2014-02-03
25233
Тепловой изоляцией называют всякое покрытие горячей поверхности, которое способствует снижению потерь теплоты в окружающую среду. Для тепловой изоляции могут быть использованы любые материалы с низким коэффициентом теплопроводности - асбест, пробка, слюда, шлаковая или стеклянная вата, вспененные и вакуумно-многослойные материалы.
Анализ формулы полного линейного термического сопротивления теплопередачи цилиндрической стенки показывает, что тепловые потери изолированных трубопроводов уменьшаются не пропорционально увеличению толщины изоляции. Рассмотрим условие, при котором материал, используемый для теплоизоляции трубы, действительно будет уменьшать тепловые потери.
Пусть цилиндрическая труба покрыта однослойной изоляцией. Примем значения a 1, a 2, d 1, d 2, λ 1, λ 2, t 1 и t 2 постоянными. Рассмотрим, как будет изменяться полное термическое сопротивление трубы при изменении толщины изоляции.
В уравнении полного термического сопротивления двухслойной цилиндрической стенки:
|
|
|
при увеличении внешнего диаметра изоляции d 3 увеличивается сопротивление слоя изоляции (член 
), но одновременно уменьшается сопротивление теплоотдачи на наружной поверхности изоляции (член 
).
Беря первую производную от правой части уравнения по d3 и приравнивая ее нулю, получаем: 
.
Тогда критический диаметр изоляции, отвечающий экстремальной точке кривой R = f (d 3), определится формулой:
. (7-19)
Из уравнения следует, что критический диаметр d кp изоляции не зависит от размеров трубопровода. Он будет тем меньше, чем меньше коэффициент теплопроводности изоляции и чем больше коэффициент теплоотдачи a 2 от наружной поверхности изоляции к окружающей среде.
Вторая производная от R u больше нуля. Следовательно, критический диаметр соответствует минимуму теплового сопротивления и максимуму теплового потока (рис. 7-3).
|
Анализ уравнения (7-19) показывает, что если наружный диаметр изоляции d изувеличивается, но остается меньше d кp, то тепловые потери возрастают и будут превышать тепловые потери голого трубопровода (кривая АК). При равенстве d из = d кp получаются максимальные тепловые потери в окружающую среду (точка К). При дальнейшем увеличении наружного диаметра изоляции d из > d кp тепловые потери будут меньше, чем при d из = d кp (кривая ВК).
Только при d из = d 3 тепловые потери вновь станут такими же, как и для неизолированного трубопровода.
Значит, для эффективной работы изоляции необходимо, чтобы критический диаметр был меньше внешнего диаметра оголенного трубопровода, чтобы d кp ≤ d2 (см. рис. 7-3). Таким образом, чтобы применение изоляции действительно привело бы к уменьшению тепловых потерь цилиндрической стенки при данном наружном диаметре трубы d2 и заданном коэффициенте теплоотдачи a 2 необходимо выполнение условия:
|
|
|
.
Например, для изоляции трубопровода диаметром 30 мм имеется шлаковая вата с коэффициентом теплопроводности λиз = 0,1 Вт/м град; коэффициент теплоотдачи a 2 = 4,0 Вт/м2 град. Целесообразно ли применять в данном случае в качестве изоляции шлаковую вату?
Критический диаметр изоляции:
= 0.05 м = 50 мм.
Так как d кр > d 2, шлаковую вату в рассматриваемом случае применять нецелесообразно. Для нашей задачи коэффициент λ из должен быть меньше:
= 0.06 Вт/м град.
