Zur dynamischen Wärmeleitfähigkeit und -diffusivität, die in Wärmeimpulsexperimenten beobachtet werden

Abstract Die Bestimmung der thermischen Eigenschaften von Materialien mit komplexen Strukturen ist heute nach wie vor eine große ingenieurtechnische Herausforderung. Das bekannte Wärmeimpulsexperiment kann verwendet werden, um die thermische Diffusivität zu bestimmen, indem die Temperaturgeschichte als thermische Reaktion auf eine schnelle Anregung gemessen wird. Die Auswertung der Messungen kann jedoch herausfordernd sein, insbesondere im Umgang mit nicht-homogenen Proben. Das thermische Verhalten solcher heterogenen Materialien kann eine Reaktion einschließlich zweier Zeit-Skalen aufweisen. Daher ist die Fourier-Gleichung nicht unbedingt anwendbar. Die einfachsten möglichen Alternativen sind die 2-Temperatur-Modelle, die Guyer-Krumhansl- und die Jeffreys-Wärmegleichungen. In diesem Beitrag konzentrieren wir uns auf die Interpretation der Jeffreys-Wärmegleichung; durch das Studium ihrer analytischen Lösung präsentieren wir eine Anpassungsmethode zur Bestimmung der unbekannten Parameter. Wir diskutieren auch ihre Beziehung zu den anderen beiden Wärmegleichungen und bieten eine Interpretation an, wie die transiente Reaktion von heterogenen Materialien charakterisiert werden kann.