Расчет толщины теплоизоляции

Цель работы: научить студентов выбирать и рассчитывать толщину теплоизоляции

Общие положения

Общие теплопоступления в рабочие помещения складываются из теплоты, передаваемой через наружные ограждения, из бытовых и технологических тепловыделений, вносимых с воздухом из системы вентиляции и кондиционирования и поступающих от работающего оборудования. В связи с этим нормальная работа оборудования, т.е. поддержка стабильного допустимого теплового режима работы оборудования является одним из важнейших условий нормальной эксплуатации оборудования. С целью недопущения вредных воздействий повышенной температуры поверхности оборудования применяется защитная теплоизоляция.

Теплота, создаваемая внутри изолированного оборудования, переносится к поверхности конструкции, и оттуда выносится через теплоизоляцию. Количество выносимой теплоты определяется по формуле:

, (1)

где к – суммарный коэффициент теплопроводности конструкции (материалов стенки оборудования и материала слоя изоляции, ;

F – изолирующая площадь, ;

- температура внутри рабочей камеры (т.е. внутри оборудования) и температура на поверхности кожуха (на внешней стенке оборудования), .

Выведенное на поверхность тепло путем поверхностного излучения с нагретого тела отводится в окружающую среду.

, (2)

где - коэффициент теплоотдачи от поверхности к воздуху помещения, ;

- температура окружающего воздуха.

Коэффициент теплоотдачи от изолированной стенки к воздуху представляет собой сумму коэффициентов теплопередачи лучеиспусканием и конвекцией воздуха, т.е.

. (3)

Согласно закону Стефана-Больцмана энергетическая совместимость абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его термодинамической температуры, т.е.

(4)

где - постоянная Стефана-Больцмана; этот закон отражает равновесное излучение в замкнутой полости.

Используя эти зависимости и закон Вина, (луч) можно выразить формулой:

, (5)

где и - абсолютные температуры, К;

е – степень черноты изолирующей поверхности, .

Коэффициент (конв) связан с диффузионными процессами в атмосфере, которые подчиняются закону Фика:

,

где - удельный поток массы, численно равной массе вещества, которое диффундирует через плоскую поверхность с площадью, равной 1 и перпендикулярной направлению переноса вещества;

- плотность переносимого газа;

D – коэффициент диффузии.

С вещественным потоком переноситься тепло. Поэтому коэффициент (конв) зависит от кинематических параметров окружающей газовой атмосферы и от физических свойств газа. В практических расчетах для оценки коэффициента (конв) используется некоторая эмпирическая зависимость:

, (6)

где - по существу является критерием подобия;

- коэффициент теплопроводности воздуха (Вт/мК);

L – размер характерного параметра формы тела, находящегося в конвертируемой среде, м.

Значение коэффициента теплопроводности газа (в данном случае воздуха) зависит от температуры среды, физических свойств (кинематическая вязкость), которые представляются критерием Прандтля.

В свою очередь, критерий Нуссельта представляется следующей эмпирической зависимостью:

, (7)

где С и n – эмпирические коэффициенты;

- критерий Грасгофта, который определяется следующей зависимостью:

, (8)

где - коэффициент объемного расширения, ;

g – ускорение свободного падения, ;

v – коэффициент кинематической вязкости, ;

- температура на излучающей поверхности К;

- температура окружающего воздуха, К.