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Proprietà termofisiche dei mezzi porosi a temperatura ambiente e alta: conduttività termica di alimenti, resistenza termica di contatto ad alta temperatura e diffusività termica su componenti delle celle a combustibile
Full text linkLo studio della trasmissione del calore presenta un notevole interesse sia dal punto di vista scientifico che da quello tecnico-applicativo, in quanto consente di realizzare sia scambi termici efficienti, sia efficaci isolamenti.
Lo scambio di calore è governato, in tutti e tre i fenomeni attraverso cui esso può avvenire (conduzione, convezione ed irraggiamento), dalle proprietà termofisiche dei materiali coinvolti nello scambio stesso. La conoscenza di queste proprietà rappresenta, quindi, un elemento fondamentale sia per lo studio dei fenomeni termici, sia per la progettazione di dispositivi tecnici.
Le proprietà dei materiali più studiate, data la loro notevole influenza sulla trasmissione del calore per conduzione, sono:
• conduttività termica λ;
• diffusività termica α;
• calore specifico cp.
Di queste, la conduttività termica è fondamentale per descrivere il comportamento in regime stazionario mentre la diffusività termica è fondamentale per descrivere il comportamento in regime transitorio.
Nel presente lavoro verranno descritte le attività svolte durante il dottorato di ricerca in Ingegneria dell’Energia e Ambiente nella misura delle proprietà termofisiche (principalmente α e λ) dei mezzi porosi ad alta e bassa temperatura. Tali attività possono essere suddivise nel seguente modo:
1. misura di conduttività termica e sua dipendenza dalla temperatura durante il processo di congelamento degli alimenti;
2. misura contemporanea di conduttività termica, diffusività termica e resistenza termica di contatto ad alta temperatura su mezzi porosi;
3. misura della diffusività termica di materiali per celle a combustibili a ossidi solidi (SOFC).The study of heat transmission is very interesting both from the scientific and from the technical point of view, because it makes possible to realize efficient heat exchanges or effective thermal insulation.
Heat exchange is governed, in the three ways it can take place (conduction, convection and radiation), by the thermophysical properties of the materials involved in the thermal transmission. The knowledge of these properties is, thus, a fundamental element for the study of thermal phenomena and for the design of technical devices.
The mostly studied material properties, because of their considerable importance for heat conduction, are:
• thermal conductivity λ;
• thermal diffusivity α;
• specific heat cp.
Thermal conductivity is fundamental for the description of steady-state behavior, whereas the thermal diffusivity is important for transient conduction.
In the present work, the activities carried on during the Ph. D. in Energy and Environment Engineering in order to determinate the thermophysical properties (mainly λ and α) of porous media at high and low temperature will be described. The activities can be summarized in three points:
1. measurement of thermal conductivity and its dependence on temperature during foods freezing;
2. simultaneous measurement of thermal conductivity, thermal diffusivity and contact thermal resistance at high temperature for porous media;
3. measurement of thermal conductivity of materials for solid oxides fuel cells
Fundamental problems in thermal conductivity measurements of soils
No full textMeasurements of thermal conductivity, open porosity, water content and water saturation degree have been made on two different kinds of samples, one incoherent (earth) extracted at different depths from the surface in a building excavation in the nearby of Rome, the second, a compact sedimentary rock (blue malmstone) just under the surface from the ills surrounding Alba (Piedmont, north of Italy).
For the thermal conductivity the probe method (line heat source) has been used, taking care of the practical problems arising during tests (minimizing thermal contact resistance, drilling hole for the probe housing). Results show the typical behaviour of thermal conductivity vs. temperature of a porous medium containing water. Thermal conductivity and saturation degree clearly increases with depth under the soil surface due to increased compactness and less water evaporation in air. Also open porosity reduces with depth due to increased compactness.
