Экструзионный пенополистирол

Теоретические основы теплопередачи в газонаполненных поли­мерах на примере пенополистиролов

Механизмы передачи тепла в газонаполненных полимерах хорошо изу­чены и представлены в работах [36, 39, 42, 59, 72, 123, 143, 161, 162].

Пенополистиролы представляют собой двухфазную систему твердого полимера и газа. Общая теплопроводность системы будет являться функ­цией ее составляющих:

Kff=f{lg К), (1.5)

Где Xg - эквивалентный коэффициент теплопроводности газообразной фазы, Вт/м-°С; Xs - коэффициент теплопроводности твердой фазы, Вт/м-°С.

Эквивалентный коэффициент теплопроводности газа Xg, заполняющего ячейки, согласно принципу аддитивности будет равен:

Х^= xgcond+x;onv + X/ad, (1.6)

Где Xg°Nd - коэффициент кондукционной теплопроводности газа, Вт/м-°С; Xg0Nv — эквивалентный коэффициент теплопроводности для конвективного переноса тепла, Вт/м-°С; Xgrad - эквивалентный коэффициент теплопроводно­сти для переноса тепла излучением, Вт/м-°С [36, 100, 111, 123, 162].

Российскими учеными С. В. Александровским, В. Н. Богословским, Р. Е. Бриллингом, В. Г. Гагариным, В. М. Ильинским, А. В. Лыковым, К. Ф. Фокиным, И. Я. Киселевым широко изучен вопрос изменения теплопровод­ности строительных материалов в зависимости от их увлажнения в процессе эксплуатации [3, 14, 15, 16, 20, 60, 72, 74, 100, 120, 121].

В ряде работ [60, 134, 162, 168] отмечается незначительное влияние эксплуатационной влажности на увеличение теплопроводности ЭППС, что можно объяснить крайне низкими параметрами водопоглощеиия и паропро - ницаемости данного материала [99]. Таким образом, вклад влаги, которая
может находиться в порах пенополистирола в различных агрегатных состоя­ниях, В общую теплопроводность системы Xeff можно не учитывать, поэтому в диссертационной работе этот вопрос не рассматривался.

Согласно кинетической теории газов Xgcond в ячеистых материалах

Равна:

С

■ycond j^cond

(1.7)

Где X0cond - коэффициент теплопроводности газа в объеме много большем, чем объем поры, Вт/м-°С; Do - средний диаметр поры; lg - средняя длина свободного пробега молекул газа, м [167].

Выполненные в [60] расчеты показали, что D0 » lg и, следовательно, по формуле (1.7) кондукционная составляющая теплопроводности газа Xgcond В порах газонаполненных полимеров численно равна X0Cond.

Значения X0Cond (Xgcond) для основных видов газов, чаще всего исполь­зующихся в качестве ВА при производстве исследуемых пенополистиролов, приведены в табл. 1.4 по данным [108] (при давлении 0,1 МПа). Стоит отме­тить, что увеличение значения Xgcond при повышении температуры Т обуслов­лено возрастанием кинетической энергии молекул [120].

На практике ячейки пенополистиролов заполнены, как правило, смесыо газов из представленных в табл. 1.4. ввиду особенностей технологического процесса производства.

А>

Таблица 1.4

Наименование газа

Кондукционная теплопроводность X0Cond, Вт/м-°С, при T, °С •

-50

-25

0

+25

+50

Воздух

0,0198

0,0219

0,0243

0,0262

0,0279

Углекислый газ

0,0110

0,0127

0,0146

0,0165

0,0176

Пары фреона CFC-12

-

0,0078

0,0089

0,0010

0,0011

Пары фреона HCFC-1426

-

0,0094

0,0011

0,0013

0,015

Пары фреона HFC- 152а

-

0,0088

0,0011

0,0013

0,0015

Пары фреона HCFC-22

-

0,0089

0,0099

0,0114

0,0126

Водяной пар (НгО)

-

-

0,5610

0, 6073

0,6440

Для определения можно воспользоваться формулой Нимана для

Области естественной конвекции, когда Ra < 108 [55]:

Т • Ra'

1 tonv Л cond " ҐЛ о

Ks —:—> С1-8)

G s Ra + n

ЇЗ. AW „2

Где Ra = Gr ■ Pr - число Рэлея; Gr = g p • 5 • At I v критерий Грасгофа; Pr = и / a - критерий Прандтля; m, г, n, - безразмерные постоянные, отра­жающие направление теплового потока; G - ускорение свободного падения, м/с"; р - коэффициент объемного расширения газа; 5 - толщина воздушной прослойки (поры), м; At - перепад температур обеих ограждающих поверх­ностей (противоположных стенок поры), °С; г> - кинематическая вязкость га - за, м"/с; a — коэффициент температуропроводности газа, м /с.

