WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

В качестве замыкающих используется выражение (1), записанное для 1 и 2:

ln(1 ) = ln( L ) + m ln ( 1 ); ln( 2 ) = ln( L ) + m ln ( 2 ).

Величины 1 и 2 определяются исходя из условий эксплуатации материала. Численные значения эф зависят от среды, заполняющей поры: воздух, вода, лед. Для каждого варианта вычислены L, m и получены формулы для определения эф:

I вариант - воздух: эф = 0.982(V / )1.119; II вариант - вода: эф = 0.502(V / ) 0.0103;

III вариант - лед: эф = 0.248(V / ) -0.290.

В случае, если часть объема материала занимает вода, а другую часть лед, для расчета эф в зависимости от v и (V / ) было получено следующее выражение, описывающее взаимосвязь эф, v и (V / ):

эф = s1 s2 / {s1 [( yi - y0 ) / ( y1 - y0 )] + s2 [ 1 - ( yi - y0 ) / ( y1 - y0 )]}

где: (y1 - y0) - толщина материала; yi - граница раздела «лед – вода»;

s1, s2 - коэффициенты теплопроводности твердой (лед) и жидкой фаз (вода).

Помимо соотношения V / определение рациональных эф следует проводить на основании общих и специальных требований к структурным элементам теплоизолятора, к которым относятся устойчивость к воздействию: микроорганизмов, минеральных кислот и щелочей, некоторых органических соединений, светопогоды, температуры, влаги и т.д. С учетом изложенных требований целесообразно применять химические волокна, из которых наименее гигроскопичны полиэфирные, полипропиленовые, полиамидные и стеклянные.

Для простоты и удобства определения волокнистого состава при изготовлении качественного теплоизоляционного нетканого материала по заданным значениям эф и V /, на основании проведенных расчетов разработан графический метод. Для пользования такими номограммами достаточно знать или задать какую-либо из характеристик: эффективный коэффициент теплопроводности материала эф или коэффициент теплопроводности волокон v или соотношение плотностей материала и структурных элементов V /. Пример такой номограммы представлен на рис. 1.

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям коэффициента теплопроводности нетканых текстильных материалов технического назначения.

С целью оценки правомерности предложенного аналитического метода расчета эф = f(V/) были проведены измерения на приборе ИТ--400 в соответствии с методикой для пользователей. В процессе исследований использовались образцы холста стекловолокнистого ХСБТ-90 и полотна нитепрошивного стекловолокнистого НПГ-750. В результате эксперимента установлено, что погрешность расчетов эф по отношению к опытным данным не превышает 7.38 % при температурах - 30 …- 20 0С. В области положительных температур 0 190 0С погрешность не более 5 %. Таким образом, можно сделать вывод о правомерности использования предложенной методики для расчета эф.

На основании проведенных исследований определены требуемые параметры теплоизоляционного нетканого материала, в соответствии с которыми разработан и изготовлен опытный образец из полиэфирных волокон, имеющий: толщину - 12 мм; поверхностную плотность - 500 ± 15 г/м2; объемную плотность - 46 кг / м3.

Разработанная измерительная установка на базе компьютера IBM, позволяющая автоматизировать процесс проведения опыта, фиксировать значения термо-ЭДС посредством программно-аппаратных средств и сократить время эксперимента.

В основу создания такой установки положен метод регулярного теплового режима. Управление экспериментальной установкой осуществлялось через коммуникационный порт, режимы работы которого заданы специально написанным драйвером. В результате этого обеспечивается: включение и выключение нагревательного элемента; измерение температуры в нагревательной камере; численное и графическое отражение результатов измерений во времени.

