5.1.1.1 Порошковая и волокнистая газонаполненная изоляция

Пористые изоляции включают в себя стекловолокно, пробковую крошку, перлит (порошок кремнезема), сантосел, минеральную вату и вермикулит. Основным свойством газонаполненной порошковой изоляции и волокнистых материалов является уменьшение или устранение конвекции вследствие малого размера пустот внутри материала. К тому же, в мелкозернистых порошках расстояние между частицами может оказаться меньше, чем средняя длина свободного пробега молекул в изоляции, и механизм переноса теплопроводностью в газе заменяется на перенос при свободно-молекулярном течении. В этом случае теплопроводность газа уменьшается, и кажущаяся теплопроводность материала стано­вится соответственно меньше, чем для порошков с крупными частицами.

Недостатком газонаполненных волокнистых материалов является то, что влага и воздух могут проникать через материал к холодной поверхности, если не принимать специальных мер. Проникновение влаги может быть предотвращено постоянной продувкой изоляции сухим азотом при давлении выше атмосферного. Этот прием используется в резервуарах для сжиженного природного газа, где применение вакуумной изоляции неэкономично.

Изменение эффективной теплопроводности газонаполненной теплоизоляции от температуры

5.1.2 Вакуумированная теплоизоляция

Используется в криогенных системах при .

Чисто вакуумные изоляции используются в небольших лабораторных сосудах.

При вакуумной изоляции устраняется два механизма теплопереноса: за счёт теплопроводности сплошной среды и конвекции газа. В сосуде с вакуумной изоляцией теплота через межстенное пространство передается излучением от теплого внешнего кожуха к холодному внутреннему сосуду и теплопроводностью через разреженный газ межстенного пространства.

Если давление газа достаточно мало, то средняя длина свободного пробега молекул газа становится больше, чем расстояние между двумя поверхностями, и проводимость газа отличается от обычной проводимости сплошной среды при нормальном давлении. В случае обычной проводимости с постоянным коэффициентом теплопроводности в теплопередающей среде имеет место линейное изменение температуры, тогда как в свободномолекулярном потоке молекулы газа испытывают редкие соударения, и, таким образом, отдельная молекула газа проходит свой путь между поверхностями без передачи энергии другим его молекулам газа.

Тепловой поток определяется законом Стефана-Больцмана:

,

где

– постоянная излучения абсолютно чёрного тела (постоянная Стефана – Больцмана);

– эффективная степень черноты;

– степень черноты холодной и горячей поверхностей;

F_c,, F_h– площадь излучения холодной и горячей поверхностей, соответственно;

Т_c,, Т_h– температуры холодной и горячей поверхностей, поверхностей, соответственно.

Степень черноты зависит от состояния поверхности и его температуры:

, , .

Для улучшения теплоизоляции необходимо устанавливать экраны (расстояние между экранами не имеет значения, но они не должны контактировать друг с другом). , где n – число экранов, -тепловой поток без экранов.