背景

我正在与一个小团队一起在一个大学项目中建立温室散热器。这将使温室顶部的热空气向下通过一个地下室，该室中充满了吸收和存储温暖空气的材料。我们有两个原型温室；一个将充当基线测量的控件，另一个将具有散热器。

设定

我已经为最终的原型构建了多个温度传感器和记录器，但是正在对各种材料进行一些初步测试：

1. 15-25mm之间的花岗岩碎片，不规则形状
2. 钢化玻璃破碎成约7-15mm的小块，至少2面平坦
3. 混凝土碎片30-80mm，形状不规则- 测试未完成

将它们放在5升的盒子中。盒子的底部有一个小风扇和管道，可将空气吹入室内，并通过盒子底部的6mm孔释放空气。盒子的顶部是密封的，除了通风孔，通风孔的直径与带风扇的管道的直径相同。PT1000温度传感器也插入每种材料的中心，以每秒捕获一次测量值。这是测试框的图像：

程序

在两种材料的较小样品上计算出的自由空间使花岗岩的粗略数字为42％，玻璃为43％。然后在花岗岩上然后在玻璃上进行了两个测试：

1. 两者都在室外冷却了几个小时至约5.5°C，然后被带入房间，并在风扇打开的情况下放置了1个小时。当材料升温至室温时记录温度。
2. 第一次测试后，将材料放入冰箱，冷却至-20°C，再次记录温度。

结果

如下所示，玻璃在两个数据集中均表现出滞后性，即预热和冷却，之后温度变化变得更加线性。而花岗岩在整个温度中表现出更线性的变化。

玻璃保温（x轴秒，y轴温度）

玻璃冷却（x轴秒，y轴温度）

花岗岩升温（x轴秒，y轴温度）

花岗岩冷却（x轴秒，y轴温度）

问题

我们目前正在讨论结果，我对我们收集的数据的专家意见感兴趣。数据很有趣，我们正在正确地解释它。特别：

• 玻璃碎片的形状允许更多的互锁形状，这可能会更多地限制气流，但这是否仍具有更线性的温度变化？
• 玻璃数据可能是由于材料中较小的热膨胀变化引起的吗？
• 玻璃的导热率比花岗岩低，这是滞后的原因吗？

我将集中讨论两件事-1）两种材料之间的传热系数差异，以及2）两种材料的热容量差异。

1. 传热系数取决于空气和固体之间的物理界面。材料的表面积和气流的量都会考虑在内。如上所述，颗粒越小，表面积越大，但是对气流的限制越大。您可能需要通过实验确定一个平衡点。

2. 接收器材料的热容量决定了材料的温度对环境温度变化的响应速度。这越高，接收器的性能越好。密度和比热的增加使得散热材料更好。这与岩石的大小或气流速率无关-更大的热容量始终会更好。

$T = C-A e^{-b x}$

我的假设是，玻璃比花岗岩具有更高的稳定性，因为玻璃对红外线而非花岗岩具有反射性-因此可以屏蔽大部分辐射的热传递。

假设：我在网上找到了一个5L的盒子，尺寸为340mm x 200mm x 125mm-带有绝缘底部，导致盒子的表面积为0.203平方米。根据一些计算，并使用此处给出的发射率 s，是在“加热周期”期间，在1600秒的平稳状态下，玻璃将以22W的速率因辐射而散失热量-Wolfram告诉我大概应该是6.53K的变化，但是盒子并没有发生变化。

考虑到实验正在观察15K的总变化，这是传热的重要部分。因此，风扇实际上只是在做一小部分热功，而辐射却吸收了很大一部分。

在大部分热量将散失的红外光谱中，玻璃和花岗岩的行为似乎大不相同。 花岗岩在链接的图像中似乎有些透明。这是基于以下事实：图像的边缘模糊-如果图像不透明，则管道的边缘在热点处会很脆（例如在链接的玻璃视频中）-但我不是辐射专家材料的特性。 玻璃不仅阻挡了视频中的红外辐射，而且根据视频似乎可以反射辐射。这是有道理的，这就是温室的运作方式。

这意味着，由于传感器直接位于材料盒的中间，因此玻璃层会不断反射回任何传热（设想牛排上有做得好且稀有的层），从而使过程停滞了。花岗岩没有这种作用，因此以近似均匀的方式辐射。

没有进一步的实验，很难得出明确的结论。进一步的去除辐射影响的实验将证明这一假设。