ЖКТИ. Измерение реального коэффициента теплопроводности методом цилиндрического слоя

mcs-00Журнал «Инженерные системы» №3(53) август-сентябрь 2012

Ф.Р.Латыпов, ктн, доцент к.АТиТ, А.Ф.Габзялилов, М.Ф.Мугафаров
ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет»

Основные области применения жидкой керамической теплоизоляции:

Теплоэнергетика и промышленность

Котлы, трубопроводы, резервуары для хранения нефтепродуктов, бойлеры, холодильное оборудование, компрессорное оборудование и т.д.

Строительство и ЖКХ

  • Снаружи и изнутри стеновых конструкций – для снижения тепловых потерь согласно СНиП, а так же устранения грибка, конденсата, обледенения;
  • Трубопроводы холодной и горячей воды, как для снижения тепловых потерь, так и для устранения конденсата;
  • Задвижки и запорная арматура; Снаружи или изнутри кровли для снижения тепловых потерь в зимний период и уменьшения затрат на кондиционирование летом;
  • Покрытие оконных откосов для снижения теплопотерь. До 20% тепловых потерь происходит через оконные откосы;
  • Обработка торцов монолитных пере- крытий при «каркасном» строитель- стве;
  • Утепление подвальных помещений, в том числе с внутренней стороны подвальных стен.

Транспорт

Рефрижераторы, пассажирский транспорт, железнодорожные вагоны, морские и речные суда, авиатранспорт и т.д.

Обработка технологического оборудования

Термопрессы, газоходы, печи, котлы, бойлеры для снижения затрат на энергоносители за счет ускорения процесса разогрева и снижения теплопотерь.


Метод цилиндрического слоя или, как его в народе называют «метод трубы», известен с первой половины ХХ века, прост в реализации и дает достаточную точность в определении коэффициента теплопроводности λ неизвестного сыпучего материала. Однако применительно к жидкой застывающей композиционной пасте, состоящей из тонкостенных алюмосиликатных и керамических микросфер диаметром Ø 200..100 мкм с межсферным латексным и акриловым наполнителем (плюс светлый титановый пигмент), требуется особый подход к реализации названного метода.

Во-первых, для получения высокой точности в определении λ, требуется высокая точность контроля толщины сверхтонкого цилиндрического слоя из композиционного материала. Для этого нужно разработать специальное приспособление для прецизионного нанесения жидкой пасты, с последующим высокоточным контролем толщины высохшего слоя.

Во-вторых, исходя из технологии высыхания пасты и принципов функционирования внешнего слоя теплоизоляционного материала из микросфер, невозможно и недопустимо набивать пасту в промежуток между двумя трубами, как это практикуется в классическом методе цилиндрического слоя. Необходимо, чтобы внешний слой пасты был открыт в окружающее воздушное пространство. Но тогда, из-за недопустимости повреждения внешнего слоя засохшей пасты, неприемлемы и все контактные способы измерения температуры ее внешнего слоя. Требуется особая коррекция данных при бесконтактном измерении температуры внешнего слоя.

Учитывая названную специфику реализации метода цилиндрического слоя для определения коэффициента теплопроводности жидкого композиционного материала, подготовку измерительной лабораторной установки и сами измерения мы провели в три этапа.

Этап 1

Вначале изучили разные способы нанесения композиционной теплоизоляционной пасты на поверхность плоской стальной пластины (кистью, шпателем, пульверизатором) и степень последующего ее усыхания при ее исходной «влажной» толщине δ=1,5 мм. Толщина слоя контролировалась ультразвуковым дефектоскопом с погрешностью Δδ=0,05 мм. Через 24 часа сушки слой пасты уменьшился до толщины δ=1,4 мм. Да- лее, внутри слоя пасты (примерно на середине ее толщины) внедрялся королек тонкой хромель-копелевой термопары диаметром Ø 0,25 мм.

Когда паста высыхала, металлическая контрольная пластина с пастой и термопарой термостатировали при разных температурах в интервале 26°..96°С.

При этом, яркостным инфракрасным пирометром «Питон» измерялась температура поверхности композиционного материала и записывались показания, протестированной заранее, термопары. Оказалось, в среднем, пирометр «Питон» фиксировал температуру поверхности на 0,6°С ниже, чем та температура, которая была внутри слоя засохшей пасты. Этот эксперимент позволил нам убедиться в достаточной точности измерения температуры внешнего слоя засохшей пасты инфракрасным пирометром на последующих этапах исследования.

Метод цилиндрического слоя

Рис. 1. Осевое сечение зоны нанесения жидкой пасты с помощью прецизионной втулки-воронки.
1 – Нижний скользящий упор,
2 – верхний скользящий упор,
3 – стенка трубки ТЭНа,
4 – термопарные провода,
5 – жидкая паста,
6 – корпус прецизионной втулки-воронки.

Этап 2

Изготовили две специальные прецизионные втулки-воронки для точного нанесения пасты на поверхность нагревательного ТЭНа с внешним диаметром Ø 13,4 мм и длиной 550 мм.

На рис. 1 показана втулка-воронка сверху и снизу. По окружности трубки ТЭНа, воронка имела три равноотстоящих упора, позволяющих по скользящей посадке перемещать воронку вдоль поверхности, на которую наносится жидкая паста.

Внутренняя цилиндрическая проточка была изготовлена с допуском d+0,025 мм, что позволило (с учетом скользящей посадки упоров) добиться задания толщины δ жидкой пасты на выходе из воронки с отклонением ±0,030 мм. Первая втулка-воронка наносила слой пасты толщиной δ=1,1 мм. После высыхания толщина слоя уменьшилась примерно до 1,0 мм.

