19.7 Теплоизоляция с использованием вакуума

Книга по вакуумной теплоизоляции, издана ВНИИКИМАШем. Формат .djvu, архивировано в .zip

Ниже предлагается выдержка из главы «Вакуумная теплоизоляция»

Вакуумно-многослойная теплоизоляция

Уменьшение переноса тепла излучением естественным путем в вакуумированном пространстве достигается установкой одного или нескольких экранов. Как было указано выше, поместить в пространство между внутренним сосудом и кожухом несколько экранов в виде замкнутых оболочек, не соприкасающихся между собой, практически очень трудно. Проблема удачно решена применением экранов из металлической фольги с гибкими прокладками между ними из листовых волокнистых материалов. Наиболее эффективна из существующих теплоизоляция, называемая многослойной, экранно-вакуумной, вакуумно-слоистой, суперизоляции (наиболее обоснованным можно считать первое название). Экраны можно выполнять из металлической фольги или полимерной пленки с металлизированной поверхностью. Для экранов можно использовать любой металл с малой степенью черноты, но наиболее пригоден для этой цели алюминий, который сочетает высокую отражательную способность с низким удельным весом. Для изготовления прокладок большей частью применяют стекловолокнистые материалы.

Как следует из уравнений (10) и (12а), перенос тепла излучением при установке n экранов равен

 

В случае постоянства температур граничных поверхностей

 

Если число экранов достаточно велико (n >> 1) и плотность их расположения постоянна (n / δ = const, где δ — расстояние между граничными стенками), то

 

Частное от деления этой постоянной величины на разность температур граничных поверхностей имеет размерность коэффициента теплопроводности и должно быть также постоянной величиной при выполнении указанных ограничений. Следовательно, в случае вакуумно-многослойной изоляции также можно с некоторыми оговорками пользоваться величиной кажущегося коэффициента теплопроводности, равного

 

Вычислим теоретическое значение λ для изоляции сосуда жидкого кислорода с температурами граничных стенок 293 К и 90 К. Степень черноты алюминиевой фольги примем равной 0,04 и плотность расположения экранов 20 см–1 . Эти значения близки к практическим. Подставляя их в уравнение (20), находим, что λ в этом случае равен 3,8·10–5 ккал/м.ч.град. Реальный коэффициент теплопроводности многослойной изоляции должен быть больше теоретического, так как в действительности экраны разделены не вакуумным пространством, а прокладочными материалами, через которые происходит дополнительный перенос тепла проводимостью твердого тела.

Сводка опубликованных опытных данных теплопроводности различных текстур вакуумно-многослойной изоляции приведена в табл. 7. Некоторые из результатов, полученных во ВНИИКИМАШе, приведены в табл. 8. Кажущийся коэффициент теплопроводности не превышает в большинстве случаев 2,5·10–4 ккал/м.ч.град и достигает для лучших образцов 3,5·10–5 ккал/м.ч.град, то есть приблизительно равен теоретически вычисленному значению.

При увеличении плотности укладки изоляции (числа экранов на 1 см) проводимость тепла излучением уменьшается. Одновременно возрастает проводимость тепла по твердому телу через контакты между экранами и прокладками. Следовательно, зависимость кажущегося коэффициента теплопроводности многослойной изоляции от плотности укладки может иметь различный вид из-за физических свойств применяемых материалов. В некоторых случаях (11) коэффициент теплопроводности проходит через минимум при определенной величине плотности.

Влияние плотности укладки на теплопроводность для одного из образцов, испытанных во ВНИИКИМАШе. показано на фиг. 9. Опытами установлено, что кажущийся коэффициент теплопроводности постепенно возрастает при увеличении числа экранов на единицу толщины. При этом обжатие изоляционного пакета значительно увеличивает тепловой поток и одновременно уменьшает толщину пакета. Пример зависимости толщины пакета от величины нагрузки на него приведён на фиг. 10. Произведение значений теплового потока и толщины пакета, пропорциональное коэффициенту теплопроводности, изменяется в меньшей степени.

Скачать можно с Яндекс-Диска: https://yadi.sk/d/X4QsNIg0hPkJf

QR-код:

 qr_19_7