разное

Теплопроводность

Коэффициент теплопроводности материала в большой мере обусловливается его структурой. У пористых тел тепло пере­дается через твердое вещество и через пустоты с находящими­ся в них газами. Поскольку газы являются плохим проводни­ком тепла, то изолирующая способность материала будет тем выше, чем больше его пористость. Но передача тепла внутри пор снижается с уменьшением их диаметра, так как при опре­деленной величине ее диаметра может достигаться минималь­ная теплопроводность. Так, по данным М. Хюбшера [126], теп­лопроводность пеностекла с ячейками диаметром 5 мм прибли­зительно на 37% 'больше, чем для пеностекла со средним диаметром ячеек 2 мм.

И. С. Каммерер [401] приводит сведения об изменении теп­лопроводности воздуха, замкнутого в ячейках размером О—3 мм в интервале температур 0—500 °С. Согласно его дан­ным, теплопроводность воздуха при 500 °С увеличивается при­мерно в 10 раз в ячейках размером 3 мм.

По мнению М. А. Михеева [402], при увеличении размера замкнутых пор возрастает конвективный теплообмен внутри поры между газом и твердой оболочкой. При этом процесс теп­лопередачи осуществляется одновременным действием тепло­проводности и конвекции. По приведенной им формуле (6.3), количество тепла Q, передаваемое через ячейку, близкую к шару, пропорционально тепловой проводимости стенки Л/6, по­верхности ячейки Fx и температурному напору At:

Q = 4- FxAi (ккал/ч). (6.3)

О

Здесь К — коэффициент теплопроводности; 6 — толщина обо­лочки; At — градиент температуры.

В случае шаровой стенки

Fx = VF^l, (6.4)

Где Fі и Ft — соответственно внутренняя и наружная поверх­ности ячейки.

Следовательно, при производстве теплоизоляционного пе­ностекла необходимо стремиться к получению материала с ми­нимальным значением объемной массы при возможно мень­шем диаметре закрытых пор. Это требование справедливо так­же и по отношению к прочности пеностекла и устойчивости вязкой пены. Поскольку газы, содержащиеся в ячейках, имеют значительно меньшую теплопроводность, чем стекло, то для достижения минимального значения X следует регулировать степень насыщения пеностекла газами. В связи с этим возни­кает необходимость установления зависимости между тепло­проводностью и объемной массой пеностекла.

Для расчета коэффициента теплопроводности пеностекла М. Хюбшер [126] рекомендует применять уравнение Э. Мане - гольда [55], выведенное им для пористых органических мате­риалов, по которому

% = Х0 Арс + ЯгРг. (6.5)

Здесь X — теплопроводность пеностекла; Хс — теплопровод­ность стекла; Яг — теплопроводность газов в ячейках пеностек­ла; Рс — относительный объем стекла в пеностекле yjyci Рт— относительный объем ячеек, равный 1—Рс! уп—-объемная масса пеностекла, кг/м3; ус — плотность стекла, кг/м3.

Подставляя в уравнение (6.5) соответствующие значения, например ус = 2500 кг/м3, Яс = 0,7 ккал/ (м-ч-°С) и Хт= =0,0203 ккал/(м■ ч-°С), получаем

X = 0,0203 + 0,00018у. (6.6)

Анализ зависимости X=f(y) для пеностекла того же интер­вала объемной массы, приведенной другими авторами [55, 115, 126], показывает, что уравнение (6.6) имеет несколько иные значения слагаемых, что можно объяснить изменением струк­туры материала, главным образом величины и формы ячеек. Характер кривых, выражающих данную зависимость для строительного и влагозащитного пеностекла (рис. 6.7), под­тверждает влияние на повышение X не только структурного фактора, но и состава газов, заключенных в ячейках, а также давления их внутри ячеек.

Нами экспериментально установлено, что в ячейках готово­го пеностекла давление газов ниже атмосферного и в зависи­мости от их размера и состояния структуры суммарная вели­чина его находится їв пределах 500—720 мм рт. ст. Поскольку конвекция газов в ячейках ослабляется с понижением давле­ния в них, то это должно влиять не только на снижение X, но и на уменьшение градиента dX/dy, что мы и наблюдаем, сопостав­ляя кривые 1 и 3 или 2 и 4 (рис. 6.7). Влияние снижения дав­ления в ячейках на величину X подтверждается и тем, что при одинаковом градиенте температуры для обоих видов пе­ностекла (от —180 до +25 °С) Ah для влагозащитного пено­стекла меньше, чем для строительного, у которого конвекция газов в ячейках более активная, поскольку их масса в равно­великих ячейках большая.