Второй втулкой (двигая ее скользящие упоры по оставшимся трем пазам-следам от первой втулки), нанесли второй слой пасты новой толщиной 1,1 мм. После повторного высыхания второго слоя жидкой пасты по поверхности всей трубки был получен равномерный теплоизоляционный слой толщиной 2,0 мм.

Окончательная толщина теплоизоляционного слоя контролировалась ультразвуковым прибором. Провода нити хромель-копелевых термопар были заложены на одном секторе трубки и не мешали продвижению втулок-воронок, так как находились между соседними скользящими упорами.

После окончательного высыхания двух слоев пасты, оставшиеся следы-пазы от скользящих упоров втулки были аккуратно заполнены пастой из специального медицинского шприца- тюбика и разглажены кистью.

Этап 3

Трубку ТЭНа, покрытую по торцам той же теплоизоляционной пастой, установили горизонтально на двух вертикальных упорах, имеющих с трубкой минимальный тепловой контакт.

Мощность нагревателя (с учетом cosϕ) контролировалась ваттметром 1-го класса точности. Показания тарированных термопар снимались высокоточным мультиметром «АРРА-108М» (погрешностью 0,1°С). Температура наружного слоя теплоизоляции (сверху, снизу, по бокам) измерялась пирометром «Питон» (погрешностью 0,1°С). Температура поверхности трубки ТЭНа в опытах изменялась от 36°С до 96°С. По длине ТЭНа, за счет небольших торцевых утечек , температура менялась «горбом», что всегда наблюдается при данном методе измерения коэффициента теплопроводности λ. Снизу горизонтально расположенного рабочего участка, температура поверхности ком- позита была на 2°С ниже (при t=70°С) и на 0,8°С ниже (при t=30°С), чем сверху.

Измерения температур осуществлялось в стационарном режиме. Обычно, он наступал через 20..30 минут после установки нового значения мощности нагрева на автотрансформаторе. Измерения λ нами были произведены при средней температуре теплоизоляционного слоя в интервале 30°..70°С.

На графике рис. 2 звездочками показаны измеренные значения коэффициента теплопроводности λ, а ниже в табл. 1 опытные значения величин. Коэффициент теплопроводности λ теплоизоляционного слоя толщиной δ=2,0 мм в наших опытах изменялся от 0,01 до 0,0275Вт/м•К.

Метод цилиндрического слоя

Рис. 2. Изменение коэффициента теплопроводности λ композиционного теплоизоляционного материала в наших опытах

метод цилиндрического слоя

Между тем, во всех инструкциях по нанесению жидкой теплоизоляционной пасты утверждается, что нанесение слоя более 1,5 мм не улучшает качества теплоизоляции.

Опираясь на это утверждение, полученные нами результаты мы экстраполировали и пересчитали на толщину теплоизоляционного слоя 1,5 мм. Нижняя кривая на рис. 2 относится к данным соответствующего пересчета. Численные значения величин по пересчету показаны в Табл.2

метод цилиндрического слоя

Выводы:

  • В лаборатории тепломассообмена УГАТУ опытным путем, методом цилиндрического слоя, в интервале температур 30°..70°С установлено значение коэффициента теплопроводности λ жидкого композиционного теплоизоляционного материала, производимого в России на основе заграничных технологий;
  • Ничего необычного в характере кривой λ=f(t) для изучаемого материала мы не обнаружили;
  • Из рис. 2 следует, что жидкий  композит  лучше всего «работает» при минусовых температурах, однако в эту область исследований мы еще не заходили. Следует повторить наши опыты и при минусовых температурах окружающего воздуха. Это актуально для предсказания  поведения теплоизоляционной пасты при нанесении ее на строительные конструкции и трубопроводы для эксплуатации в зимний период года.

Литература:

  1. Михеев М.А., Михеева И.М., Основы теплопередачи. – М: «Энергия», 1973. 320 с.
  2. Метод постановки опыта и расчета коэффициента теплопроводности для сверхтонких тепловых изоляционных материалов, методические рекомендации по теплотехническим расчетам М–001–2003  ОГУП НИИ «Сантехника».  М., 2003
  3. www.re-therm.ru

Исходник Измерение-КТП-ЖКТМ-МЦС

Утащить к себе
  • Добавить ВКонтакте заметку об этой странице
  • Мой Мир
  • Facebook
  • Twitter
  • LiveJournal
  • В закладки Google
  • PDF
  • Одноклассники
  • email
  • Print
  • RSS
  • LinkedIn

You may also like...

6 комментариев

  1. halil:

    Неужели все еще кто-то верит в эту сказку…про ЖКТИ ну нет там никааааких теплоизоляционных свойств

    • Алексей Кощеев:

      Т.е. Ваши «голые» слова это единственный довод?

      • Почему «голые»? Есть протокол испытаний ВНИПИЭНЕРГОПРОМом, где ясно показано: К теплопр.= 0,11-0,12 вт м (К)!!!!! Я сам лично испытывал это ЖКТ после нанесения её на трубу представителями производителей специализированной оппаратурой. Испытания проводились в специализированной лаборатории. Результат: снижение температуры ( нач 110 град. С) на 3-5 град. Ужас, кто ещё верит и слушает вас????

  2. Александр:

    Проверенно на практике, теплопроводность равна слою акриловой краски. А доказательства — изучите англоязычную литературу по этому вопросу, там запрещено использовать этот «изолятор» совместно со словом энергоэффективный на законодательном уровне, что бы предотвратить спекуляции. То есть они сделали то, что не сделали до сих пор у нас )

Добавить комментарий

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

%d такие блоггеры, как: