Heat conduction in isotropic heterogeneous media

Abstract

m ÖZET Bu çalışmada, alüminyum ya da kalay ilave edilmiş yüksek yoğunluklu polietilen kompozitlerin efektif ısı iletim katsayısı nümerik metodla dolgu malzemesi konsantrasyonunun bir fonksiyonu olarak araştırılmıştır. Deneysel çalışmada, alüminyum katkılı yüksek yoğunluklu polietilen örnekleri, sıkıştırma yöntemiyle alüminyum partikülerinin %33 hacimsel konsantrasyon oranına kadar değişik konsantrasyonlarda hazırlanmıştır. Kalay katkılı yüksek yoğunluklu polietilen örnekleri ise aynı yöntemle kalay partiküllerinin %16 hacimsel konsantrasyon oranına kadar hazırlanmıştır. Nümerik çalışmada, partikül katkılı kompozitlerin ısı iletkenliği, bu kompozitlerin mikro görüntülerinden yararlanılarak nümerik olarak hesaplanmıştır. Kompozit malzemenin resmi üzerine uygun görüntü işlemi yapıldıktan sonra, resmin her pixeline sonlu fark denklemi tanımlanarak ısı iletkenliği saptanmıştır. Bu çalışmanın sonucunda, düşük partikül konsantrasyonlarında nümerik sonuçlar, deneysel değerler ve tüm modeller birbirine yalandır. %10' dan daha büyük partikül konsantrasyonu için efektif ısı iletkenliği exponansiyel şekil almaktadır. Bu bölgede tüm modeller iyi sonuç vermemektedir. Ama, nümerik sonuçlar tüm bölgelerde tatmin edici sonuçlar vermektedir.

n ABSTRACT In this study, the effective thermal conductivity of aluminum or tin filled high- density polyethylene composites is investigated numerically as a function of filler concentration. The obtained values are compared with experimental results and the existing theoretical and empirical models. For experimental study, the samples of the composite are prepared by compression molding process, up to 33% volumetric concentration of aluminum particles. The thermal conductivity is measured by a modified hot-wire technique. For numerical study, the effective thermal conductivity of particle-filled composites were calculated numerically using the microstructural images of them. By identifying each pixel with a finite difference equation and accompanying appropriate image processing, the effective thermal conductivity of composite material is determined numerically. As a result of this study, numerical results, experimental values and all the models are close to each other at low particle content. For particle content greater than 10%, the effective thermal conductivity is exponentially formed. All the models fail to predict thermal conductivity in this region. But, numerical results give satisfactory values in the whole range of aluminum particle content.