Таким образом, при необходимости получения пеностекла с минимальным значением h следует стремиться не только сни­жать его объемную массу, но и вести процесс вспенивания

Теплопроводность

160 /80 200 220 f, кг/м3

Рис. 6.7. Зависимость коэффициента теплопроводности пеностекла от объем­ной массы: 1, 2—влагозащитного при +25 (/) и —180°С (2); 3, 4 — строительного пеностекла прн +25 (3) и —180 °С (4)

Таким образом, чтобы получить пеностекло с мелкопористой замкнутой структурой.

В связи с изложенным становятся понятными расхождения в значениях h для пеностекла с равнозначной объемной мас­сой, приводимые многими «следователями [1, 7, 12, 50, 52, 115, 126, 306]. Очевидно, поэтому в литературе приводятся различные формулы, выражающие зависимость h для задан­ного интервала объемной массы.

Если полученные нами экспериментальные данные (рис. 6.7) аппроксимировать прямыми, то зависимость h=f(y) для влагозащитного пеностекла (кривые 1 я 2) можно выра­зить следующими уравнениями:

TOC \o "1-3" \h \z Ч25°с = 0,000099у + 0,035, (6.7)

= 0,000078*|> + 0,016. (6.8)

Для строительного пеностекла (рис. 6.7, кривые 3 и 4):

H+25°с = 0,0002137 + 0,0191, (6.9)

№0»с = 0,000206v + 0,0344. (6.10)

Эти уравнения являются весьма приближенными, посколь­ку на теплопроводность пеностекла оказывает влияние не толь­ко количество и величина ячеек, но и их форма. Наши иссле-

Л, ккал/(мчасЪ)

0,04

002

200

О t,*C

0,06

ГОО

Дования показали, что для. пеностекла со сплюснутыми ячей­ками, ориентированными по большой оси эллипса перпенди­кулярно движению теплового потока, характерно снижение (на 20—30%) коэффициента теплопроводности. Величина снижения зависит от размера ячеек и степени их деформации.

Анализируя результаты исследований по теплопроводности, можно отметить, что по мере повышения температуры макси­мума вспенивания пеностекла будет увеличиваться разреже­ние в замкнутых ячейках, в результате чего ослабится конвек­тивный теплообмен. Поэтому

В ряде случаев, когда требуется получить пеностекло с мини­мальным значением коэффици­ента теплопроводности, можно рекомендовать высокотемпера-

Рис. 6.8. Зависимость коэффициента теплопроводности пеностекла от тем­пературы: 1 — строительное пеностек­ло; 2—по данным [407]; 3— влаго­защитное; 4—-по данным фирмы [398]; 5 — по данным И. С. Каммере - ра [408]; 6 — для воздуха

Турное вспенивание или ведение данного процесса в вакуум- аппаратах. Дополнительное прессование заготовок пиропла - стического пеностекла также будет способствовать повышению теплоизоляционных свойств материала.

Зависимость теплопроводности пеностекла от температуры и влажности. С повышением влажности теплопроводность лю­бого изоляционного материала повышается в зависимости от характера локализации в нем влаги [302, 306, 403—406]. В связи с этим для научно обоснованного анализа закономер­ностей изменения теплофизических свойств пеностекла в зави­симости от его структуры и условий получения необходимо рас­смотреть язления накопления и переноса влаги в ячеистых материалах и участие ее в тепломассообмене. Рассмотрим за­висимость Я, ==/(0 двух видов пеностекла — строительного и влагозащитного, отличающихся между собой структурой, объ­емной массой и водопоглощением.

Коэффициент теплопроводности строительного пеностекла в воздушно-сухом состоянии при у = 250 кг/м3 в интервале тем­ператур от +25 до —180 °С уменьшается с 0,065 до 0,038 ккал/(м-ч-°С) (рис. 6.8, кривая 1). Теплопроводность влагозащитного пеностекла (у = 160 кг/м3) (рис. 6.8, кривая 3) t,

В том же температурном интервале изменяется в пределах от 0,05 до 0,03 ккал/(м-ч-°С). Полученные данные, характери­зующие зависимость X=f (/) рассматриваемых видов пеностек­ла в воздушно-сухом состоянии, согласуются до величине и характеру их изменения с результатами бельгийских [407] и американских [398] авторов (рис. 6.8, кривые 2, 4).