Results show also the presence of four typical phenomena happening during the soil heating: storage of heat due to thermal capacity of the material, heat conduction driven by thermal conductivity, water evaporation due to heating and vapour diffusion and circulation
Misura della diffusività termica ad alta temperatura dei materiali delle SOFC con il flash method
No full textThermal Diffusivity of Sofc Materials by Means bf Flash Method at High Temperature
Conduttività termica di alimenti e sua variazione in conseguenza del processo di surgelamento
No full textNel presente lavoro è stata misura sperimentalmente con il metodo della sonda (probe method) la conduttività termica della carne di maiale, in funzione della temperatura, nelle seguenti condizioni: solo grasso (strutto), carne magra (lombo), nello stato tal quale, congelato, scongelato e ricongelato, con la direzione di propagazione del calore perpendicolare alle fibre e mista (variabile tra parallela e perpendicolare). Dalle misure si evince che la conduttività del grasso è poco dipendente dalla temperatura, che in direzione parallela alle fibre del tessuto magro è maggiore che in quella perpendicolare, e che nel risurgelamento la conduttività aumenta del 10% circa. Questo ultimo risultato porta ad definire un metodo di controllo qualità del prodotto congelato, che verifichi l’assenza di uno scongelamento accidentale durante la sua conservazione, operazione che rappresenta un rischio per la sicurezza alimentare
Effetto della quantità di ghiaccio che si forma durante il congelamento sulla conduttività termica degli alimenti
No full textEffetto della quantità di ghiaccio che si forma durante il congelamento sulla conduttività termica degli aliment
Basic Problems in Thermal-Conductivity Measurements of Soils
No full textThe thermal conductivity of pozzolanic soil (a fine sandy, unconsolidated,
alluvial soil from Lazio, Italy, based on volcanic ash) and blue marlstone rocks (from
Alba, Piedmont, north Italy) was measured, using a thermal probe technique, over a
wide range of temperatures from−20 ◦Cto+20 ◦C. Unfrozen pozzolanic soil thermalconductivity
data display surprisingly lowvalues about 3 to 4 times smaller thanwater;
for frozen soils, the data are just slightly higher than for the unfrozen state but they are
still 2 to 3 times lower than for water and seven times lower than for ice. This outcome
is probably due to a high internal porosity of individual volcanic ash particles. The
influence of the bulk soil porosity on the measured thermal conductivitywas found to be
rather negligible; the observed slight variation of the thermal conductivity is possibly
due to the diverse grain size distribution of soil samples excavated from different
depths of the ground. The blue marlstone rock has a considerably higher thermal
conductivity than pozzolanic soil, likely due to its very small porosity, consolidated
structure, and different implicated minerals. The frozen rock has just about a 30 %
higher thermal conductivity than that for the unfrozen state. A temperature-dependent
thermal conductivity is observed in the freezing state only. Test results show how heat
transfer between the thermal probe and surrounding soil is influenced by storage of
heat in the tested material, conduction heat flow, water evaporation due to heating, and
finally by vapor diffusion and circulation
High temperature (till 1500°C) contemporary thermal conductivity and thermal diffusivity measurements with the step flat heat source
Full text linkThe method for contemporary measuring thermal conductivity, thermal diffusivity and thermal contact resistance up to 1500°C has been assessed. First the heat propagation model has been developed to be used in least square procedure to process temperature data and give the best estimate on the unknown parameters. Second special devices to be used in the experimental procedure have been designed and built or are going to be built. In the meanwhile ambient temperature tests on bricks have been carried out to establish the data processing procedure, and to recognize the experimental troubles likely to be found. These tests shows that the experimental data well follow the theoretical prediction, the thermophysical parameter can be evaluated with good accuracy, and that care must be taken to satisfying the theoretical assumptions on the base of the model, and to accurately process data for taking into account mutual dependence of the parameters © 2009 SPIE
Proprietà termofisiche e termofluidodinamiche di tessuti viventi con il metodo della sonda
No full textNel presente lavoro sono state effettuate misure sperimentali e valutazioni teoriche delle seguenti proprietà termofisiche di tessuti viventi: metabolismo, perfusione sanguigna, diffusività termica e conduttività termica. Sia per le misure che per le simulazioni teoriche è stata utilizzato il metodo della sonda (probe method). Lo strumento usato (TCP, thermal conductivity probe) è stato realizzato nel laboratorio di proprietà termofisiche dell’Università di Roma “Tor Vergata”, ed è di dimensioni talmente ridotte (diametro 0,3 mm, lunghezza 47 mm) da risultare praticamente non invasivo.
