ВЛИЯНИЕ РАДИАЦИОННОГО ТЕПЛООБМЕНА НА ИНТЕНСИФИКАЦИЮ ТЕПЛОПЕРЕНОСА В ТОНКОПЛЕНОЧНОЙ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ

Abstract

Актуальность исследования обусловлена тем, что тепловая защита оборудования и трубопроводов играет важную роль при проведении энергосберегающих мероприятий на энергетических объектах различного назначения, а рост уровня потерь тепла или холода при транспортировке энергоносителей является причиной создания новых подходов к энергосберегающим мероприятиям при выполнении теплоизоляционных работ. Известно, что основным методом снижения потерь тепловой энергии при ее транспортировке и хранении является применение высокоэффективных теплоизоляционных материалов. Таким материалом является тонкопленочная тепловая изоляция. Уникальные теплофизические характеристики тонкопленочных теплоизоляционных покрытий позволяют использовать их в различных энергетических системах и оборудовании. Несмотря на это технологии применения тонкопленочных теплоизоляционных покрытий к настоящему моменту времени не получили развития. Это объясняется рядом причин, основными из которых являются: недостаток знаний о физических свойствах и механизмах процессов тепломассопереноса в тонкопленочных теплоизоляционных покрытиях. Цель: исследование кондуктивно-конвективно-радиационного теплопереноса в слое тонкопленочной тепловой изоляции с учетом разнородности свойств микросфер и связующих веществ. Объект: цилиндрический слой тонкопленочного теплоизоляционного покрытия. На внутренней и внешней поверхностях теплоизоляционного покрытия поддерживаются постоянные температуры. Геометрия тонкопленочного теплоизоляционного покрытия представляла собой связующее вещество и полые микросферы. Исследования проводились для слоя теплоизоляции толщиной 0,33 мм. Температура на внутренней и внешней поверхностях изоляции принималась в соответствии с экспериментальными данными. Предполагалось, что слой тонкопленочной теплоизоляции на 62 % состоит из микросфер диаметром 50 мкм и на 38 % из связующего вещества. Рассматривались два типа полых микросфер с толщинами стенок: 5 и 2 мкм. Методы. Решение поставленной задачи получено методом конечных элементов. Использовалась аппроксимация Галеркина, неравномерная конечно-элементная сетка. Параметры элементов сетки выбирались из условий сходимости решения. Увеличение числа элементов расчетной сетки проводилось с использованием метода Делоне. Результаты. Установлены величины тепловых потоков в слое тонкопленочной тепловой изоляции при наличии радиационного теплообмена. На основании сопоставления результатов численного моделирования теплопереноса в слое тонкопленочной тепловой изоляции, выполненного с использованием кондуктивно-конвективной модели теплопереноса, с результатами для кондуктивно-конвективно-радиационной модели установлено, что расхождение между ними не превышает 0,1 % и объясняется погрешностями численных расчетов. По этой причине в практических расчетах можно использовать более простую кондуктивную модель теплопереноса.