Функциональная зависимость X = f(y) в приближенном виде может быть выражена уравнением прямой Яг^Яо+Р^. Значение температурного коэффициента {5 для пеностекла в виде блоков можно рассчитать, располагая данными Хо и Я<, которые сравнительно легко определяются экспериментально.

Изменение %0 у рассматриваемых видов пеностекла (табл. 31) является результатом различия структуры, главным образом размера ячеек и количества дефектов в разделитель­ных стенках, благодаря которым повышается конвективный теплообмен в самом материале. Поэтому Яо для влагозащит­ного пеностекла (табл. 31) имеет минимальное значение по отношению к строительному (Яо—0,052 ккал/(м-ч-°С)) и аку­стическому (>.0=0,061 ккал/(м-ч-°С)) пеностеклу. — Теплопроводность пеностекла при низкой температуре сни­жается в связи с уменьшением скорости теплового движения частиц газов, замкнутых в ячейках (рис. 6.9).

Согласно уравнению состояния газа - pv~nRT, по мере сни­жения температуры в системе и с учетом того, что в случае замкнутой поры значения v, п= const при /? = const и не зави­сящем от вида газа и условий его существования, будет также снижаться давление. Если принять давление газов в ячейках

Таблица 31

Зависимость коэффициентов теплопроводности некоторых видов пеностекла от объемной массы и температуры

H = К + № ккал/(м. ч-°С)

Bs

«я Я

Пеностекло

Формула для расчета

Значение Kf. ккал/{м-ч-°С), при і °С

•о й^г О ї И

25

Too

200

150 200

Влагозащитное

Xt=0,049+0,00013/ ^=0,056 +0,00015/

0,051 0,059

0,062 0,071

0,072 0,086

150 200 250

Акустическое

^=0,061+0,00015/ Я,=0,064+0,0001 It Xt=Q, 073+ 0,00019/

0,065 0,068 0,078

0,076 0,081 0,092

0,091 0,098 0,11]

150 200

Строительное

%t=0,052+ 0,00014/ >4=0,059+0,00016/

0,055 0,063

0,066 0,075

0,080 0,091

250 300 350

7^=0,067+0,00018/ Я,=0,069+ 0,00020/ ^=0,078+0,00023/

0,067 0,074 0,084

0,081 0,089 0,101

0,099 0,109 0,124

Влагозащитного пеностекла при 20 °С равным 500 мм рт. ст., то при —180 °С, согласно уравнению состояния газа, величина его снизится до 120 мм рт. ст. При такой величине вакуума основными видами теплопередачи становятся теплопровод­ность в твердой фазе и лучистый теплообмен, которые в связи с понижением температуры тачкже снижаются. В связи с этим проводимость тепла через стенки ячеек будет тем меньше, чем они тоньше и плотнее покрытие поверхности их частицами

Теплопроводность

200 ~№ О /ОО t;С

Рис. 6.9. Зависимость коэффициента теп­лопроводности от температуры для вла­гозащитного пеностекла в диапазоне от —196 до +200 °С: у=150 кг/м3; средний размер ячеек — 0,85 мм; W пеностекла равно 0,8%

Остаточного углерода. Таким образом, теплопроводность пено­стекла, так же как и его прочность, находится в тесной взаимо­связи с условиями получения пеностекла.

Взаимосвязь между теплопроводностью и влагопоглоще - нием пеностекла. Рассмотренные выше зависимости X=f(t) справедливы для случая, когда влага в пеностекле отсутствует. Но поддержание изоляционного слоя в сухом состоянии обес­печивается при теплоизоляции горячих поверхностей, где сле­дует заботиться лишь о том, чтобы влага не имела доступа к материалу. При устройстве подземной изоляции или в усло­виях знакопеременных температур указанное условие трудно обеспечить в течение длительного времени. С повышением влажности окружающей среды влага активнее проникает внутрь и в зависимости от структуры пеностекла по-разному локализируется в пустотах, заполненных газами. Поскольку роль газов, заключенных в порах, велика, то в случае замеще­ния их водой Я пеностекла значительно повышается. При за­мерзании воды в порах значение Я увеличится еще больше, поскольку средняя теплопроводность льда в десятки раз выше теплопроводности воздуха (Я для воды при 20 °С равна 0,515 ккал/(м-ч-°С), для льда в интервале 0—120 °С 1,9— 3,2 ккал/(м-ч-°С)).

Для влагозащитного пеностекла, у которого открытая по­ристость незначительна, избыточная влага распределяется на поверхности, что при длительном пребывании способствует проникновению ее через систему капилляров и дефектов в раз­делительных стенках внутрь. Количество дефектов в пеностек­ле возрастает в результате деструктивного воздействия льда, при этом повышается его водопоглощение и теплопроводность.