Dal punto di vista teorico è stata risolta la equazione generale della conduzione per una geometria cilindrica, di lunghezza infinita, quando nel mezzo compaiono anche produzione di calore (metabolismo) e convezione forzata (perfusione sanguigna).
Le misure sperimentali sono state condotte su un modello fisico di un tessuto vivente, costituito da un contenitore in vetro riempito con un mezzo poroso (sabbia), e percorso da un flusso di acqua a 37°C. All’esterno della cella un secondo fluido (proveniente da un secondo termostato) consente di mantenere tutto l’ambiente di misura alla temperatura nominale. Al momento non è stata simulata la produzione di calore metabolico, che in futuro verrà riprodotta mediante riscaldamento a microonde dell’intero mezzo.
I risultati del modello teorico analitico hanno mostrato una buona riconoscibilità dei diversi effetti introdotti nell’equazione, diffusività termica, conduttività termica, convezione forzata e metabolismo.
Sperimentalmente, le prove hanno messo in evidenza un forte wall effect, dovuto alle grosse dimensioni dei grani di sabbia rispetto alle dimensioni della sonda (tale effetto è prevedibile che non esista nei tessuti viventi reali). Comunque è stata trovata una buona correlazione tra il coefficiente di convezione forzata h e la portata di fluido che attraversa il mezzo poroso.
Ulteriori prove su tessuti non vivi di muscolo di suino hanno confermato la fattibilità della misura sui tessuti reali e i valori di incertezza presumibilmente ottenibili
Experimental Thermal Conductivity of Alumina Nanoparticles in Water With and Without Sonication
No full textExperimental thermal conductivity of alumina nanoparticles in water is measured
with the transient thermal probe, in the presence of sonication (i.e., with ultrasounds),
or not. We investigate two types of alumina particles, with the diameter
equal to 7 nm and 50 nm. The experimental results, with and without sonication,
show that the effective thermal conductivity is greater for the alumina nanoparticle
with the smaller diameter. The effective thermal conductivity is greater in the presence
of sonication, with a larger relative increase for the smaller diameter nanofluid.
We compare the present experimental thermal conductivity with the empirical/theoretical
prediction models of the literature with a reasonable good agreement
A new thermal conductivity probe for high temperature tests for the characterization of molten salts
No full textA new thermal conductivity probe for high temperature (HT-TCP) has been built and tested. Its design and construction procedure are adapted from the ambient temperature thermal conductivity probe (AT-TCP) due to good performance of the latter device. The construction procedure and the preliminary tests are accurately described. The probe contains a Pt wire as a heater and a type K thermocouple (TC) as a temperature sensor, and its size is so small (0.6 mm in diameter and 60 mm in length) as to guarantee a length to diameter ratio of about 100. Calibration tests with glycerol for temperatures between 0 degrees C and 60 degrees C have shown good agreement with literature data, within 3%. Preliminary tests were also carried on a ternary molten salt for Concentrated Solar Power (CSP) (18% in mass of NaNO3, 52% KNO3, and 30% LiNO3) at 120 degrees C and 150 degrees C. Obtained results are within lambda range of the Hitec (R) salt (53% KNO3, 7% NaNO3, 40% NaNO2). Unfortunately, at the higher temperature tested (200 degrees C), the viscosity of the salt highly decreases, and free convection starts, making the measurements unreliable. Published by AIP Publishing
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