Методика проведения заключается в следующем. Образец исследуемого материала помещался между пластинами, одна из которых контактировала с нагревательным элементом (сердечником), а другая - с буферной жидкостью, находящейся в измерительной камере. Эта жидкость необходима для уменьшения температурного градиента и увеличения инерционности хромель-копелевых термопар, расположенных на поверхностях пластин. Скорость и диапазон изменения температуры определялись опытным путем. После достижения заданного перепада температур на образце, электронагреватель отключался, и дальнейший подвод тепла происходил по инерции. По окончании инерционного периода образец охлаждался в диапазоне заданных температур, отслеживаемых аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и ЭВМ. Термопары подключались на вход АЦП таким образом, чтобы ЭВМ регистрировала термо-ЭДС, соответствующую разности температур t на обеих пластинах. В экспериментальной установке применялся АЦП марки ADC-12-60 с гальванической изоляцией каналов измерения, позволяющий преобразовывать в 12-разрядный двоичный код аналоговые сигналы, подаваемые на вход устройства. Для подключения АЦП к каналу ЭВМ были разработаны интерфейсы на базе интерфейса параллельного обмена МИТ (модуля интерфейсного типового), выполненного в виде двух печатных плат. Значения термо-ЭДС в характерных точках и времени проведения эксперимента были получены при тарировочных испытаниях установки. В качестве эталонного образца использовался поролон толщиной 10 мм и = 0.03555 Вт/(м К).

С целью проверки точности измерений на новой экспериментальной установке, первоначально подвергались испытаниям образцы материалов ХСБТ–90 и НПГ–750, коэффициенты теплопроводности которых были определены при помощи ИТ––400. Затем проводились измерения других нетканых материалов (табл. 1). Результаты эксперимента представлены на рис. 2.

Таблица 1.

Образец

ХСБТ–90

НПГ–750

№ 1

№ 2

№ 3

№ 4

№ 5

№ 6

№ 7

№ 8

Сырьевой состав

Стекло-волокно

Стекло-волокно

Волокно штап. ПЭ-100 %

Волокно штап. ПП -100 %

Волокно штап. ПП -100 %

Эл-е нити ПП-100%, спанбонд

Эл-е нити ПП

Эл-е нити ПЭ

Волокно ПВХ, 65 мм

Волокно штап. ПЭ - 100 %

V, кг/м3

51.4

37

173.1

121.9

84.2

85.81

77.71

82.8

55.6

46

Рис. 2 - Результаты измерений коэффициента теплопроводности материалов

В результате эксперимента установлено, что для выработки теплоизоляционных нетканых полотен целесообразно применять полиэфирные волокна, т.к. их теплопроводность меньше полипропиленовых. Кроме того, установлено, что структура (волокна или элементарные нити из одного полимера) не оказывает существенного влияние на теплофизические свойства материала.

Анализ результатов исследований коэффициента теплопроводности разработанного нетканого материала (образец № 8) показывает, что он может быть использован в качестве теплоизолятора. Погрешность значений коэффициента теплопроводности изготовленного материала, определенных опытным путем по отношению к рекомендуемым расчетным величинам эф не превышает 3.46 %.

В четвертой главе рассматривается практическое применение результатов исследований для расчета рациональной толщины теплоизоляционного материала в зависимости от условий эксплуатации.

Толщина теплоизоляции холодильных установок определяется исходя из анализа теплообмена между холодильной камерой и окружающей средой:

i = i [ ( 1 / {1 / [( 1 / 1 ) + (i / i ) + ( 1 / 2 ) ]}) - ( 1 / 1 ) - ( 1 / 2 ) ].

где: 1 и 2 - коэффициенты теплоотдачи от воздуха к стенке с холодной стороны и от стенки к воздуху с теплой стороны;

i, i - толщина и эффективный коэффициент теплопроводности теплоизоляции.

Расчет i проводился по общепринятым величинам коэффициентов теплопередачи и теплоотдачи, а также температурам воздуха в помещении и холодильной камере, рекомендуемым НИИ Гипрохолод, СНиП II-А.7-71 «Строительная теплотехника. Нормы проектирования», СНиП II-А.6–72 «Строительная климатология и геофизика». Результаты расчета приведены в табл. 2.

Таблица 2.

Температура

в камере, 0С

Толщина изоляционного материала в м. при температуре окружающей среды, 0С

12

20

- 0

0.055

0.063

- 5

0.063

0.075

- 10

0.075

0.092

Расчет теплоизоляции горячих трубопроводов производятся исходя из норм теплопотерь, установленных в зависимости от диаметра трубопровода и величины полного температурного напора между теплоносителем и окружающей средой. Полное термическое сопротивление трубопровода R определяется:

R = 1 / ( d2) + (1/ ст) ln(d1 / d2) + [1 / (2 i)] ln(di / d1) + 1/[ 2d1],

где: di, d1, d2 - диаметр теплоизоляции; внешний и внутренний диаметры трубы;

, 2 = 8.1 + 0.045 (tт - tн) - коэффициенты теплоотдачи от теплоносителя к внутренней стенке трубы и от трубы в среду с температурой tв.

