1. Тепловая изоляция. Физический смысл теплопроводности λ

На теплообменные поверхности с целью уменьшения тепло­вых потерь часто накладывается тепловая изоляция из материа­лов с низким значением теплопроводности λ .Материал считает­ся теплоизоляционным, если его теплопроводность меньше0,2... 0,25 Вт/(м-К). Примерами теплоизоляционных материалов являются асбест, минеральная вата, диатомовый кирпич, пено­пласт, пенобетон. Большинство теплоизоляционных материалов имеет пористое строение, поскольку воздух, заполняющий поры, сам по себе обладает малой теплопроводностью. Изготавлива­ются также вакуумно-многослойные и вакуумно-порошковые теплоизоляционные материалы, содержащие замкнутые вакуу-мированные поры, за счет чего создается низкая теплопровод­ность (эффективная теплоизоляция) порядка 10^-4 Вт/(м-К).

Наложение теплоизоляции на цилиндрическую поверхность имеет свою особенность: при увеличении толщины изоляции теп­ловой поток в одних случаях может уменьшаться, а в других — увеличиваться. Это происходит в силу того, что при утолщении изоляции наряду со снижением внутреннего термического сопро­тивления возрастает наружная поверхность теплообмена, что способствует увеличению теплопотерь. Анализ общего термиче­ского сопротивления двухслойной цилиндрической оболочки при­водит к следующему выражению для так называемого критиче­ского диаметра изоляции d_кр = 2λ_из/α₂, при котором имеют место максимальные теплапотери.

При d_из<d_кр увеличение толщины изоляции приводит к уве­личению теплопотерь, а при d_из>d_кр к их уменьшению. По­этому при проектировании необходимо выбирать такой тепло­изоляционный материал, для которого значение d_кр меньше или равно наружному диаметру изолируемой трубы: d_KP≤d₂. Решая это уравнение относительно искомого значения теплопроводно­сти теплоизоляции, получим

БИЛЕТ - 5

1. Основные положения теплопроводности при нестационарном режиме.

Теплопроводность при нестационарном режиме встречается во многих процессах сельскохозяйственного произ­водства: например, при нагревании или охлаждении различных продуктов, пуске или остановке теплообменных установок, пе­реводе их с одного теплового режима на другой. Расчеты не­стационарной теплопроводности проводят также при определе­нии температурных полей в ограждающих конструкциях зданий, в полу животноводческих помещений и в грунте теплиц.

Возникающие в данном случае переходные процессы обус­ловлены включением (или отключением) системы отопления или обогрева, а также суточными колебаниями наружного воздуха.

Задачи (нестационарной теплопроводности можно подразде­лить на две группы: переходные процессы, стремящиеся к теп­ловому равновесию; периодические процессы, в которых темпе­ратура тела колеблется во времени по определенному закону.

Примером первой группы процессов может служить нагрев (охлаждение) в среде с постоянной температурой, примером второй—суточные колебания температуры в ограждающих кон­струкциях зданий.

Описание нестационарной теплопроводности осуществляют на основе решения дифференциального уравнения теплопровод­ности, при соответствующих геометрических, физических, на­чальном и граничных условиях.

Приведем в качестве примера задачу определения нестацио­нарной теплопроводности в неограниченной пластине (напри­мер, стена животноводческого помещения, обменивающаяся теп­лотой по закону конвективного теплообмена с наружным и внутренним воздухом). Примем, что пластина имеет толщину 2R, начальное распределение температуры—равномерное, теплофизические характеристики постоянны, внутренние источники теплоты отсутствуют, в начальный момент времени температура воздуха в помещении принимает значение t_By>t(x, 0), наруж­ного t_B2<.t(x, 0). Система уравнений, в дифференциальной фор­ме описывающая данную задачу, имеет вид (начало координат помещено в центре пластины):

Первое уравнение системы (9.1) является линейным диффе­ренциальным уравнением теплопроводности, подлежащим ин­тегрированию; второе уравнение описывает постоянное распре­деление температуры в момент начала процесса; третье выра­жает теплообмен внутренней поверхности стены с воздухом по­мещения по закону Ньютона — Рихмана; четвертое уравнение характеризует теплообмен внешней поверхности стены с наруж­ным воздухом по закону Ньютона — Рихмана.

БИЛЕТ – 6