Головна

Процеси тепло-і масообміну в теплоізоляційних матеріалах

Теплоізоляційні матеріали за своїм походженням поділяються на неорганічні (Скловолокно, мінеральна вата та ін.) І органічні (Пробка, пінопласти, пенополіуретани і ін.).

за структурі і способом кріплення до поверхні матеріали поділяються на такі види:

· плиткові (Пінопласти, коркові плити, пінобетон, експанзіта);

· волокнисті (мінеральна вата);

· напилювані і заливаються вспенивающем (Пенополіуретани);

· теплоотражающие повітряно - шаруваті (алюмінієва фольга);

· сипучі (Пробкова крихта).

У побутових холодильниках застосовуються волокнисті і заливаються вспенивающем теплоізоляційні матеріали. Волокниста мінеральна вата в даний час застосовується рідко. До найбільш перспективним теплоізоляційних матеріалів відносяться пенополіуретани, які мають низькі значення коефіцієнта теплопровідності. Зокрема, новий різновид пенополиуретанов - Рипор має коефіцієнт теплопровідності 0,026 Вт / м2? К, низьку паровлагопроніцаемость, високу адгезію практично до всіх будівельних матеріалів, він нетоксичний і негорючий. За допомогою пенополиуретанов можна отримувати конструкції будь-якої конфігурації за допомогою заливки піни в форми або напилення на ізольовані поверхні.

Ізоляція з волокнистих і спінених матеріалів представляє собою дисперсних систем, що складається з твердого компонента і газу, що заповнює вільний простір. Відношення обсягу, зайнятого газом, до обсягу ізоляції називають пористістюізоляційного матеріалу. Теплообмін в таких системах визначається переважно геометрією пористого простору: ізоляція на основі спінених пластмас має замкнуті пори, в той час як в волокнистої ізоляції утворюються порожнечі між волокнами.

Теплообмін в твердому кістяку, проміжної середовищі і на кордонах між ними здійснюється за допомогою теплопровідності твердого матеріалу: передачі теплоти від однієї твердої частинки до сусідньої в місцях їх безпосереднього контакту, молекулярної теплопровідності в середовищі, що заповнює проміжки між частинками, передачі теплоти на кордонах твердих частинок з зовнішньої середовищем, випромінювання від частки до частки через проміжну середу, конвекції газу і вологи, що містяться між частинками.

Для характеристики ізоляції вводять поняття ефективної теплопровідності, Яка враховує всі складові теплообміну і залежить від тиску газу - наповнювача, температури на поверхнях ізоляції, пористості, розмірів твердих частинок, коефіцієнта температуропровідності, теплоємності ізоляції. У пористих теплоізоляційних матеріалах основна частка теплоти передається молекулярної теплопровідністю газу всередині ізоляції.

Процес передачі теплоти теплопровідністю газу, що знаходиться всередині ізоляції, обумовлений взаємодією молекул газу між собою і залежить від пористості ізоляції: чим менше пористість, тим менше теплоти передається за рахунок міжмолекулярних зіткнень. Як відомо з молекулярно - кінетичної теорії, молекулярна теплопровідність залежить від молекулярної маси газу. Тому заміна повітря важчим газом, наприклад, фреоном з молекулярної масою, що перевищує 50, дозволяє значно зменшити ефективну теплопровідність ізоляції.

Теплообмін на кордоні твердих частинок з зовнішнім середовищем обумовлений взаємодією молекул газу з поверхнею твердого тіла і залежить від пористості ізоляції, роду газу - наповнювача, температури і тиску газу, властивостей твердого речовини.

Променистий теплообмін в ізоляції визначається переважно рівнем температур на поверхні ізоляції і залежить від усередненого відстані між твердими частинками основи, ступеня чорноти твердих частинок і поверхонь, що обмежують ізоляцію, поглощательной і випромінювальної здатності газу - наповнювача. З ростом температур, ступеня чорноти і пористості передача теплоти випромінюванням зростає.

Коефіцієнт теплопровідності ізоляційного матеріалу l при експлуатації збільшується внаслідок поступового її зволоження. Значення коефіцієнта теплопровідності для сухого матеріалу визначають за середньою робочій температурі.

коефіцієнт lt є лінійною функцією температури:

,  (28)
 де lо -  коефіцієнт теплопровідності сухого ізоляційного матеріалу при температурі 0 ° С;
  b -  температурний коефіцієнт теплопровідності;
  b -  постійна, що показує зростання коефіцієнта теплопровідності при підвищенні температури на 1 ° С: b = lо? b.
         

значення lо, B і b визначаються дослідним шляхом при випробуванні матеріалів. Коефіцієнт b для різних теплоізоляційних матеріалів має різні значення і становить (2 ... 4) '10-3 К-1.

Теплопровідність сухого матеріалу залежить в основному від питомої обсягу, що визначає кількість твердого теплопровідного пористого речовини. При оптимальної пористості теплопровідність наближається до теплопровідності нерухомого повітря.

Збільшення теплопровідності при зволоженні матеріалів пояснюється рядом факторів. Згідно капілярному ефекту волога проникає в найдрібніші, тобто в найбільш цінні з точки зору теплоізоляційних властивостей, пори матеріалу, витісняючи з них повітря і утворюючи як би теплові містки (теплопровідність води в 15 - 20 разів вище теплопровідності повітря).

температура tн і парціальний тиск водяної пари Рн зовнішнього повітря набагато більше температури і парціального тиску Рк повітря в низькотемпературній камері холодильника. При експлуатації холодильника через ізоляцію із зовнішнього середовища надходить кількість теплоти Q1 і кількість водяної пари G1, Яке для випадку плоскої багатошарової стінки визначається рівняннями:

,  (29)
,  (30)
 де Rз, Rдиф -  відповідно термічне і дифузне опір ізоляції;
  Fн -  площа поверхні ізольованої стінки;
  tн, tк -  температура зовнішнього повітря і повітря всередині камери;
  Рн, Рк    парціальний тиск водяної пари зовні і всередині ізольованого огорожі.
,  (31)
 де aн, aк -  коефіцієнти тепловіддачі з боку зовнішньої і внутрішньої стінок камери;
  di -  товщина шару теплоізоляції;
  li -  коефіцієнт теплопровідності шару теплоізоляції.
,  (32)
 де mi -  коефіцієнт паропроникності шару теплоізоляції.
               

Температуру зовнішньої і внутрішньої стінок огороджень визначають по залежностях:

,  (33)
,  (34)

За розрахованими значеннями температур перевіряють допустимість значення Доз, Обраного або певного експериментально. Товщина ізоляції вважається достатньою, якщо коефіцієнт теплопередачі огородження забезпечує виконання умови:

,  (35)

тобто температура зовнішньої стінки вище температури точки роси.

При невиконанні нерівності (35) на поверхні відбуватиметься конденсація вологи з подальшим зволоженням ізоляції, підвищенням коефіцієнта теплопровідності ізоляції, що призведе до зростання теплопритоков в камери холодильника і витрат енергії на виробництво холоду.




Процеси дросселирования в капілярних трубках | Властивості тканин і забруднень

Мобільні кондиціонери | віконні кондиціонери | Кондиціонери спліт-систем | Процеси обробки їх повітря | Основи теорії теплообміну | Критерії подібності процесів теплообміну | Конвективний теплообмін без зміни агрегатного стану робочої речовини | Конвективний теплообмін в процесах кипіння робочих речовин | Конвективний теплообмін в процесах конденсації робочих речовин | Процеси теплообміну в регенеративних теплообмінниках |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати