Критичний діаметр ізоляції - студопедія

Тепловою ізоляцією називають всяке покриття гарячої поверхні, яке сприяє зниженню втрат теплоти в навколишнє середовище. Для теплової ізоляції можуть бути використані будь-які матеріали з низьким коефіцієнтом теплопровідності - азбест, пробка, слюда, шлаковая або скляна вата, спінені і вакуумно-багатошарові матеріали.

Аналіз формули повного лінійного термічного опору теплопередачі циліндричної стінки показує, що теплові втрати ізольованих трубопроводів зменшуються не пропорційно збільшенню товщини ізоляції. Розглянемо умова, при якому матеріал, який використовується для теплоізоляції труби, дійсно буде зменшувати теплові втрати.

Нехай циліндрична труба покрита одношарової ізоляцією. Приймемо значення a1, a2, d1, d2, λ1, λ2, t1 і t2 постійними. Розглянемо, як буде змінюватися повне термічне опір труби при зміні товщини ізоляції.

У рівнянні повного термічного опору двошарової циліндричної стінки:

при збільшенні зовнішнього діаметра ізоляції d3 збільшується опір шару ізоляції (член), але одночасно зменшується опір тепловіддачі на зовнішній поверхні ізоляції (член).

Беручи першу похідну від правої частини рівняння по d3 і прирівнюючи її нулю, отримуємо:.

Тоді критичний діаметр ізоляції, що відповідає екстремальній точці кривої R = f (d3), визначиться формулою:

З рівняння випливає, що критичний діаметр dкp ізоляції не залежить від розмірів трубопроводу. Він буде тим менше, чим менше коефіцієнт теплопровідності ізоляції і чим більше коефіцієнт тепловіддачі a2 від зовнішньої поверхні ізоляції до навколишнього середовища.

Друга похідна від Ru більше нуля. Отже, критичний діаметр відповідає мінімуму теплового опору і максимуму теплового потоку (рис. 7-3).

Аналіз рівняння (7-19) показує, що якщо зовнішній діаметр ізоляції dіз збільшується, але залишається менше dкp. то теплові втрати зростають і будуть перевищувати теплові втрати голого трубопроводу (крива АК). У разі рівного розподілу dіз = dкp виходять максимальні теплові втрати в навколишнє середовище (точка К). При подальшому збільшенні зовнішнього діаметра ізоляції dіз> dкp теплові втрати будуть менше, ніж при dіз = dкp (крива ВК).

Тільки при dіз = d3 теплові втрати знову стануть такими ж, як і для неізольованого трубопроводу.

Значить, для ефективної роботи ізоляції необхідно, щоб критичний діаметр був менше зовнішнього діаметра оголеного трубопроводу, щоб dкp ≤ d2 (див. Рис. 7-3). Таким чином, щоб застосування ізоляції дійсно привело б до зменшення теплових втрат циліндричної стінки при даному зовнішньому діаметрі труби d2 і заданому коефіцієнті тепловіддачі a2 необхідне виконання умови:

Наприклад, для ізоляції трубопроводу діаметром 30 мм є шлаковая вата з коефіцієнтом теплопровідності λіз = 0,1 Вт / м град; коефіцієнт тепловіддачі a2 = 4,0 Вт / м 2 град. Чи доцільно застосовувати в даному випадку в якості ізоляції шлакову вату?

Критичний діаметр ізоляції:

Так як dкр> d2, шлакову вату в даному випадку застосовувати недоцільно. Для нашої задачі коефіцієнт λіз повинен бути менше: