ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Перенос тепла излучением из "Тепловая изоляция в технике низких температур" В условиях высокого вакуума основным способом переноса тепла в изоляционных материалах является тепловое излучение. При небольших разностях температур граничных стенок общий поток тепла, переносимый излучением и проводимостью, определяется уравнением (ПО). [c.98] Опытные данные для кремнегеля и минеральной ваты (рис. 37), полученные при разности температур 20° К, удовлетворительно следуют этому уравнению. [c.99] Результаты, полученные для белой сажи (рис. 40), существенно отличаются от данных для других материалов. Характер экспериментальных кривых указы- вает на изменение коэффициента ослабления излучения в зависимо-, сти от температуры. [c.100] При преобладающей роли рассеяния опытные данные по переносу тепла в изоляционных материалах должны удовлетворять уравнениям, полученным для чисто рассеивающих сред. [c.101] Применимость к изоляционным порошкам уравнения (111) может быть проверена с помощью данных по переносу тепла при различной степени черноты граничных поверхностей. Такая проверка произведена автором с использованием результатов измерений коэффициента теплопроводности различных изоляционных порошков при зачерненных и полированных граничных поверхностях и толщине слоя 25,4 мм [93]. [c.101] Как следует из данных табл. 11, значения приведенной степени черноты бтгр полированных граничных поверхностей, вычисленные из опытов с различными порошками, близки между собой. Это указывает на допустимость применения уравнения (111) к изоляционным порошкам. В последнем столбце таблицы даны значения толщины слоя изоляции, при которой уменьшение теплового потока за счет полировки граничных проверхностей составляет 10%. Результаты подсчетов показывают, что степень черноты граничных стенок может оказывать большое влияние на измерения коэффициента теплопроводности лабораторными приборами с толщиной образца 1—2 см. В промышленных изделиях с вакуумно-порошковой изоляцией, в которых толщина слоя изоляции достигает 15—30 см, полирование стенок не дает возможности существенно снизить величину теплового потока. [c.101] Без скобок даны значения по работе (I 17), в скобках — исправленные значения. [c.102] Исправленные опытные данные подтверждают независимость Я от толщины слоя при величинах ее более 25 мм даже для весьма прозрачного по отношению к тепловому излучению аэрогеля марки сантосел . [c.103] Перейдем теперь к рассмотрению влияния физических свойств изоляционных материалов на перенос тепла в них излучением. Рассмотрим прежде всего влияние плотности. Увеличение плотности пористого материала может быть вызвано двумя причинами во-первых, увеличением толщины частиц или стенок пор материала и, во-вторых, увеличением числа частиц или пор в единице объема при одновременном уменьшении размеров пор. [c.104] Перенос тепла излучением при увеличении плотности в обоих случаях будет уменьшаться, но причины этого увеличения различны. В первом случае основной причиной является поглощение излучения, тогда как во втором случае перенос излучением будет снижаться преимущественно за счет возрастающего эффекта рассеяния. Второй случай имеет место, в частности, при уплотнении пористых, например, волокнистых материалов путем обжатия. Увеличение плотности порошков может быть вызвано обеими причинами. [c.104] На рис. 42 приведены кривые, построенные по опытным данным. Величина X уменьшается с увеличением плотности, но это уменьшение происходит не обратно пропорционально плотности, как можно было ожидать, а заметно медленнее. При плотности около 200 кг1м коэффициент теплопроводности достигает минимального значения, после чего начинает возрастать. Коэффициент теплопроводности измельченного силикагеля (размер зерен менее 0,25 мм) приблизительно равен теплопроводности аэрогеля, несмотря на то, что плотность силикагеля в 4—5 раз больше. Оба материала представляют собой разновидности геля кремниевой кислоты. Коэффициент теплопроводности стеклянной ваты [79] и минеральной ваты также достигает минимального значения при плотности около 200 кг1м . [c.104] Значения Хизл, полученные, обоими способами — по зависимостям коэффициента теплопроводности от плотности и от температуры — хорошо согласуются. [c.106] Вторым параметром изоляционного материала, оказывающим существенное влияние на перенос тепла излучением, является диаметр частиц. Как было показано в гл. II, коэффициент рассеяния излучения одной частицей и средой, состоящей из многих частиц, принимает максимальное значение при определенном диаметре частиц, близком по величине к длине волны падающего излучения. В соответствии с этим следует ожидать, что коэффициент теплопроводности изоляционного материала в вакууме будет проходить через минимум при указанном диаметре частиц. [c.106] Опытные данные, характеризующие влияние размера частиц на теплопроводность изоляционных материалов, приведены на рис. 44. Коэффициент теплопроводности стеклянной ваты принимает минимальное значение при диаметре волокон около 1,5 мкм. Следо1вательно, коэффициент ослабления излучения проходит здесь через максимум. Эффективная длина волны падающего излучения, определенная по формуле (62), равна в данном случае 13,2 мкм. Коэффициент преломления материала волокон прн этой длине волны по формуле (92) равен 5,2, что выходит за пределы применимости формулы. [c.106] Сложнее обстоит дело с изоляцонными порошками вследствие их сложной структуры. Излучение рассеивается как зернами порошков, так и в порах внутри зерен. Поэтому ослабление излучения порошками зависит от размеров как зерен, так и пор в них. Оптимальный размер зерен белой сажи и перлита находится, как можно заключить из рассмотрения рис. 44, между 10 и 100 мкм, что соответствует коэффициенту преломления, лежащему в пределах 1,07—1,67. [c.107] Зерна перлита содержат более крупные поры диаметром в несколько микрон, сравнительно сильно рассеивающие инфракрасное излучение. В результате коэффициент теплопроводности перлита в ,5 раза ниже, чем у аэрогеля при одинаковых плотности и размерах зерен. [c.109] Коэффициент лучевого давления для больших частиц согласно теории не должен превышать 1, тогда как для перлита он с увеличением диаметра зерен приближается к 1,8. Расхождение можно объяснить эффектом многократного рассеяния, который в порошкообразных материалах должен быть значительно больше, чем в волокнистых ввиду сравнительно малого отношения диаметра пустот между частицами к диаметру частиц. [c.109] Вследствие малых размеров частиц белой сажи рассеяние излучения в ней сильно зависит от параметра х. Изменение этого параметра может быть вызвано не только изменением диаметра частиц, но и длины волны падающего излучения, которая в свою очередь изменяется с температурой тепловой граничной поверхности материала. Это и является причиной аномалий в температурной зависимости коэффициента теплопроводности белой сажи. [c.109] Вернуться к основной статье