратной величине расстояния, на котором амплитуда звуковой волны уменьшается в е = 2,718 раз. Коэффициент поглощения звука выражается в см"1, то есть в неперах или же в децибелах (1Дб / м = 1,15 -10"3 см "1) [1].
Авторами [8] разработан современный метод измерения коэффициента звукопоглощения ТПП для обеспечения экологической безопасности строительных объектов. Устройство измерения коэффициента звукопоглощения обеспечивает экологическую безопасность строительных объектов, а также повышает эффективность проведения эксперимента за счет упрощения техники измерения коэффициента поглощения, а именно использование конического образца (угол наклона от 10° до 50°) с канавками и шкалой измерения толщины образца, а также стандартных показывающих приборов: мультиметр, осциллограф.
Устройство для измерения коэффициента звукопоглощения содержит конический образец, выполненный из исследуемого материала, генератор звука, излучатель звука и приемник звука. Генератор звука через первый показывающий прибор подключен к излучателю звука. К выходу приемника звука подключен второй показывающий прибор. Конический образец исследуемого материала имеет угол наклона от 10° до 50°, а также дополнительные направляющие канавки для уменьшения звуковых потерь приемника и излучателя звука. По шкале, расположенной вдоль канавок определяется толщина образца, по которой оценивается коэффициент звукопоглощения. На рисунке 1 приведён общий вид установки.
Рисунок 1 - Установка для измерения коэффициента звукопоглощения материала, где 1 - конический образец исследуемого материала; 2 - генератор звука;
3 - излучатель звука; 4 - приемник звука; 5 - первый показывающий прибор;
6 - второй показывающий прибор; 7 - канавки; 8 - шкала измерения толщины образца
Устройство работает следующим образом. Конической образец исследуемого материала 1 с углом наклона от 10° до 50° и канавками 7 устанавливается в измерительную схему, включаются первый показывающий прибор 5, второй показывающий прибор 6 и генератор звука 2. На выходе генератора звука 2 устанавливается заданное напряжение выбранной частоты. Перемещая конической образец исследуемого материала 1 относительно излучателя звука 3 и приемника звука 4, которые устанавливаются в канавки 7, определяется положение образца,
6
I. 10 - 50°
при котором на втором показывающем приборе 6 величина звукового сигнала относительно сигнала излучателя звука 3 снижается в 2,7 раза. Измерив в этом положении толщину образца Я по шкале 8, коэффициент звукопоглощения определяется по формуле:
а = 1 / Я,
где а - коэффициент звукопоглощения, непер; Я - толщина образца, см.
Для определения коэффициента а в твёрдом теле используют формулу:
а = \1Cjf-
со2т
(1)
рс 3(1 + с2г2)'
где т = 31/С¥с2, 1 - коэффициент теплопроводности; С¥ - теплоёмкость среды при постоянном объеме; у - постоянная Грюнайзена; Т - абсолютная температура; с - круговая частота звуковой волны; р - плотность среды; с - средняя скорость звука.
Механизм поглощения звука, описываемый этой формулой, даёт вклад в поглощение как продольных, так и сдвиговых волн [3].
В качестве примера рассмотрим расчет коэффициента поглощения звука при температуре Т = 293К и частоте 1000Гц для некоторых строительных материалов. Ниже приведён подробный пример для расчета коэффициента звукопоглощения силикатного кирпича.
(2-я-103Гц)2 • 3• 1,3Вт/(м• К)
а = 1,1-840Дж/м3 • К• 1,852 --
840Дж /(м3 • К) • (3600м /с)2
2200кг /м3 • (3600м /с)3
1 +
2 • я • 103 Гц • 3 • 1,3Вт / (м • К) 840Дж/(м3 • К) • (3600м/ с)2
\2
= 1,277 • 10-10 мЛ
Аналогичным методом производится расчёт и для остальных материалов. Для удобства и наглядности воспользуемся таблицей 1.
Таблица 1 - Теплофизические параметры материалов [2, 5, 6]
С„, Дж /(м3 • К) у 1Вт/(м • К) с, м / с р,кг/м3 а,м 1
Силикатный 840 1,85 1,3 3600 2200 1,277 • 10-10
кирпич
Гипс 800 1,90 0,35 4970 1650 9,639 • 10-12
строительный
Песок 800 1,61 0,33 1450 1550 3,396 • 10-5
0% влажности
Пихта 2700 1,77 0,26 4600 550 2,745 • 10-11
Гипсокартон 840 1,56 0,15 3530 800 3,178 • 10-11
Оконное 750 1,72 0,7 6790 2500 2,191 • 10-12
стекло
Бетон 880 1,66 1,05 5250 2100 8,992 • 10-13
Таким образом, проведённые исследования позволяют сделать вывод о том, что тесная связь между акустическими и теплофизическими параметрами материалов предоставляет широкие возможности для инженерных расчетов их взаимных свойств через имеющиеся известные величины [7].
Список литературы:
1. Физический энциклопедический словарь. М.: Совет. энцикл., 1984.
2. Михеев М.А. Основы теплопередачи / М.А. Михеев, И.М. Михеева. М.: Энергия, 1977.
3. Ландау Л.Д. Теоретическая физика: учеб. пособие для вузов: в 10 т. / Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. 5-е изд., стер. Т. VII: Теория упругости. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003.
5. Чиркин В.С. Теплофизические свойства материалов ядерной техники. М.: Атомиздат, 1967. 474 с.
6. Физические величины: справочник / под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991.
7. Сборник материалов I Международной научно-практической заочной конференции «Актуальные вопросы технических и математических наук». Киев: Украина, 2013.
8. Ковылин А.В., Чернышкова Т.В., Злобин В.Н., Фокин В.М. Патент РФ на полезную модель № 127930 «Устройство для измерения коэффициента звукопоглощения материала».