Ошибочно считать, что теплопроводность можно аддитивно рассчитать заменой соответствующей доли газов в порах водой,
или льдом. И. С. Каммерер [306, 409], а затем О. Кришер и Г. Рональтер [410, 411] показали, что такой метод не может быть принят для расчета X других материалов, у которых ка­пиллярная пористость более развита. По их мнению, на тепло­проводность материала в большей степени влияет характер распределения влаги, чем общее его влагосодержание. В. Н. Богословский [412] изменение X в широких пределах для близких по объемной массе изоляционных материалов связы-

Рис. 6.10. Зависимость коэффи­циента теплопроводности вла­гозащитного пеностекла (у= = 160 кг/л3) от водонасыщения: / — при 25 °С; 2 — (—70 °С);

3~ (—180 °С)

Вает с конфигурацией фронта фазовых превращений влаги, ко­торый формируется в зависимости от характера пористости материала.

Согласно Ф. Шиллу [1], при малом водопоглощении пено­стекла повышение к пропорционально объемному водопогло - щению. Приведенные им из работы Ф. Рейдла [397] данные об изменении X в зависимости от объемного водопоглощения в некоторой степени подтверждают это предположение. Однако такая закономерность прослеживается лишь при небольших значениях влажности в области положительной температуры. При отрицательной — наблюдается нелинейная зависимость, что, по мнению В. Н. Богословского [412], связано с фазовыми превращениями влаги в порах. Автор объясняет это тем, что при фазовых превращениях влаги в материале расходуется теплота плавления и испарения или выделяется теплота льдо­образования и конденсации, количественное соотношение ко­торых влияет на изменение теплофизических характеристик материала.

В институте «Теплопроект» исследовали теплопроводность пеностекла с замкнутыми ячейками при различной степени водонасыщения (рис. 6.10). Полученные результаты сопостав­лялись с аналогичными данными для строительного пеностек­ла промышленного изготовления (рис. 6.11). В результате изу­чения зависимости X=f(W) в различных температурных усло­виях (+20, —20, —70 и —180 °С) установлено, что X при поло­жительной температуре повышается с увеличением влаги по закону насыщения

X = azbw + c, (6.11)

Теплопроводность

Где а, Ь,с~ эмпирические коэффициенты, различные для каж­дого вида пеностекла.

Изменения X пеностекла при отрицательной температуре более сложны. Коэффициент теплопроводности влагозащит­ного пеностекла возрастает с повышением его влажности, од­нако эта зависимость. имеет различный характер для изучен­ных температур. При положительной температуре X возрастает от 0,05 до 0,073 ккал/(м-ч-°С) с увеличением его влажности от 0 до 4,25%, при более значительном увлажнении X опытного пеностекла не исследовано, так каїк данная величина влажно-

U'l

Ности оказалась макси­мальной для самых нека­чественных образцов. Ес­ли принять зависимость X—f(W) линейной, ско-

Рис. 6.11. Зависимость коэффи­циента теплопроводности строи­тельного пеностекла от водона - сыщения (у = 250 кг/лі3): 1 — при 20 °С; 2— (—70 °С); 3— (—180 °С)

30

Рость роста коэффициента теплопроводности dX/dW составит 0,005 ккал/(м-ч-°С)% объема.

При —70 °С наблюдается линейный характер изменения X опытного пеностекла, он возрастает с увлажнением в интервале 0,04—0,045 ккал/ (м-ч-°С), при этом dX/dW= = 0,001 ккал/(м-ч-°С)% объема.

При —180°С X пеностекла возрастает с его увлажнением (0,03—0,041 ккал/(м - ч-°С)). Средний градиент роста тепло­проводности при повышении влажности составляет 0,003 ккал/(м - ч - С) % объема, т. е.

Dk dX ______ dX

DW+20 - > dW_m > dW_10

Промышленное пеностекло в изученном интервале темпе­ратуры имеет различный характер изменения X в зависимости от влажности (рис. 6.11). При +20 °С X. пеностекла возрастает от 0,065 ккал/(м-ч-°С) при нулевой влажности до 0,32 ккал/(м-ч-°С) при влажности 48%; зависимость 1= = f(W) можно считать линейной, и градиент роста теплопро­водности пеностекла при его увлажнении составляет 0,005 ккал/(м-ч-°С) на 1% влажности. При понижении темпе­ратуры до —70 °С X пеностекла в воздушно-сухом состоянии уменьшается до 0,051 ккал/(м-ч-°С), однако насыщение его влагой приводит к более интенсивному росту теплопроводности,

-

В ршрьтате при влажности ~34% Х+2о° — Х-т°. Зависимость имеет при —180°С вид вогнутой кривой, т. е. скорость роста X непрерывно увеличивается, и при влажности около 43% пеностекло имеет одинаковую теплопроводность при +20 к —180 °С — 0,28 ккал/(м-ч-°С).

