Определение исходных данных для разработки структурной модели
В диссертационной работе д. т.н. Киселева И. Я. [60] представлена математическая модель определения А. е// и ее составляющих для ячеистых эффективных теплоизоляционных материалов:
^Eff /щ > fts > ^G25 '•> ^25)=
= K25[l + flg(t-25)]+KBXs25[ + fls(t-25)]^ +
+ Kc-at |
Р S W-lj
Д,(/ + 273,15)3 —, Ps
Где Кв, Kc- эмпирические безразмерные константы; Xs2S, Xg2S - коэффициенты теплопроводности твердой и газообразной фазы при 25 °C;ftg,fts - коэффициенты пересчета теплопроводности газа ВА и полимера по температуре соответственно; T - температура, °С; аг= 5,67-10"8 Вт/м2-К4 - постоянная Стефана-Больцмапа; D0 - средний диаметр ячейки, м.
Для определения Do использована обобщенная зависимость с толщиной H полимерной стенки ячейки:
Р _ ДО-Ро/Р,) , 1-Vu-Po/Pj
Для определения значения автором были обобщены данные, представленные в [41, 166, 142, 148, 149].
Численные значения констант были определены методом регрессивного анализа [62] по результатам экспериментальных измерений зависимости теплопроводности и плотности для пенополистирола и составили Кц = 0,565, ^ = 40 соответственно [60].
Различные математические модели определения величин вклада твердой и газообразных фаз с теплопроводностями Xs и Xg в общую теплопроводность системы, основанные на предварительных экспериментальных данных значений А^для различных газонаполненных полимеров, представлены в [35, 39, 102, 122, 147, 162].
В качестве примера в табл. 3.1 приведены результаты расчетов составляющих теплопроводности Xej для закрытоячеистого пенополиуретана по методике [147].
Таблица 3.1
|
Целью разработки структурной модели пенополистирола является теоретическое определение значения вклада величин Xs и ^в общую теплопроводность системы Хф исходя из геометрических данных поровой структуры материала [46].
Разработка модели производилась на основе поровой структуры ЭППС.
Предложенное моделирование основано на принципе замены реальной пористой системы газонаполненного полимера на упрощенную схему с упорядоченной структурой, которая может быть реализована на плоскости или в объеме.
Для теплотехнического расчета двумерной структурной модели использована программа THERM, позволяющая определять Хед- по алгоритму, представленному в пар. 2.2. Для решения данной задачи, а также для расчета трехмерной модели может быть использован программный комплекс ANSYS.
Необходимость построения упрощенной схемы поровой структуры обуславливается многообразием форм пор и ячеек в пределах даже небольшого объема реальной системы и тем, что геометрические размеры газового пространства ячейки, как правило, больше толщины ее стенок на несколько порядков.
Изучение поровой структуры пенополистиролов показывает, что наиболее предпочтительной является схема, в основу которой положена структура додекаэдра в объеме или правильного шестиугольника на плоскости [13].
Ввиду того, что эксплуатационная влажность незначительно влияет на изменение теплопроводности ЭППС [60, 134, 162, 168], фаза влаги при моделировании не учитывалась.
При разработке модели за основу приняты рассмотренные в гл. 1.3. законы теплопередачи в газонаполненных полимерах.