Виды теплообмена в изоляции

Теплообмен в остове, промежуточной среде и на границах между ними осуществляется посредством теплопроводности элемента твердого остова материала, передачи теплоты от одной твердой частицы к соседней в местах их непосредственного контакта, молекулярной теплопроводности в среде, заполняющей промежутки между частицами, передачи теплоты на границах твердых частиц с внешней средой; излучения от частицы к частице через промежуточную среду, конвекции газа и влаги, содержащихся между частицами.

Для характеристики изоляции вводят понятие эффективной теплопроводности, которая учитывает все составляющие теплообмена и зависит от давления газа-наполнителя, уровня температур на поверхностях изоляции, пористости, размеров твердых частиц скелета, коэффициента температуропроводности, теплоемкости изоляции и др. Сложность учета всех факторов не позволяет составить и аналитически решить дифференциальное уравнение теплопроводности в таких дисперсных системах. Поэтому накопление необходимых сведений о физике теплообмена в изоляционных конструкциях осуществляется преимущественно опытным путем. В пористых тепловых изоляциях основная доля теплоты передается молекулярной теплопроводностью газа внутри изоляции.

В волокнистых материалах с ростом пористости, диаметра волокна и разности температур между поверхностями изоляции, а также при увлажнении изоляции возрастает возможность возникновения естественной конвекции. При разностях температур на поверхностях изоляции до 70°С конвекция пренебрежимо мала, что можно объяснить большим гидравлическим сопротивлением, которое оказывают твердые частицы остова движению массы газа.

Теплообмен на границе твердых частиц с внешней средой обусловлен взаимодействием молекул газа с поверхностью твердого тела и зависит от пористости изоляции, рода газа-наполнителя, температуры и давления газа, материала остова. Увеличение теплопроводности остова приводит к возрастанию эффективной теплопроводности. Для волокнистых материалов с увеличением теплопроводности волокна количество передаваемой теплоты растет непропорционально, что объясняется главным образом наличием контактного термического сопротивления в местах касания волокон.

Лучистый теплообмен в изоляциях определяется преимущественно уровнем температур на поверхностях изоляции и зависит от усредненного расстояния между твердыми частицами скелета, степени черноты твердых частиц и поверхностей, ограничивающих изоляцию, поглощательной и излучательной способности газа-наполнителя. С ростом температур, степени черноты и пористости передача теплоты излучением возрастает.