Thermal and acoustic analogy for the study of thermal acoustic physical properties of solid materials

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. The article addresses the method of thermal and acoustic analogy, used to determine thermal and acoustic properties of solid building materials. A mathematical study is provided, which enables identifying parameters, dependencies and criteria characteristic of the propagation of temperature and sound waves in solid materials and to derive a new physical meaning of thermal conductivity. The mathematical experiment is confirmed by the experimental study conducted using a fluoroplastic specimen.Materials and methods. The method developed by the authors for determining a set of thermal and acoustic properties of solid materials is based on thermal and acoustic analogy. Temperature and sound vibrations (waves) propagate in a solid body according to the cosine law and are easily reproduced in laboratory conditions, which made it possible to conduct an experimental study by measuring the temperature and density of a heat flux on the surface of a specimen.Results. Experimental data on temperature and heat flow were obtained from the experiment conducted using the specimen under study, which made it possible, using the methodology developed by the authors, to identify thermal and acoustic properties of the material, including thermal conductivity, volumetric heat capacity, thermometric conductivity, surface veloci-ty of temperature waves, as well as the acoustic velocity of sound in the material. In addition, the mathematical experiment on thermal and acoustic analogy allowed the authors to establish the law of a temperature wave. Moreover, this law enabled formulating a new physical meaning of thermal conductivity of a substance.Conclusions. Experimentally identified thermal and acoustic properties of the material are consistent with the data provided in the reference and engineering literature, the discrepancy does not exceed 5 %, which confirms the validity of the mathematical experiment. Thermal and acoustic analogy makes it possible to determine not only the thermal conductivity, but also the speed of sound in materials by temperature and heat measurements taken on the surface.

About the authors

V. M. Fokin

Volgograd State Technical University (VSTU)

Email: fokinvm@mail.ru

A. V. Kovylin

Volgograd State Technical University (VSTU)

Email: kovylin.andrei@mail.ru
ORCID iD: 0009-0000-3497-3394

References

  1. Патент RU № 2767468 С1, МПК G01N 25/18, G01N 3/54. Способ определения комплекса теплозвукофизических и механических характеристик твердых материалов / Фокин В.М., Ковылин А.В.; патентообл. Ковылин А.В.; заявл. № 2023104914 от 01.03.2023; опубл. 01.08.2023. Бюл. № 22.
  2. Дмитрович А.Д. Определение теплофизических свойств строительных материалов. М. : Госстройиздат, 1963.
  3. Иофе В.К., Корольков В.Г., Сапожков М.А. Справочник по акустике. М. : Связь, 1979. 312 с.
  4. Vladimirovich K.O., Aleksandrovich P.S., Alexandrovich P.A., Sergeevna S.E. Automated portable installation to determine the thermo physical properties of the object // Journal of Computational and Theoretical Nanoscience. 2019. Vol. 16. Issue 7. Pp. 3115–2120. doi: 10.1166/jctn.2019.8228
  5. Vladimirovich K.O., Aleksandrovich P.S., Alexandrovich P.A., Sergeevna S.E. Measuring the thermo physical properties of construction projects // Journal of Computational and Theoretical Nanoscience. 2019. Vol. 16. Issue 7. Pp. 3121–3127. doi: 10.1166/jctn.2019.8229
  6. Shaimerdenova K.M. Investigation of the thermophysical characteristics of minerals at various heating parameters // Eurasian Physical Technical Journal. 2021. Vol. 18. Issue 1. Pp. 70–74. doi: 10.31489/2021no1/70-74
  7. Mikailsoy F.D. On the influence of boundary conditions in modeling heat transfer in soil // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2017. Vol. 90. Issue 7. Pp. 67–79. doi: 10.1007/s10891-017-1540-y
  8. Yakushkin I.P. Development of a module to measure losses through building envelopes for the smart energy-saving ventilation automatic control system // International Journal of Control Theory and Applications. 2016. Vol. 9. Issue 30. Pp. 1–7.
  9. Kuznetsov G.V., Katz M.D. Analysis of conditions for determining the thermophysical characteristics of energetic materials by the laser pulse method // Russian Journal of Physical Chemistry B. 2016. Vol. 10. Issue 6. Pp. 978–982. doi: 10.1134/s1990793116060051
  10. Yur’ev B.P., Gol’tsev V.A. Thermophysical properties of Kachkanar titanomagnetite pellets // Steel in Translation. 2016. Vol. 46. Issue 5. Pp. 329–333. doi: 10.3103/s0967091216050168
  11. Dzhuraev D.S., Safarov M.M. Studies of thermophysical properties of ferrofluids // Measurement Techniques. 2016. Vol. 59. Issue 7. Pp. 743–746. doi: 10.1007/s11018-016-1040-z
  12. Shchukina T.V., Sheps R.F., Burak E.E. Energy-saving regimes examination during new generation building structures insolation: international multi-conference on industrial engineering and modern technologies electronic edition // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 463. P. 022072. doi: 10.1088/1757-899x/463/2/022072
  13. Kryuchkov O.B., Malenko P.I., Konovalov S.S., Kostygova O.V. The study of the influence of the initial furnace temperature on the temperature drop across the section of a billet using physical modeling // Черные металлы. 2018. № 12. С. 34–40. EDN OFJHLU.
  14. Брайцев Э.В., Сиссе М., Ватин Н.И. Определение звукоизоляции воздушного шума перегородок готовых сантехнических модулей компании «Modulbau» Россия // Неделя науки ИСИ : мат. Всерос. конф. в 3 частях. Ч. 2. 2021. С. 123–126. EDN YYLOKM.
  15. Усадский Д.Г. Методы технического контроля эффективных энергетических систем зданий и сооружений // Новая наука: стратегии и векторы развития. 2016. № 4–2 (76). С. 181–184. EDN VTKXAV.
  16. Удалова А.П., Чернышов В.Н. Метод неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов и изделий с использованием СВЧ-нагрева в реальных условиях эксплуатации изделий // Контроль. Диагностика. 2021. Т. 24. № 11 (281). С. 58–63. doi: 10.14489/td.2021.11.058-063. EDN WQHUYU.
  17. Чернышов А.В., Голиков Д.О., Чернышов В.Н. Метод и система оперативного контроля теплофизических характеристик строительных материалов // Контроль. Диагностика. 2010. № 11. С. 57–61. EDN NBNGXN.
  18. Корниенко С.В., Ватин Н.И., Горшков А.С. Оценка теплозащиты эксплуатируемых жилых зданий из газобетонных блоков // Энергосбережение. 2016. № 7. С. 56–72. EDN WWCNPZ.
  19. Беранек Л. Акустические измерения. М. : Изд-во иностр. лит., 1952. 627 с.
  20. Фокин В.М., Ковылин А.В., Усадский Д.Г. Метод определения теплофизических свойств твердых материалов с использованием волнового температурного числа // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2023. № 2 (770). С. 101–112. doi: 10.32683/0536-1052-2023-770-2-101-112. EDN PRGMTS.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».