Совершенствование методов расчета и оценки свойств нетканых текстильных материалов теплоизоляционного назначения

• Автор: Трещалина, Анна Владимировна
• Шифр специальности: 05.19.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Кострома
• Количество страниц: 197 с. : ил.

Введение

Основная часть

Глава 1. Анализ работ, посвященных теоретическим и экспериментальным исследованиям теплопроводности

теплоизоляционных материалов.

1.1. Математическое и структурное моделирование дисперсных материалов.

1.2. Методы экспериментального определения коэффициента теплопроводности волокнистых материалов

1.2.1. Стационарные методы.

1.2.2. Нестационарные методы.

1.3. Требования, предъявляемые к теплоизоляционным материалам в зависимости от условий эксплуатации

1.3.1. Теплоизоляция холодильных установок.

1.3.2. Теплоизоляция горячих трубопроводов, нефте и газопроводов

1.4. Результаты анализа научноисследовательских работ. Цель и задачи
диссертационной работы.
Глава 2. Аналитическое определение требуемых параметров теплоизоляционного материала.
2.1. Разработка метода расчета эффекгивного коэффициента теплопроводности теплоизоляционного материала
2.2. Определение рациональных значений структурных характеристик
теплоизоляционного нетканого материала.
2.2.1. Разработка требований к свойствам нетканых материалов и волокнистому составу, исходя из условий эксплуатации.
2.3. Выводы
Глава 3. Экспериментальная проверка разработанной методики
расчета эффективного коэффициента теплопроводности.
3.1. Экспериментальное исследование коэффициента теплопроводности теплоизоляционных материалов в зависимости от температуры
3.2. Анализ результатов экспериментальных исследований
3.3. Разработка автоматизированной измерительной установки для определения коэффициента теплопроводности волокнистых материалов
3.3.1. Описание экспериментальной установки. Методика проведения измерений
3.3.2. Результаты измерений эффекгивного коэффициента теплопроводности иглопробивных нетканых материалов.
3.4. Выводы.
Глава 4. Практическое применение результатов исследований для расчета рациональной толщины теплоизоляционного материала в зависимости от условий эксплуатации
4.1. Расчет толщины материала, предназначенного для теплоизоляции холодильных установок
4.2. Расчет толщины материала, предназначенного для теплоизоляции горячих трубопроводов.
4.3. Расчет толщины материала, предназначенного для теплоизоляции подземных газопроводов
4.4. Разработка методики проектирования и выбора нетканых полотен с учетом условий эксплуатации.
4.5. Выводы.
Общие выводы и рекомендации.
Список использованных источников


АНАЛИЗ РАБОТ, ПОСВЯЩЕННЫХ ТЕОРЕТИЧЕСКИМ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМ ИССЛЕДОВАНИЯМ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ. Применение эффективных теплоизоляционных материалов позволяет значительно сократить потери тепла в окружающую среду 1 г 6. В качестве таких материалов целесообразно использовать иглопробивные нетканые текстильные полотна вследствие их наиболее простой и экономичной технологии изготовления к таким материалам относятся стекловата, шлаковата, стекловолокнистые плиты и подобные изделия из различных видов химических волокон 7 . Однако, требуемые параметры теплоизоляции могут быть разработаны только с учетом условий ее эксплуатации на основании имеющихся научнотехнических достижений в области проектирования и изготовления многокомпонентных дисперсных материалов. Многообразие существующих методов как теоретического, так и экспериментального определения теплофизических характеристик дисперсных материалов к которым следует отнести нетканые текстильные материалы, объясняется невозможностью охватить в единую систему всевозможные типы структур волокнистые, зернистые, тонкослоистые и др. Причиной этого являются различные физикомеханические свойства структурных элементов, составляющих рассматриваемый класс материалов. Немаловажное значение имеют форма и размеры элементарных частиц, взаимодействие между ними, а также объемная пористость материала. Теоретическое исследование свойств дисперсных материалов является весьма важной и сложной задачей. Основная причина возникающих затруднений при определении искомых параметров аналитическим путем разработка математических моделей, которые адекватно отображают физические процессы, происходящие в реальных многокомпонентных системах. Расчет теплофизических характеристик при исследовании таких систем сводится к вычислению определяющего параметра в зависимости от физикомеханических свойств системы например, плотность и пористость, теплопроводности структурных элементов, а также среды, заполняющей поровое пространство газ, жидкость. В большинстве случаев в качестве определяющего параметра выбирается эффективный коэффициент теплопроводности, величина которого позволяв выявить наиболее эффективное использование материала например, в качестве теплоизолятора. Одна из первых попыток моделирования структуры дисперсного материала принадлежит К. Торкару . При этом изучалось два экстремальных варианта расположения пластин по отношению к направлению теплового потока рис. Несколько видоизмененная модель, основанная на пластинчатом представлении дисперсного материала, предложена О. Крушером и У. Есдормом. Здесь пластины располагаются в шахматном порядке рис. Промежутки между пластинами предполагаются адекватными объему порового пространства. В результате исследования обеих моделей были предложены формулы для расчета теплопроводности материала в зависимости ог значений коэффициента теплопроводности каждой из фаз и пористости материала. Предложенные формулы дают значительное расхождение с экспериментальными данными и могут быть использованы только для грубых расчетов. Следует отметить, что подобные модели не являются достаточно эффективными в связи с наличием грубых допущений, которые заключаются в возможности либо идеального контакта, либо полного отсутствия контакта между частицами, чего не бывает в реальных материалах. Объемное представление дисперсного материала приводится в . Исследуемый материал рассматривается в виде куба, стенки которого представляют собой совокупность структурных элементов, а газовая фаза образует внутреннюю полость, причем объем полости равен общему объему пор в материале. Однако, подобная модель может быть применима лишь для анализа дисперсных двухфазных материалов в связи с недопустимостью замены мелких пор и капилляров одной большой порой. Рис. Рис. Рис. А,, Р Л. Л.2 1 Р РР X 2 X. Р1 1 Р А. Р пористость материала. Аналогичная модель представлена на рис. Разница состоит в том, что дисперсный материал рассматривается как пористое тело с равномерно расположенными внугри твердой фазы порами кубической формы. О


Рис.