Расчет основных элементов конструкций

1. Определяем необходимую холодопроизводительность термобатареи

Если теплоизоляция производится слоем теплоизолирующего материала, то теплопритоки определяются следующим образом.

Для плоской стенки

,

где - толщина стенки;

- площадь стенки;

- разность температур сред по обеим сторонам стенки;

и - коэффициенты теплоотдачи на обеих сторонах стенки;

- коэффициент теплопроводности стенки.

Если стенка имеет углы, то площадь нужно брать средней между площадью наружной и внутренней ее поверхностей.

Для цилиндрической стенки

,

где L_из – дина стенки вдоль оси; d₁ и d₂ – внутренний и наружный диаметры стенки.

Для шаровой стенки

.

Если большой слой теплоизоляции нанести на объем с размерами, соизмеримыми с толщиной слоя, то теплопотери через изоляцию могут возрастать при увеличении ее толщины. Это происходит в том случае, когда наружный размер изоляции превышает критический. Для цилиндрической поверхности критический диаметр изоляции d_кр=2λ_из/_н, где _н – коэффициент теплопередачи во внешнюю среду.

Для вакуумной теплоизоляции тепло, передающееся излучением между стенками вакуумного кожуха

,

где Т₁ и Т₂ – температуры теплообменивающихся поверхностей, 

К; F_м – площадь меньшей поверхности, м².

Приведенная степень черноты

,

где и - степени черноты поверхностей;

F_б – площадь большей поверхности.

Если F_м F_б, то ≈.

Для шара или цилиндра

,

где и - радиусы меньшей и большой поверхностей.

Передача тепла излучением уменьшается, если между теплообменными поверхностями ставят экраны. Если между плоскими поверхностями находится n экранов, то

,

где - степень черноты стенок, между которыми находятся экраны; - степень черноты экранов.

Если =, то , т.е. установка n экранов уменьшает и, соответственно, теплопередачу излучением в n+1 раз.

Тепло, передающееся излучением, при наличии цилиндрических и сферических экранов можно определить

,

где - тепло преданное без экранов;

n≥m – общее число экранов.

Ввиду сложности теплообмена между стенками и внутренним объемом принимаем, что падение от Т_о.с. и Т₀ происходит на длине L изоляционной пробки, вставленной в горловину вакуумного сосуда. Это дает завышенную против действительной величину теплопритока. Уточнить ее целесообразно на готовой конструкции или модели. Тогда натекание тепла по внутренней стенке вакуумного сосуда

где λ_ст и F_ст – коэффициент теплопроводности и площадь поперечного сечения внутренней стенки горловины.

Если в изоляционной пробке горловины помещена термобатарея, то натекание тепла по пробке

Определяем толщину изоляции по формуле

где λ_пр – коэффициент теплопроводности пробки;

F_пр и F_т – площади поперечного сечения пробки и термобатареи.

Общее натекание тепла через вакуумную теплоизоляцию

Для теплоизолированного объема в режиме охлаждения

Q0=Qиз+Wвн,

где W_вн – величина внутренних тепловыделений.

Для охлаждения потока

Q0=срGΔt0+Qиз,

где с_р – удельная теплоемкость газа или жидкости;

G – весовой расход в единицу времени;

Δt₀ – разность температур потока между входом и выходом.