Norma „ASTM D5334-22 Standardowa metoda badania przewodności cieplnej gleby i skał metodą sondy igłowej” opublikowana przez Amerykańskie Towarzystwo Badań i Materiałów (ASTM) opisuje metodę badania służącą do określania przewodności cieplnej gleby i skał przy użyciu metody ciepła przejściowego. Tę metodę badawczą można stosować zarówno do nienaruszonych próbek gleby i skał, jak i do próbek gleby zrekonstruowanej. Jest ona skuteczna zarówno w laboratorium, jak i w terenie. Ta metoda badawcza jest najbardziej odpowiednia dla materiałów jednorodnych, ale może dać również reprezentatywną wartość średnią dla materiałów niejednorodnych.
Tę metodę testową można stosować do materiałów suchych, nienasyconych i nasyconych, w których można umieścić otwór na czujnik. Sonda igłowa termiczna jest prawidłowa w temperaturach od 0 do 100 stopni, w zależności od przystosowania jej struktury do ekstremalnych temperatur. Należy jednak zachować ostrożność, aby uniknąć poważnych błędów wynikających z:
Wszystkie obserwowane i obliczane wartości muszą być zgodne z liczbą cyfr znaczących i instrukcjami zaokrąglania określonymi w normie ASTM D6026. Procedury użyte w tej normie, określające sposób gromadzenia, rejestrowania i obliczania danych, są uważane za standardy branżowe. Zazwyczaj oznacza także cyfry znaczące, które należy zapisać. Zastosowane procedury nie uwzględniają żadnych istotnych zmian, celu, w jakim dane zostały zebrane, badań o szczególnym przeznaczeniu ani żadnych rozważań związanych z celami użytkownika; powszechną praktyką jest zwiększanie lub zmniejszanie liczby znaczących cyfr raportowanych danych proporcjonalnie do tych rozważań. Zakres tej normy wykracza poza zakres uwzględniania cyfr znaczących stosowanych w metodach analitycznych stosowanych w projektowaniu inżynierskim.
Tę metodę badawczą można również stosować i powszechnie stosować do określania przewodności cieplnej różnych porowatych materiałów inżynieryjnych pochodzenia geologicznego, w tym betonu, fluidalnego wypełnienia termicznego i zaprawy termicznej.
Dla celów niniejszej normy, oprócz terminów i definicji podanych w normie ASTM D653, stosuje się następujące definicje:
Przewodność cieplną określa się za pomocą odmiany metody badania źródła liniowego, wykorzystując sondę igłową o dużym stosunku długości do średnicy, aby symulować warunki dla nieskończenie długiego i nieskończenie cienkiego źródła ciepła. Sonda składa się z elementu grzejnego i elementu mierzącego temperaturę i jest umieszczana w próbce. Do elementu grzejnego sondy przykłada się znany prąd i napięcie przez określony czas, a następnie rejestruje wzrost temperatury. W analizie można uwzględnić również spadek temperatury w czasie po zaprzestaniu ogrzewania. Przewodność cieplną uzyskuje się poprzez analizę danych szeregu czasowego temperatury w cyklu nagrzewania i opcjonalnie cyklu chłodzenia, porównując je z krzywą teoretyczną przy użyciu nieliniowej metody inwersji najmniejszych kwadratów.
Przewodność cieplna nienaruszonych próbek gleby, zrekonstruowanych próbek gleby i próbek skał jest wykorzystywana do analizy i projektowania systemów, takich jak podziemne linie przesyłowe, rurociągi ropy naftowej i gazu, składowiska odpadów radioaktywnych, zastosowania geotermalne i obiekty do magazynowania energii słonecznej. Pomiary mogą być wykonywane na miejscu lub próbki mogą być badane w warunkach laboratoryjnych.
Podczas wykonywania testu masę próbki dostosowuje się z dokładnością do 0,01 grama i zapisuje. Długość i średnicę próbki ustawiono na 0,1 mm i zapisano. Wykonuje się co najmniej trzy pomiary długości w odstępach co 120 stopni i co najmniej trzy pomiary średnicy w punktach ćwierć wysokości. Określa się średnią długość i średnicę próbki. Sondę igłową termiczną umieszcza się wzdłuż osi próbki poprzez wciśnięcie sondy w próbkę. Jeżeli próbka jest gęsta, igłę wbija się w uprzednio wywiercony otwór na głębokość równą długości sondy. Należy upewnić się, że trzonek sondy termicznej jest całkowicie zanurzony w próbce i nie pozostaje częściowo odsłonięty.
Jeżeli w próbce konieczne jest wykonanie otworu, wykonuje się go po zmierzeniu masy. Średnica otworu powinna być równa średnicy sondy igłowej, aby zapewnić ścisłe dopasowanie. Aby zapewnić lepszy kontakt cieplny pomiędzy próbką a sondą, sondę można pokryć cienką warstwą pasty termicznej. Do wywiercenia otworu i umieszczenia sondy w linii prostej można użyć urządzenia takiego jak wiertarka stołowa. Dzięki temu zwiększy się kontakt między próbką a sondą, a szczeliny zostaną zmniejszone. Próbkę utrwala się w wybranej temperaturze testowej, a następnie umożliwia się sondzie osiągnięcie stanu równowagi w próbce. Stabilność i równowagę można oszacować obserwując temperaturę w określonym czasie. Przewód grzewczy sondy termicznej podłączony jest do źródła prądu stałego.
Końce elementu mierzącego temperaturę są podłączone do jednostki odczytującej. Do przewodu grzewczego przyłożono znany, stały prąd. W celu obliczenia mocy mierzy się natężenie i napięcie prądu płynącego przez grzejnik. W okresie grzewczym odczyty wapna i temperatury są rejestrowane co najmniej 20–30 razy. Źródło prądu stałego jest wyłączone. Aby dane dotyczące chłodzenia mogły zostać uwzględnione w analizie, odczyty czasu i temperatury należy rejestrować dla co najmniej 20–30 kroków w okresie równym cyklowi ogrzewania. Do określenia przewodności cieplnej stosuje się odpowiednią metodę. Początkową zawartość wody wagowej określa się i rejestruje zgodnie z metodą badawczą zgodną ze standardem ASTM D2216, a następnie oblicza się gęstość suchą (lub ciężar jednostkowy) reprezentatywnej próbki próbki.
Teoretycznie, jeżeli do grzejnika o zerowej masie przez pewien czas doprowadzimy stałą ilość ciepła, reakcję temperaturową oblicza się według wzoru podanego w normie. Po wyłączeniu dopływu ciepła zmianę temperatury oblicza się według wzoru podanego w normie.
Nasza organizacja, która od lat stara się wspierać przedsiębiorstwa z każdej branży, realizując szeroką gamę badań testowych, pomiarowych, analitycznych i ewaluacyjnych, dysponuje silną kadrą, która uważnie śledzi rozwój nauki i techniki na świecie oraz nieustannie się doskonali. W tym kontekście usługi testowe są również świadczone przedsiębiorstwom zgodnie z normą „ASTM D5334-22 Standardowa metoda testowania do określania przewodności cieplnej gleby i skał metodą sondy igłowej”.
Możesz poprosić nas o wypełnienie formularza, aby umówić się na spotkanie, uzyskać bardziej szczegółowe informacje lub poprosić o ocenę.