Для некоторых газов удобно пользоваться следующей формулой для определения Ra [55]:

Где р - давление газа, Па; Г - средняя температура газа, К; А, В - постоянные, определяемые по табл. 1.5.

Таблица 1.5

Вид газа

Значение постоянной

А

В

Воздух

38,3

ИЗ

Углекислый газ

87,3

273

Водород

0,95

71,7

Азот

40,2

104

Аргон

39

147,8

Значения величин т, п и г в зависимости от направления теплового по­тока представлены в табл. 1.6.

Из формулы (1.8) следует, что при значениях толщины 5 ячейки до 2 мм величина А/0" является незначительной, что также согласуется с ре­зультатами расчетов, проведенных в [60, 127, 128, 147]. Следовательно, ве­личину Xg°" необходимо учитывать при среднем диаметре пор D0 > 2 мм ли­бо при наличии групп сквозных пор меньшего размера.

Таблица 1.6

№ п. п.

Направление теплового потока

Значение постоянной

Ш

П

Г

1

\"Ч"

Ч Ч Ч Ч 'ч

0,07

0,32-104

1,333

2

0,0236

1,01-Ю4

1,393

3

0,043

0,041-104

1,360

4

Ж»

0,025

1,30-104

1,360

Для определения Xgrad можно условно принять, что воздушная пора яв­ляется воздушной прослойкой с боковыми сторонами малой длины [55], то­гда

Xgrad=y - b-8-C1 , (1.10)

Где ф - коэффициент бокового излучения; Ъ - температурный множитель; С1 - коэффициент взаимного излучения обеих поверхностей.

Значение С1 определяется по формуле Нуссельта при теплообмене ме­жду двумя параллельными поверхностями [120]:

С1 = 1/с1+1/с2-1/с0' (1Л1)

Где Сь С2 - коэффициенты излучения поверхностей, Вт/м2-К4; С0= 5,67- ко­эффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/м-К

Данные, необходимые для определения значений Xg Rad, представлены в табл. 1.7.

Таблица 1.7

Наименование параметра

Значение

Примечание

При соотношении сторон ячейки

1 к 1

1 к 1,5

1 кЗ

Коэффициент бокового излучения ф

1,2

1,1

1

По [55]

Температурный множитель Ъ (при разности температур поверхностей поры до 5 °С)

0,814

При средней Т= 0°С по [55]

Коэффициент излучения поли­стирола С, (С2), Вт/м2-К4

5,3

По [162] для

Полимера

Таким образом, по формулам (1.6), (1.8) и (1.10) хорошо прослеживает­ся влияние температуры эксплуатации, молекулярной структуры твердой фа­зы, коэффициента излучения полимерной фазы и вида газа, заполняющего поровое пространство пенопласта, на теплопроводность исследуемых мате­риалов.

Экструзионный пенополистирол

определению теплопроводности газонаполненных поли­меров

1. Разработанная структурная модель позволяет производить адекват­ные вычисления по определению теплопроводности газонаполненных поли­меров в программах по расчету температурных полей методом конечных элементов. Составлен алгоритм ее построения. Модель может быть исполь­зована …

Экспериментальное исследование опытного образца теплоизоля­ционного элемента

С целью подтверждения теоретических теплотехнических расчетов экспериментально определим теплотехнические характеристики ТЭ. Для исследований получен опытный образец ТЭ с габаритными разме­рами 890 х 440 х 180 мм, выполненный из ПСБ-40 с …

Теоретическая оценка теплотехнической эффективности

Определим значение эквивалентного коэффициента теплопроводности Хе її термическое сопротивление R, ТЭ толщиной 180 мм, выполненного из ПСБ-40 с шестью замкнутыми воздушными прослойками. Ввиду тою, что температура оказывает влияние на теплопроводность …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

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