Определение теплофизических характеристик теплоизоляционных материалов при низких температурах на основе численного решения нелинейных обратных задач теплопроводности

• Автор: Нименский, Николай Витальевич
• Шифр специальности: 05.14.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Ленинград
• Количество страниц: 169 c. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИИ ТЕШКШЗИЧСКИХ СВОЙСТВ

ТЕПЛ0ИЛЯЦИ0НШХ МАТЕРИАЛОВ ХОЛОДИЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

1.1. Современные теплоизоляционные материалы холодильной техники и условия их эксплуатации. .
1.2. Традиционные методы исследования теплофизических свойств теплоизоляционных материалов
1.3. Виды постановок и методы решения некорректных обратных задач теплопроводности по определению теплофизических характеристик материалов
1.4. Методы предварительного анализа и сглахивания экспериментальных данных при автоматизированной обработке результатов наблюдений .

Выводы к главе 1.

ГЛАВА П. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ И ТЕПЛОЕМКОСТИ ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВ ПО ДАННЫМ ИЗМЕРЕНИЯ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ТЕПЛОВЫХ ПОТОКОВ И ТЕМПЕРАТУР НА ГРАНЯХ ОБРАЗЦА В ВИДЕ ПЛАСТИНЫ

2.1. Математическая постановка задачи

2.2. Численный метод решения квазилинейного уравнения теплопроводности
2.3. Вычисление градиента целевого функционала квадратичной невязки .
2.4. Минимизация целевого функционала квадратичной невязки.
Стр.
2.5. Результаты численного эксперимента по восстановлению теплофизических характеристик
Выводы к главе П.
ГЛАВА Ш. РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДИКИ КОМПЛЕКСНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ТШЮФИЗИЧСКИХ СВОЙСТВ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ .
3.1. Описание экспериментальной установки
3.2. Анализ влияния краевых эффектов на температурное поле образца и величину тепловых потоков через его основания.
3.3. Предварительная обработка и сглаживание экспериментальных данных .
3.4. Измерение температур и температурных перепадов на тепломерах.
3.5. Определение тепловых потоков через основания образца.
Выводы к главе Ш
ГЛАВА 1У. КОМПЛЕКСНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕШКШЗИЧСКИХ
СВОЙСТВ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ.
4.1. Поверка методики и установки.
4.2. Возможность расчета теплофизических
свойств пористых пластмасс
Стр.
4.3. Экспериментальное исследование теплофизических свойств эффективных теплоизоляционных материалов.
Выводы к главе 1У.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.
ЛИТЕРАТУРА


В главе рассмотрен широкий класс низкотемпературной теплоизоляции с дисперсной структурой, который получил в настоящее время значительное применение* Проанализированы особенности теплообмена в такой изоляции* Показано, что эффективные ТФХ, теплопроводность и теплоемкость, рассматриваемого класса материалов ввиду сложности процессов переноса в них, могут зависеть от условий проведения эксперимента* Отсюда возникает необходимость определять ТФХ указанных материалов в условиях, близких к реальным условиям их эксплуатации, С этой точки зрения проведен краткий анализ традиционных методов определения ТФХ теплоизоляционных материалов и показана ограниченность их возможностей* Рассмотрен подход к определению ТФХ как к некорректной обратной задаче теплопроводности. Дан обзор различных постановок обратных задач теплопроводности по определению ТФХ и методов их решения. Показано, что на основе предлагаемого подхода можно реализовать экспериментальные методики определения ТФХ при разнообразных режимах проведения опыта, близких к условиям эксплуатации. Реализация таких методик возможна только при условии создания автоматизированной системы обработки теплофизического эксперимента. Рассмотрены основные этапы обработки результатов наблюдений в такой системе и дан обзор методов предварительной обработки экспериментальных зависимостей. Эго требование удовлетворяется благодаря разработке и внедрению в промышленность новых видов эффективной теплоизоляции, таких как вакуумно-порошковая [Иб] , вакуумно-волокнистая и вакуумно-многослойная [бО] изоляции, применяемых, в основном, в технике глубокого охлаждения (область температур ниже 0 К), а также теплоизоляции на основе ячеистых материалов, получаемых путем вспенивания различных пластмасс. Последний вид теплоизоляции хотя и несколько менее эффективен, чем вакуумированная теплоизоляция, но обладает рядом других преимуществ. К их числу можно отнести дешевизну, технологичность изготовления, долговечность. Эти достоинства предопределяют широкое использование указанной теплоизоляции как в технике умеренного холода (область температур 0-0 К), так, в отдельных случаях, и в технике глубокого охлаждения [,] . Важнейшей отличительной чертой современных теплоизоляционных материалов и конструкций является сложность структурного строения. Это, как правило, многокомпонентные пористые системы с резко отличающимися проводимостями компонентов. М.Смолуховским: при понижении давления газа в прослойке на границе раздела газ - поверхность наблюдается скачок температуры. При малых толщинах прослойки отношение этого температурного скачка к перепаду температур на границах прослойки пропорционально критерию Кнудсена. Кп ), то есть отношению длины свободного пробега молекул газа к толщине прослойки. Теплообмен между стенками пор происходит как бы через разреженный газ. В результате эффективный коэффициент теплопроводности такой теплоизоляции с тонкодисперсной структурой может быть меньше, чем теплопроводность газа, заполняющего поры. Проблемам анализа процессов и механизмов переноса в дисперсных системах посвящено большое количество работ, среди которых надо упомянуть монографии К. С.Шифрина [1] , А. ФЛудновского [9,0] , Г. Н.Дульнева и Ю. П.Заричняка [] , А. Миснара [] , М. Г'. Каганера [,] , О. Кришера [] . В числе основных составляющих теплообмена в низкотемпературной теплоизоляции можно выделить теплообмен теплопроводностью газа, заполняющего поры теплоизоляционного материала, теплопроводностью твердого каркаса и теплообмен излучением. В определенных условиях (сжатый газ, большой перепад температур в высокопористой изоляции) может иметь место и конвективный перенос тепла в пористом слое [] . Относительный вклад этих составляющих может зависеть от различных причин - структуры материала, давления и вида заполняющего поры газа, уровня граничных температур, величины внешней механической нагрузки на материал и многих других [5С] . По своей структуре теплоизоляционные материалы разделяются на зернистые, волокнистые и ячеистые пеноматериалн [] . Ниже рассматриваются основные характеристики каждого из указанных видов теплоизоляции. Зернистые порошковые теплоизоляционные материалы представляют собой порошки некоторых минералов (диатомит, вермикулит, перлит, кремнезем), подвергнутые определенной термической обработке. В результате этой обработки зерна порошков становятся пористыми, причем размеры этих пор могут быть очень малы.