Анализ величин термических сопротивлений показывает, что величина Rв = 1/(d2) минимум в 10 20 раз меньше Ri = [1/(2i)] ln(di/d1). Также весьма незначительно Rп = (1/ст) ln(d1/d2). В этом случае определение R упрощается:

R = [1 / (2 i )] ln(di / d1) + 1 / [ 2 d1].

Отсюда получены уравнения для вычисления диаметра и толщины теплоизоляции: di = d1 eA и i = ( di - d1) / 2, где: А = (2i)[R - (1/2d1)].

Расчет толщины теплоизоляции проводился при значениях: tт = 100 0С; i = эф = (0.0250.028) Вт/(мК); tн = 0; 5; 10; 15; 20 0С.

Сравнение полученных результатов и данных по наиболее экономичной толщине теплоизоляции показывает, что расчетные значения более рациональны с точки зрения стоимости тепла и времени эксплуатации трубопровода.

Критерием при определении рациональной толщины теплоизоляционного пакета подземного газопровода является минимальный ореол (зона) оттаивания вечномерзлых грунтов вокруг трубопровода.

При расчете теплопотерь с одного погонного метра трубопровода, находящегося на глубине h, применяется закон Фурье, который для рассматриваемой задачи с учетом незначительности Rв и Rп имеет вид:

q = 2 ( tт - tг ) / (1 / i ) ln ( ri / r1 ) + (1 / г ) ln [2 ( h + ri ) / ri )]

где: tт, tг - температура теплоносителя и грунта соответственно;

i, г, ст - коэффициенты теплопроводности теплоизоляции, грунта и трубы;

ri, r1, r2 - радиус теплоизоляции, внешний и внутренний радиусы трубопровода.

Радиус ореола оттаивания вокруг трубы r0 и смещение вниз центра ореола оттаивания по отношению к центру трубопровода С вычисляется:

r0 = 0,5 (h1 - h2); C = 0,5 (h1 + h2) - (h + ri).

где: h1 = {{ri {[( h + ri )/ ri ]2 – 1}0.5(ed + 1)}}/(ed - 1) - глубина оттаивания грунта;

h2 = {{ri {[( h + ri ) / ri]2 – 1}0.5 (ed - 1)}} / (ed + 1) - мощность мерзлого грунта;

d = 2гтbt{ln [(h + ri)/ri] + [(h/ri)2 - 1]0.5/2гт}/(1+ b); bt = - гм tг/(гт tт );

гм, гт - коэффициент теплопроводности грунта в мерзлом и талом состоянии.

В результате расчетов установлена минимальная толщина слоя min = 0.01 м (радиус трубы 0.2645 м) и максимальная max = 0.1205 м (радиус трубы 0.710 м).

С целью унификации теплоизолятора при его производстве, следует принять минимальную толщину материала 0.012 м и 0.017 м, а достижение требуемой толщины теплоизоляционного пакета осуществлять путем наматывания на трубопровод необходимого числа витков.

На основании проведенных исследований разработана методика проектирования нетканых материалов с учетом условий эксплуатации.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Разработан метод расчета эффективного коэффициента теплопроводности эф в зависимости от отношения плотностей материала и волокон. Погрешность расчетных значений по отношению к экспериментальным данным в диапазоне температур (- 30) 200 0С не превышает 5 %.

2. Установлено, что в зависимости от условий эксплуатации, в качестве структурных элементов нетканых теплоизоляционных материалов следует использовать полиэфирные, стеклянные, полипропиленовые, полиамидные волокна.

3. Для простоты и удобства определения волокнистого состава при изготовлении качественного теплоизоляционного нетканого материала по заданным значениям эф и V /, разработан графический способ определения волокнистого состава и требуемых параметров нетканого теплоизоляционного материала

4. Для теплоизоляционных материалов ХСБТ – 90 и НПГ – 750 установлена зависимость эф от температуры в диапазоне (- 30) 200 0С.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»