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

Теплофизические свойства изоляционных материалов

Коэффициент теплопроводности

Коэффициент теплопроводности является основной характеристикой качества изоляции. Его величина зависит от многих факторов, из которых наибольшее влияние оказывает температура, структура материала (объем, размер форма частиц и пор), влажность, вид газа, заполняющего поры. Коэффициент теплопроводности всех изоляционных материалов возрастает с увеличением температуры. Отношение теплопроводностей большей части материалов при температурах 190 и 293K находится в пределах 0,65-0,75. Это соотношение может быть использовано для оценки коэффициента теплопроводности при низкой температуре по известному его значению при комнатной температуре.

Зависимость эффективного коэффициента теплопроводности волокнистых, порошкообразных и пористых материалов от температуры показана на рис. 2, 3 и 4.

Рис. 2. Теплопроводность волокнистых изоляционных материалов:
1 - минеральная вата (ρ=400 кг/м³);
2 - минеральная вата (ρ=260 кг/м³);
3 - стеклянная вата (ρ=50 кг/м³);
4 - шелковые очесы (ρ=58 кг/м³);
5 - минеральная вата (ρ=95 кг/м³).

Зависимость эффективного коэффициента теплопроводности от объема пор и, следовательно, от плотности материала в изоляционном пространстве носит сложный характер. Казалось бы, что по мере увеличения пористости к 100%, т.е. приближении плотности к нулю, коэффициент теплопроводности должен стремиться по величине к теплопроводности воздуха, заполняющего поры. На самом деле предельная величина коэффициента теплопроводности изоляции выше, чем у воздуха вследствие дополнительного переноса тепла излучением.

Рис. 3. Теплопроводность порошкообразных изоляционных материалов: 1 - вермикулит (ρ=216 кг/м³);
2 - перлит (ρ=210 кг/м³);
3 – пробка гранулированная (ρ=101 кг/м³);
4 - перлит (ρ=45 кг/м³) ;
5 - пробка гранулированная (ρ=7 кг/м³);
6 - аэрогель (ρ=100 кг/м³).

Рис. 4. Теплопроводность пористых изоляционных материалов: 1 - пеностекло (ρ=170-200 кг/м³);
2 - пробка (ρ=195 кг/м³);
3 – пробка (ρ=140 кг/м³);
4 - пенополистирол (ρ=30-50 кг/м³);
5 – мипора (ρ=20-50 кг/м³);
6 – вспученный эбонит (ρ=64 кг/м³).

Теплоприток вследствие излучения в первом приближении обратно пропорционален плотности изоляции. Суммарное действие этих двух факторов определяет линейный характер зависимости эффективного коэффициента теплопроводности изоляции от плотности (рис. 5). Эффективный коэффициент теплопроводности аэрогеля кремневой кислоты определяется в основном размерами пор и поэтому слабо зависит от плотности. При увлажнении изоляционного материала эффективный коэффициент теплопроводности увеличивается (рис. 6).

Рис. 5. Зависимость коэффициента теплопроводности изоляционных материалов при средней температуре 190K от плотности: 1 – минеральная вата; 2 – пробка; 3 – перлит.

Рис. 6. Зависимость коэффициента теплопроводности изоляционных материалов при средней температуре 220K от влажности: 1 – минеральная вата; 2 – перлит; 3 – аэрогель.

Наиболее резко эта закономерность выражена у аэрогеля. При малой степени увлажнения вследствие тонкопористой структуры аэрогеля влага распределяется на большой поверхности многочисленных пор, не образуя сплошной пленки. Дальнейшее увлажнение приводит к слиянию отдельных капелек и образованию пленки с относительно малым термическим сопротивлением.

Эффективный коэффициент теплопроводности газонаполненной изоляции зависит от свойств заполняющего газа. Чем больше теплопроводность этого газа, тем ближе к ней теплопроводность изоляции. В частности эффективный коэффициент теплопроводности изоляции, работающей в среде водорода и гелия, можно считать равным коэффициенту теплопроводности этих газов; это видно из табл. 1-1.

Таблица 1-1. Эффективный коэффициент теплопроводности изоляционных материалов в среде различных газов

Следующая страница: Теплофизические свойства. Теплоемкость и температурный коэффициент линейного расширения