Исследования свойств теплоизоляции

Вариант 23

Цель работы

Овладение методикой и приобретение навыков исследования свойств теплоизоляции. Изучение характеристик и свойств теплоизоляции с целью уменьшения теплопотерь через теплоизоляцию.

[pic 1]

Основные теоретические положения

В проблеме энергосбережения большое значение имеет уменьшение потерь тепла при транспортировании энергоносителей. При этом важнейшими факторами, влияющими на теплопотери являются материал теплоизоляции и толщина ее слоя. Выбор материала определяется в первую очередь его коэффициентом теплопроводности и технологическими особенностями материала. Увеличение толщины слоя изоляции, с одной стороны, приводит к росту термического сопротивления теплопроводности, пропорционального толщине, и снижению температуры на поверхности изолированного трубопровода, т.е снижению температурного напора, определяющего величину теплопотерь с поверхности. Однако одновременно растет пропорционально радиусу поверхность теплообмена с окружающей средой. Поскольку величина теплового потока пропорциональна произведению температурного напора на площадь поверхности теплообмена, эти факторы обусловливают существование критического диаметра изоляции, величина которого соответствует максимуму теплового потока через стенку трубопровода. В случае, если наружный диаметр изоляции меньше критического dи3 < dKp, увеличение толщины слоя изоляции будет приводить к росту тепловых потерь вследствие уменьшения суммарного термического сопротивления теплопередачи.

Рассмотрим влияние изменения наружного диаметра изоляции  d3 на термическое сопротивление теплоизолированной стенки (рис. 1). Термическое сопротивление теплопередачи изолированной цилиндрической стенки определяется выражением

Rl = [1/(πα1d1)] + (1/π2λc) ln(d2/d1) +(1/π2λиз) ln (d3/d2) + [1/(πα2d3 )],             (1.1)        

или

Rl = Rl 1 + Rl с + Rl из + Rl 2,

где  d1 и  d2 - внутренний и наружный диаметры стенки,  λc  и  λиз  - коэффициенты теплопроводности материала стенки и изоляции.

При постоянных значениях  α1, α2, d1, d2, λc, λиз  величина  Rl  будет зависеть только от внешнего диаметра изоляции  d3, так как термические сопротивления теплоотдачи внутри трубы  Rl 1 и теплопроводности стенки  Rl с постоянны. С ростом  d3  увеличивается термическое сопротивление теплопроводности изоляции   Rlиз = (1/π2λиз)ln(d3/d2), а термическое сопротивление теплоотдачи  Rl2 = 1/(πα2d3 ) уменьшается. Очевидно, что полное сопротивление  Rl  будет определяться характером изменения его составляющих  Rl из  и  Rl 2 .

Для того, чтобы выяснить, как будет меняться  Rl  при изменении наружного диаметра изоляции  d3, возьмем первую производную функции  Rl  = f (d3) и приравняем ее к нулю:

d(Rl)/d(d3) = l/(2 λизd3) - l / (α2d32) = 0.          (1.2)

Значение  d3 = 2λиз/α2 , найденное из этого выражения, соответствует экстремальной точке кривой, изображающей функцию  Rl = f(d3). Вторая производная функции  Rl  = f(d3) в этой точке будет больше нуля. Следовательно, найденному значению  d3 соответствуют минимальное термическое сопротивление теплопередачи и максимальная плотность теплового потока. В этом случае наружный диаметр  d3 называется критическим диаметром изоляции и обозначается