КОНДУКТИВНО-КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛОПЕРЕНОС В ТОНКОПЛЕНОЧНОЙ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ

Abstract

Актуальность исследованияобусловлена тем, что тепловая защита оборудования и трубопроводов играет важную роль при проведении энергосберегающих мероприятий на объектах различного назначения, а рост уровня потерь теплоты или холода при транспортировке энергоносителей является причиной создания новых подходов к энергосберегающим мероприятиям при выполнении теплоизоляционных работ. Известно, что основным методом снижения потерь тепловой энергии при ее транспортировке и хранении является применение высокоэффективных теплоизоляционных материалов. Таким материалом является тонкопленочная тепловая изоляция. Уникальные теплофизические характеристики тонкопленочных теплоизоляционных покрытийпозволяют использовать их в различных энергетических системах и оборудовании. Несмотря на это технологии применения тонкопленочных теплоизоляционных покрытий к настоящему моменту времени не получили развития. Это объясняется рядом причин, основными из которых являются: недостаток знаний о физических свойствах и механизмах процессов тепломассопереноса в тонкопленочных теплоизоляционных покрытиях. Цель: исследование кондуктивно-конвективного теплопереноса в слое тонкопленочных теплоизоляционных покрытий с учетом разнородности свойств микросфер и связующих веществ. Объект: цилиндрическийслойтонкопленочных теплоизоляционных покрытий. На внутренней и внешней поверхностях тонкопленочных теплоизоляционных покрытий поддерживаются постоянные температуры. Геометриятонкопленочных теплоизоляционных покрытий представляла собой связующее вещество и полые микросферы. Исследования проводились для слоя тонкопленочных теплоизоляционных покрытий толщиной 0,33 мм. Температуры на внутренней и внешней поверхностях тонкопленочных теплоизоляционных покрытий принималась в соответствии с экспериментальными данными. Предполагалось, что слой тонкопленочных теплоизоляционных покрытий на 62 % состоит из микросфер диаметром 50 мкм и на 38 % из связующего вещества. Рассматривались два типа полых микросфер с толщинами стенок 5 и 2 мкм. Методы. Решение поставленной задачи получено методом конечных элементов. Использовалась аппроксимация Галеркина, неравномерная конечно-элементная сетка. Параметры элементов сетки выбирались из условий сходимости решения. Увеличение числа элементов расчетной сетки проводилось с использованием метода Делоне. Результаты.Выявлено влияние на тепловые потери вида связующего вещества и характеристик микросфер, толщины стенки микросферы и газовой фазы, содержащейся в полости микросферы. Для рассматриваемого случая отклонение от экспериментальных данных составило до 90 % в зависимости от состава тонкопленочных теплоизоляционных покрытий.Анализ результатов численного моделирования теплопереноса в слое тонкопленочных теплоизоляционных покрытий для кондуктивно-конвективной и кондуктивной моделей показал, что расхождение между ними не превышает 3 %и объясняется погрешностями численных расчетов. По этой причине в практических расчетах можно использовать более простую кондуктивную модель теплопереноса.