ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Теплоизоляционные конструкции и материалы из "Расчет и оптимизация термоизоляции " Основными характеристиками термоизолятора, которые существенным образом определяют совершенство термоизоляции, являются диапазон рабочих температур и теплопроводность. Помимо этого для термоизолятора важны стабильность в условиях работы теплоизолируемого объекта и совместимость его с конструкционными материалами технологичность при изготовлении, монтаже и демонтаже термоизоляции малые плотность, гигроскопичность и газовыделение при нагреве До рабочих температур низкие сорбционная емкость по отношению к химически активным и радиоактивным газам и коррозионная активность негорючесть и нетоксичность сохранение геометрической формы и постоянство объема недефицитность малая стоимость и ряд других свойств [1]. [c.6] Классификация термоизоляций и используемых в них термоизоляторов может быть построена по различным принципам [1-3]. Среди монолитных термоизоляторов обычно выделяют [3] твердые органические вещества (из которых наименее и наиболее теплопроводными являются технический каучук и волокна древесины, причем их теплопроводности различаются в 3-4 раза) природные каменные материалы (кварц более чем в 10 раз превосходит по теплопроводности мел) кристаллические неметаллические вещества (у алмаза теплопроводность в 500 раз выше, чем у хлората натрия). [c.7] Характерным представителем кристаллических неметаллических термоизоляторов является пиролитический графит (пирографит). Его получают осаждением из газовой фазы на поверхность подложки при температурах 1500-2500 С [1], причем с ростом температуры подложки плотность пирографита приближается к теоретической плотности графита. Пирографит обладает ярко выраженной анизотропией свойства теплопроводности его теплопроводность в направлении нормали к поверхности осаждения примерно на два порядка ниже, чем в тангенциальных направлениях. Дело в том, что при осаждении пирографита образуются гексагональные плотноупакованные кристаллы в виде шестигранных призм, основания которых параллельны (или почти параллельны) поверхности осаждения, что приводит к образованию упорядоченной кристаллической структуры, вызывающей указанную анизотропию свойства теплопроводности. [c.7] ПИИ (независимости от направления) свойства теплопроводности. [c.8] В теплоизоляциях с ограниченным временем работы могут использоваться подвергающиеся тепловому разрушению композиционные монолитные материалы, состоящие, как правило, из отдельных элементов термостойкого наполнителя (зерен, чешуек, волокон, слоев ткани, пленок), заключенных в матрицу из органического или неорганического связующего. Указанные композиционные материалы обычно анизотропны по отношению к свойству теплопроводности. Тепловое воздействие на поверхность такой теплоизоляции вызывает в композиционном материале сложные физико-химические процессы, сопровождаемые плавлением, испарением, газификацией и уносом вещества и связанные со значительным поглощением теплоты, что в основном обеспечивает защиту теплоизолируемого объекта от указанного воздействия. Этот тип термоизоляции относят к классу тепловой защиты [4]. [c.8] Следует также отметить термоизоляции и термоизоляторы с теплопоглощением в объеме и на поверхности за счет пористого или пленочного охлаждения. При этом газообразный или жидкий охладитель подается к подверженной тепловому воздействию поверхности через систему пор или каналов, нагреваясь (а иногда и испаряясь) в них и создавая завесу на этой поверхности, что в итоге создает дополнительный барьер на пути теплового потока к термоизолируемому объекту. [c.9] Таким образом, лишь в сравнительно небольшом числе случаев слой теплоизоляционного материала, нанесенного на теплоизолируемую поверхность, является одновременно и теплоизоляционной конструкцией, т.е. термоизолятор можно отождествить с термоизоляцией. В большинстве случаев термоизолятор - это лишь составная часть термоизоляции, которая часто является достаточно сложной конструкцией, требующей при проектировании и отработке применения достаточно эффективных методов расчета основных рабочих параметров и их оптимизации. [c.10] В общем случае передача теплоты в немонолитном термоизоляторе происходит путем кондукции, конвекции и теплового излучения. Однако для упрощения инженерных методик расчета и оптимизации термоизоляции целесообразно считать термоизолятор условной сплошной средой, наделенной некоторыми эффективными [5] (или эквивалентными) теплофизическими свойствами, которые позволяют описать все указанные процессы передачи теплоты только при помощи эквивалентного им кондуктивного процесса. [c.10] Далее будем полагать, что эффективные характеристики термоизолятора являются его паспортными данными, которые определяются экспериментально. Следует отметить, что при использовании того или иного термоизолятора в конкретной теплоизоляционной конструкции условия эксплуатации в некоторых случаях могут отличаться от условий эксперимента, в котором определялись эффективные характерист( ки. Учет условий эксплуатации и способы расчетной оценки влияния на эффективную теплопроводность параметров структуры пористых, порошковых, гранулированных, слоистых. .и волокнистых термоизоляторов рассмотрены в [1-6], а пример такой расчетной оценки приведен в 2.6. [c.10] Неотрицательный коэффициент пропорциональности к, называемый теплопроводностью, зависит от материала тела, его структуры и температуры и обычно определяется экспериментально. [c.11] Для однородного тела величина явно не зависит от пространственных координат, но ее значение может изменяться от точки к точке при неравномерном распределении температуры в теле из-за зависимости от Т. [c.12] В последнем случае благодаря высокой степени симметрии относительно оптической оси кристаллы изотропны в плоскости, параллельной основаниям шестигранной призмы. [c.14] Для анализа стационарного режима работы термоизоляции из теплофизических характеристик термоизоляторов достаточно располагать сведениями лишь об их эффективной теплопроводности. Анализ нестационарного (и, в частности, квазистацио-нарного) режима работы термоизоляции требует расширения информации о теплофизических характеристиках термоизоляторов, связанных с их способностью поглощать энергию при нагревании. [c.15] Уравнение (2.6) в общем случае является нелинейным, так как си А. могут зависеть от искомой функции Т(М, t), а jy может нелинейно зависеть от температуры. Для однородного тела это уравнение можно представить в двух эквивалентных формах. [c.17] Здесь коэффициент диффузии внутренней энергии а (L/) = = к (U)/ U) зависит от ее объемной плотности ЩМ, t), которая является искомой функцией. [c.18] Здесь коэффициент потенциалопроводности а(Ф) = Л(Ф)/с(Ф) зависит от искомой функции Ф(М, t). [c.18] Переход от уравнения (2.6) к его эквивалентным формам (2.7) и (2.8) в некоторых случаях может упростить решение задачи теплопроводности, особенно если a(L/) в (2.7) или а(Ф) в (2.8) слабо зависят соответственно от [/или Ф. Другие варианты подстановок и способы упрощения уравнетдая (2.6) даны в [7,10,11]. [c.18] Вернуться к основной статье