Эту закономерность изменения X можно объяснить замер­занием воды в микропорах при —50 °С, а также образованием в них не льда, а инея, X которого меньше, чем для воды [50, 413,414].

По мнению А. В. Лыкова [404], вода, связанная с капил- лярнопористым телом, при отрицательных температурах может быть в виде льда, переохлажденной жидкости или пара. Ь зависимости от вида связи воды с телом температура замер­зания ее изменяется в широких пределах и по-разному влияет на изменение X. Второй специфической особенностью массо - и теплопереноса в капиллярнопористых телах является частич­ное заполнение влагой пор и капилляров жидкостью или льдом, а остальной части — парогазовой смесью. Концентрация этих видов влаги в процессе массо - и теплопереноса изменяется и вносит соответствующие поправки в X материала [403]. Одна­ко во всех случаях фронт фазовых превращений влаги форми - I руется в зависимости от структуры пеностекла. Поэтому, рас - j сматривая зависимость X=j(W), следует учитывать не только наличие влаги в материале и ее агрегатное состояние, но и ее распределение по объему [415—418].

Для влагозащитного пеностекла, у которого влага локали­зируется преимущественно на поверхности в открытых порах, изменение X при положительной температуре может быть вы­ражено линейной зависимостью При отрицательных температурах эта зависимость выражается параболической функцией общего вида

X = X0 + bt + d*+ •.. (6.12)

Кривизна линий, выражающих зависимость X—f(W), уве­личивается по мере снижения температуры и повышения со­держания влаги (рис. 6.10 и 6.11), что, очевидно, связано с возрастанием в ячейках вакуума, способствующего подтягива­нию через систему микрокапилляров дополнительных порций влаги внутрь. Последняя, оседая на внутренних стенках ячеек в виде инея или небольших кристалликов льда, повышает теп - ломассоперенос. Механизм подсоса влаги активизируется по мере снижения температуры в системе. Поэтому может на­ступить период, когда весь объем ячейки будет заполнен льдом или инеем. В этом случае рост X будет более значительным за счет образования мостиков холода.

Для строительного пеностекла с повышенным исходным водопоглощением процесс заполнения ячеек льдом или инеем

Ускоряется за счет капиллярного подтягивания влаги. Поэтому зависимость X = f{W) более сложная. При суммарной влаж­ности около 43% % при —180 °С достигает значения X при 20 °С, а затем круто поднимается вверх, приближаясь к тепло­проводности льда или инея. Это указывает на необходимость применения для низкотемпературной изоляции пеностекла с малым объемным водопоглощением.

разное

Дизайнерские радиаторы из чугуна от radimaxua.com

Интернет-магазин radimaxua.com предлагает широкий ассортимент дизайнерских радиаторов из чугуна, выпускаемых под брендом RETROstyle. Изготовлением декоративных радиаторов занимаются европейские заводы.

Солнечные коллекторы для отопления

Домашние отопительные системы обычно работают за счет энергии электричества, природного газа или масел, за которые необходимо платить. К тому эти способы отопления вредят окружающей среде. Альтернативой им является солнечная батарея или коллектор.

Как раскрутить свой Instagram с помощью сервиса Like Social ?

Популярность социальных сетей сделала возможной организацию бизнеса в Интернете. Чтобы убедиться в том, что интернет-дело может быть прибыльным, достаточно обратить внимание на количество пользователей популярной сети «Инстаграм», которое на сегодняшний …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел. +38 05235 7 41 13 Завод
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 067 561 22 71 — гл. менеджер (продажи всего оборудования)
+38 067 2650755 - продажа всего оборудования
+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи всего оборудования
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Скайп: msd-alexandriya

Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Представительство МСД в Киеве: 044 228 67 86
Дистрибьютор в Турции
и странам Закавказья
линий по производству ПСВ,
термоблоков и легких бетонов
ооо "Компания Интер Кор" Тбилиси
+995 32 230 87 83
Теймураз Микадзе
+90 536 322 1424 Турция
info@intercor.co
+995(570) 10 87 83

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.