Page 43 - חוברת תקצירים מכונות תשפ״ד
P. 43
חוברת תקצירים | מחזור כ״ה תשפ״ד
אופיר ענתי Ofiranati22@gmail.com
שם הפרויקט: פיתוח מערכת למדידת מוליכות תרמית
ME-24-29
מנחים: אפי צמח ואלדר שמואל
על הפרויקט בדקה וחצי: https://youtu.be/aOLBlTgf1Xc
תקציר:
פרויקט גמר זה עוסק בפיתוח מערכת למדידת מוליכות תרמית של חומרים. מוליכות תרמית היא תכונה המבטאת את יכולתו של חומר להעביר חום, כאשר מעבר החום מתבצע מאזור בעל אנרגיה תרמית גבוהה לאזור בעל אנרגיה תרמית נמוכה יותר. תהליך זה מתקיים באמצעות תנועת אלקטרונים חופשיים בגרעין האטום, כאשר התנגשויות בין האלקטרונים מגבירות את האנרגיה הקינטית של החלקיקים, וכתוצאה מכך, מועבר חום. לידיעת ערך המוליכות חשיבות רבה בהנדסה בכלל ובתהליכי הייצור בפרט, שכן מידע זה מסייע בתכנון נכון של מוצרים בהם אנו משתמשים בחיי היום יום, במיוחד במערכות ומוצרים תרמיים. מטרת הפרויקט היא לפתח מערכת למדידת מוליכות תרמית של חומרים מודפסים בעלי מוליכות תרמית נמוכה, אשר הידע עליהם בספרות מוגבל, במיוחד בתנאי הדפסה שונים. לצורך כך, פותחה מערכת המבוססת על שיטה רדיאלית חד-ממדית, המשתמשת בדגם גלילי עם מקור חום פנימי, המורכב משני גופי חימום ותותב נחושת המחבר בינהם. מערכת זו שומרת על טמפרטורת דופן קבועה של הדגם באמצעות מאגר מים, ובעזרת חיישני טמפרטורה נמדדות נקודות מוגדרות מראש הנמצאות בדגם הנבדק. מכיוון שהדרישה הינה לחומרים מודפסים בעלי מוליכות תרמית נמוכה ושימוש בחומר גלם זמין וזול, הוחלט על בדיקת ערכי המוליכות בחומרים PLA וPETG. במסגרת תהליך הפיתוח בוצע סקר ספרות מקיף להבנת תהליכי מעבר חום ולסקירת שיטות שונות לאפיון מוליכות תרמית ומציאת ערכים מתאימים. בהתאם לתנאי הדפסת המודל, כמו דגם המדפסת, טמפרטורת ההדפסה, אחוז
המילוי ומהירות ההדפסה נמצא שערך מוליכות תרמית של PLA, הוא ] 𝑊𝑊 [ 0.189 ושל PETG הוא ] 𝑊𝑊 [ 0.2. לצורך 𝐾𝐾∙𝑚𝑚 𝐾𝐾∙𝑚𝑚
חישוב המוליכות באמצעות חוק פוריה, נדרש להגיע למצב של מעבר חום רדיאלי חד-ממדי, תוך שמירה על טמפרטורת דופן קבועה ומזעור איבודי חום. לאחר ביצוע אנליזת חום לשם דיוק תכנון המערכת ולהבנת תופעת מעבר החום, המערכת תוכננה בתוכנת SolidWorks, ונערכו ניסויים על החומרים. בעזרת ניתוח תוצאות הניסויים נמצאה התאמה טובה עם ערכים של
] 𝑊𝑊 [ 0.2105 לחומר PLA ו-] 𝑊𝑊 [ 0.2337 לחומר PETG, כאשר השגיאות בהתאמה לערכים הספרותיים הינם 11% 𝐾𝐾∙𝑚𝑚 𝐾𝐾∙𝑚𝑚
ו16% בהתאמה. לאור ההתאמה הטובה נראה כי מערכת הניסוי עומדת בדרישות הפרויקט ומאפשרת מדידה של חומרים בעלי מוליכות תרמית נמוכה בצורה יעילה ונכונה.
מילות מפתח: מוליכות תרמית, מעבר חום, הדפסה תלת מימד.
43
Fig 1. System modeling in SolidWorks Fig 2. Experimental system
