Г.И. Абрамов, В.М. Бродянский. Хранение и транспорт ожиженных газов

Экранно-вакуумная изоляция

в) Перенос тепла в экранно-вакуумной изоляции. Эффективный коэффициент теплопроводности изоляции

Тепловой поток через экранно-вакуумную изоляцию передается излучением, теплопроводностью изолирующих прокладок и остаточных газов, т. е. налицо сложный вид теплообмена. Как и для порошково-вакуумной изоляции, В данном случае сложный механизм передачи тепла заменяют более простым - теплопроводностью. Возможность применения уравнений переноса тепла теплопроводностью была экспериментально проверена путем определении величины эффективного коэффициента теплопроводности на плоских и цилиндрических слоях изоляции различной толщины. Результаты эксперимента (табл. 1-9) показывают, что коэффициент теплопроводности практически не зависит от толщины слоя.

Таблица 1-9 Эффективный коэффициент теплопроводности экранно-вакуумной изоляции при различной толщине слоя (температура граничных стенок 293 и 90K, давление ниже 10-2 Н/м²
[ 1 Н/м²=7,5·10^-3 Тор. ])

При вычислении теплового потока через экранно-вакуумную изоляцию следует пользоваться формулой (1-2) или (1-3).

Экспериментальные данные указывают также и на то, чти температура холодной стенки оказывает малое влияние на коэффициент теплопроводности.

Тепловой поток через экранно-вакуумную изоляцию практически остается постоянным при уменьшении температуры холодной стенки с ?90K (жидкий кислород) до 4K (жидкий гелий). При возрастании же температуры теплой стенки с 293 до 373K, коэффициент теплопроводности увеличивается примерно в 2 раза. Это говорит о том, что основная доля теплового потока передается излучением. Однако нельзя забывать и о доле теплового потока, передаваемого теплопроводностью прокладок. Если стремиться к увеличению числа слоев на единицу толщины изоляции, увеличивая тем самым количество экранов и снижая долю теплового потока, передаваемого излучением, то это приведет к увеличению доли теплового потока вследствие теплопроводности прокладок. Таким образом, для определенной экранно-вакуумной изоляции существует оптимальная плотность укладки слоев, обеспечивающая минимальное значение эффективного коэффициента теплопроводности. Как видно из рис. 16, оптимальная плотность находится в пределах 15-30 экр/см. Значение коэффициента теплопроводности экранно-вакуумной изоляции зависит и от величины удельного механического давления на нее - с увеличением давления λ_эф изоляции возрастает, так как увеличиваются размеры контактных пятен (площади соприкосновения экранов с прокладками); это видно на рис. 17.

Рис. 16. 3ависимость коэффициента теплопроводности экранно-вакуумной изоляции от плотности укладки слоев (граничные температуры 293 и 90K): 1 - алюминиевая фольга+СБР-0,1;
2 - алюминиевая фольга+СБР-0,05; 3 - изоляция Si-62; 4 - алюминированная лавсановая пленка+ЭВТИ-0,08.

Рис. 17. 3ависимость коэффициента теплопроводности экранно-вакуумной изоляции с экранами из алюминиевой фольги от удельного механического давления (граничные температуры 293 и 90K): 1 - изоляция Si-62; 2 - прокладки из СБР-0,1; 3 - прокладки из ЭВТИ-0,2.

Перенос тепла теплопроводностью остаточных газов в экранно-вакуумной изоляции играет существенную роль даже при довольно высоком вакууме, так как расстояние между экранами небольшое. Молекулы газа переносят энергию от экрана через зазор к прокладке, затем через поры в прокладочном материале и снова через зазор к следующему экрану. На рис. 18 приведена зависимость коэффициента теплопроводности изоляции от давления воздуха в изоляционном объеме. Для эффективной работы экранно-вакуумной изоляции давление должно быть не менее 0,01 Н/м², причем чем больше плотность укладки изоляции, тем выше должны быть требования в отношении вакуума.

Рис. 18. Зависимость коэффициента теплопроводности экранно-вакуумной изоляции с экранами из алюминиевой фольги и прокладками из стекло-бумаг от давления воздуха (граничные температуры 293 и 990K): 1 - бумага из волокна диаметром 1-2 мкм (n=6 экр/см); 2 - ЭВТИ-0,15 (n=10 экр/см); 3 - СБР-0,05 (n=14 экр/см); 4 - ЭВТИ-0,15 (n=15 экр/см); 5 - СБР-0,05 (n=50 экр/см).

Значения эффективного коэффициента теплопроводности различных видов экранно-вакуумной изоляции представлены в итоговой табл. 1-10.

Таблица 1-10 Коэффициент теплопроводности экранно-вакуумной изоляции (температура теплой стенки 290-300K, давление ниже 10-2 Н/м²)

Следующая страница: 1-5-г. Экранно-вакуумная изоляция. Технология монтажа