Криофизика - Молекулярно-кинетическая теория  
  Испарение и
конденсация
Пленочное
кипение
Сверхтекучий
гелий
События и
мероприятия
Библиотека  


Испарение и конденсацияПленочное кипениеСверхтекучий гелийСобытия и мероприятияБиблиотека• История холода• Разделение газовых смесей• Оборудование гелиевого ожижителя Г-45• Криогенные трубопроводы• Хранение и транпорт ожиженных газов БольцманиадаХейке Камерлинг-ОннесКриогениус


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

4. Вакуумно-порошковая и вакуумно-волокнистая изоляция

б) Перенос тепла в вакуумно-порошковой и вакуумно-волокнистой изоляции

Первые работы по теплопередаче через порошки в условиях вакуума относятся к 1910 г. Польский учебный Ю. Смолуховский установил, что приведенный коэффициент теплопроводности композиции порошок+вакуум быстро снижается при уменьшении давления газа и что тепловой поток через эту композицию близок к тепловому потоку через незаполненное изоляцией пространство при высоком вакууме между стенками с высокой отражательной способностью.

Каковы же пути передачи тепла через порошкообразные или волокнистые материалы в условиях вакуума?

Прежде всего - это тепловой поток излучением. Излучение, которое испускает ограничивающая стенка 1, падает на частицы или волокна изоляционного материала, расположенные у этой стенки. В результате этого часть потока излучения поглощается частицами и волокнами, другая часть отражается и рассеивается. Далее происходит лучистый теплообмен в аналогичной форме между частицами или волокнами изоляционного материала и, наконец, между частицами или волокнами и внутренней стенкой 2 (рис. 12).

Таким образом, при порошково- или волокнисто-вакуумной изоляции происходит теплообмен излучением в поглощающей и рассеивающей среде. Задача получения аналитического выражения для величин теплового потока в случае теплообмена излучением в поглощающей и рассеивающей среде весьма сложна и ее решение получено с некоторыми допущениями лишь для наиболее простых случаев.

В порошково- и волокнисто-вакуумной изоляции тепло от 1 к 2 передается также в результате теплопроводности остаточных газов, а также вследствие теплопроводности изоляционного материала и контактного теплообмена между частицами или волокнами изоляции. В этом случае, как и в случае применения газонаполненной изоляции, налицо сложный вид теплообмена. При тепловых расчетах сложный механизм передачи тепла в порошково- или волокнисто-вакуумной изоляции заменяют наиболее простым - теплопроводностью. Условно считается, что тепловой поток прямо пропорционален градиенту температур; коэффициент пропорциональности - эффективный коэффициент теплопроводности - определяется для каждой модификации этого типа изоляции экспериментально. Тепловой поток от 1 к 2 определяется по формуле (1-2) или (1-3).

Рассмотрим, как меняется эффективный коэффициент теплопроводности порошково- или волокнисто-вакуумной изоляции при откачке воздуха из изоляционного пространства (рис. 13). Изоляционному пространству, заполненному либо порошкообразным, либо волокнистым изоляционным материалом и содержащему воздух при атмосферном давлении, будет соответствовать точка а. В этой точке показатели отражают свойства обычной газонаполненной изоляции. При откачивании воздуха его количество в изоляции будет уменьшаться, следовательно, будет снижаться доля теплу, которая переносится теплопроводностью воздуха. Эффективный коэффицнент теплопроводности (λэфф), естественно, уменьшается. Это состояние может характеризоваться промежуточной точкой б. При дальнейшем понижении давления до величины порядка 1 Тор количество оставшегося воздуха в изоляции относительно небольшое; при этом давлении уже заметная часть теплового потока передается излучением - точка в. Дальше по мере откачки доля теплового потока, передаваемого излучением продолжает увеличиваться, а теплового потока, передаваемого теплопроводностью остаточных газов, падает. Так как при прочих равных условиях излучением передается существенно меньше тепла, чем теплопроводностью воздуха, то на участке в-г наблюдается резкое падение λэфф. Дальнейшее снижение давления от точки г до точки д ведет лишь к незначительному снижению λэфф, так как при давлении <10-3 Тор тепловой поток определяется, в основном, тепловым излучением и теплопроводностью изоляционного материала.


Рис. 13. Принципиальная зависимость «эффективного» коэффициента теплопроводности порошково- и волокнисто-вакуумной изоляции от давления в изоляционном пространстве.

Анализируя зависимость λэфф от давления, можно сделать следующие выводы:

1. Оптимальное рабочее давление в изоляционном пространстве при порошково- или волокнисто-вакуумной изоляции составляет 10-2-10-3 Тор. Это давление может быть получено с помощью обычного форвакуумного насоса; с этой точки зрения, такая изоляция значительно проще высоковакуумной.

2. При нарушении по каким-то причинам герметичности вакуумного пространства значение λэфф возрастает до величины λэфф газонаполненной изоляции данной композиции, и увеличенный теплоприток не вызывает резкого увеличения испаряемости жидкости или резкого снижения холодопроизводительности установки (высоковакуумная изоляция в этом случае полностью выходит из строя).

Существует сравнительно простой метод дальнейшего улучшения эффективности порошково-вакуумной изоляции. Он основан на том, что преобладающим фактором при переносе тепла через порошково-вакуумную изоляцию является тепловое излучение. Поэтому для уменьшения переноса тепла излучением было предложено добавлять к изоляционным порошкам металлические порошки, которые бы, выполняя роль своеобразных экранов, ослабляли поток излучения. Реализация этой идеи привела к созданию порошково-вакуумной изоляции с металлическим порошком, которая имеет эффективный коэффициент теплопроводности в 3-4 раза ниже, чем λэфф обычной порошково-вакуумной изоляции.



Следующая страница: 1-4-в. Вакуумно-порошковая и вакуумно-волокнистая изоляция. Применяемые материалы


    Главная   • Библиотека   • Хранение и транпорт ожиженных газов   • 1-4-б. Вакуумно-порошковая и вакуумно-волокнистая изоляция. Перенос тепла  

  Испарение и конденсация Пленочное кипение Сверхтекучий гелий События и мероприятия
Библиотека Больцманиада Камерлинг-Оннес Криогениус
 
  © Криофизика.рф 2006-2019.
Молекулярно-кинетическая теория. Научные публикации.
Испарение и конденсация. Плёночное кипение. Сверхтекучий гелий.
о проекте
условия использования
контакты
карта сайта