Тепловая изоляция. Критический диаметр изоляции

Для снижения тепловых потерь в окружающую среду необходимо увеличение полного термического сопротивления нагретого тела. Чаще всего это достигается путем нанесения на нагретую поверхность слоя тепловой изоляции. В качестве таковой применяют материалы с низким значением теплопроводности и достаточно стабильными другими физическими характер и ст и кам и.

Теплоизоляционные материалы изготовляют из органического и неорганического сырья. К сырью органического происхождения относятся шерсть, хлопок, древесина и т.д., к неорганическому сырью — асбест, шлак, глина и т.д. В судовой практике в качестве теплоизоляционных материалов наиболее распространены пробка, стекловойлок, стеклянная и шлаковая вата, мипора, пенопласты, асбодревесные плиты, винидур и др.

Исследуем влияние материала и толщины наружного диаметра изоляции на полное термическое сопротивление и тепловые потери изолированного трубопровода. С этой целью рассмотрим цилиндрическую трубу, покрытую по внешней поверхности однослойной тепловой изоляцией. Полное термическое сопротивление такой двухслойной цилиндрической стенки при отнесении коэффициента теплопередачи, скажем, к ее внутренней поверхности, будет

Считаются заданными все значения величин, входящих в выражение термического сопротивления, кроме внешнего диаметра изоляции dm, который при известном значении внешнего диаметра d2 самой трубы определяет толщину изоляции. С увеличением диаметра dm увеличивается местное термическое сопротивление слоя изоляции

но одновременно уменьшается местное термическое сопротивление теплоотдачи d} / (a2dH3).

Чтобы выяснить влияние наружного диаметра изоляции (а следовательно, и толщины изоляции) на полное термическое сопротивление трубы, возьмем первую производную от правой части (11.31) по dm и приравняем ее нулю:

Производная Э/?гиз / Эб/нзобращается в нуль при некотором критическом диаметре dKp, при котором термическое сопротивление цилиндрической стенки проходит через экстремальное значение:

или

Поскольку вторая производная от RTM3 больше нуля:

то критический диаметр соответствует минимальному термическому сопротивлению и максимуму теплового потока, а следовательно, и максимуму плотности теплового потока.

Из (11.34) следует, что критический диаметр изоляции dKp не зависит от наружного или внутреннего диаметров трубопровода, толщины изоляции 8ИЗ и коэффициента теплоотдачи (от жидкости или газа к внутренней стенке трубы), а зависит только от теплопроводности изоляции Лиз и коэффициента теплоотдачи а2 (от внешней поверхности изоляции к окружающей среде).

Разность между термическим сопротивлением неизолированной трубы RT и термическим сопротивлением трубы, покрытой изоляцией,

Если RT = RTll3, то поверхностная плотность потока теплоты во внешнюю среду будет одинакова у изолированной и неизолированной труб. Если RT > /?тиз, то наличие изоляции приводит к увеличению тепловых потерь в окружающую среду. Наконец, если RT < RTM3, то наличие изоляции приводит к уменьшению тепловых потерь в окружающую среду.

Остановимся несколько подробнее на зависимости тепловых потерь трубопровода от толщины изоляции dU3 и ее количества, определяемого теплопроводностью Хнз. Если d2 < dK[V то при наложении последовательных слоев изоляции толщина ее будет увеличиваться и, наконец, диаметр изолированного трубопровода достигнет значения

В этом случае по мере увеличения толщины изоляции до значения dKp тепловые потери будут расти, превышая тепловые потери неизолированного трубопровода. При дальнейшем увеличении толщины изоляции (dli3 > dK?) тепловые потери будут уменьшаться. На рис. 11.2 показана зависимость тепловых потерь наружного диаметра изоляции dm для случая d2 < dKp (кривая а).

Если d2 > dKp, то при любой толщине изоляции диаметр dU3 никогда не окажется равным dK? и всегда dm > dKp. В этом случае применение изоляции (с данным значением Хиз) любой толщины обеспечит уменьшение тепловых потерь; чем больше толщина изоляции, тем меньше тепловые потери (см. кривую б на рис. 11.2).

Коэффициент теплоотдачи а2 для трубопроводов, проложенных в закрытых помещениях (при tcj2 = 0-Н50°С), можно приближенно определить по формуле

Зависимость тепловых потерь с поверхности изолированного трубопровода от диаметра изоляции

Рис. 11.2. Зависимость тепловых потерь с поверхности изолированного трубопровода от диаметра изоляции

Таким образом, при одинаковом значении коэффициента теплоотдачи величина критического диаметра трубы будет определяться качеством выбранного изоляционного материала. Так, например, бетонная изоляция (X = 1,28 Вт/(м • К)) будет эффективна только для труб при внешнем диаметре более 250 мм. Для асбестовой изоляции (X = 0,11 Вт/(м • К)) внешний диаметр трубы должен быть более 22 мм. Изоляция труб меньшего диаметра этими материалами приводит к росту потерь теплоты.

Кроме того, следует учитывать, что значение критического диаметра изоляции может меняться. Так, повышение влажности изоляции приводит к увеличению ее теплопроводности, что обусловливает увеличение значения критического диаметра и рост тепловых потерь.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >