Заказ «Керамоизола» +38 (050) 053 3445

Р
асчет теплопроводности теплоизоляционного материала КЕРАМОИЗОЛ (на основании замера времени таяния льда).
Опыт предполагает замер времени таяния и превращения воды в пар двух одинаковых кубиков льда, размещенных одновременно
на трубе с известным теплоносителем, причем один кубик льда помещен непосредственно на трубу, а второй помещен на участок
трубы, покрытый теплоизоляционным материалом КЕРАМОИЗОЛ.
Данные теплопроводности льда и воды давно известны, их удельная теплоемкость известна, количество тепла, необходимое для таяния и
превращения воды в пар также давно исследованы, поэтому ставить под сомнение результаты, полученные из данного эксперимента
затруднительно.
Более того, результаты проведенного эксперимента убедительно показывают, что испытуемый теплоизоляционный материал КЕРАМОИЗОЛ
является отличным гидроизоляционным материалом при его относительной паропроницаемости. Дело в том, что по условиям
поставленного эксперимента, обладая материал водопроницаемостью, два полученных результата были бы практически одинаковыми.
Исходные данные:
1. Два совершенно одинаковых кубика льда, размером 1 х 1 х 1 см и весом 1 грамм.
2. Металлическая труба, диаметром З50 мм и длиной 4500 мм, внутри которой находится теплоноситель, разогретый до 95°С.
3. Участок трубы п.2 покрыт теплоизоляционным материалом КЕРАМОИЗОЛ, размер покрытия — 10 х I0 см, толщина покрытия — 1.5 мм.
Один кубик льда помещен на открытый (без покрытия) участок трубы, другой — на участок трубы, покрытый КЕРАМОИЗОЛОМ. Время
таяния кубиков льда и превращения в пар фиксировалось секундомером, вес кубиков льда — лабораторными весами, температура
окружающего воздуха — лабораторными термометрами внутри помещения и термопарой, помещенной в 20 см от разогретой трубы.
4. Время таяния кубика льда на непокрытом участке трубопровода — 1 мин. 17 сек. = 77 сек.
5. Время таяния кубика льда на покрытом участке трубопровода материалом КЕРАМОИЗОЛ — 3 мин. 43 сек. = 22З сек.
Общие положения:
1. Кубики льда для опыта одинаковые по всем параметрам — температура, размер, вес.
2. Действие окружающей среды на кубики одинаковые.
3. Для того, чтобы растопить кубики льда в воду и воду превратить в пар, к ним надо подвести определенное количество тепла, которое
необходимо:
а) для нагрева льда до температуры плавления
б) для плавления льда в воду
в) для нагрева воды до температуры испарения
г) для испарения воды в пар.
Используемая литература:
1. «Справочник машиностроителя», изд. «МАШГИЗ» г. Москва 1961 г. том 2.
2. СНиП 2.04.14-88 «Тепловая изоляция трубопроводов и оборудования», государственный строительный комитет СССР, г. Москва 1989 г.
Условия расчета:
1. По определению условий опыта, два кубика льда у нас одинаковые, поэтому количество тепла, необходимое для их испарения, будет
одинаковое: r1 = r2 = r, но подводится это тепло за разное время t1 и t2.
2. Тепло к кубикам льда подходит как со стороны трубы (одна грань 1 см2 = 0,0001 м2), так и со стороны воздуха (пять граней общей
площадью 5 см2 = 0,0005 м2).
З. Количество тепла для испарения кубика льда на открытом участке трубопровода испаряет кубик за 77 сек. — t1.
4. Количество тепла на покрытом КЕРАМОИЗОЛОМ участке трубопровода испаряет кубик льда за 223 сек. — t2.
Тепловые потоки от трубы и с атмосферы, действующие на кубики льда, имеют разную плотность q1 и q2. Тепловой поток, действующий на
кубик льда через КЕРАМОИЗОЛ, ослаблен этим материалом, отсюда:
(Q1 = q1 х t1 х S) = (Q2 = q2 х t2 х S),
где S — площадь контакта кубика льда.
Из этой формулы получается:
q1 / q2 = t2 / t1,
и это соотношение справедливо для любых составляющих количества тепла, действующего на кубики льда. Например, для плавления льда
в воду количество тепла одинаковое, но разное время действия этого тепла и т. д.
Порядок расчета:
Справочные данные — для расплавления 1 кг льда в воду к нему необходимо подвести количество тепла 333.75 Кдж/кг, в нашем случае
333.75 дж/г
1. Плотность теплового потока в 1 случае — на трубе без изоляции — составит:
q1 = r / S = 337.75 / 0.000 1 = 3337500 вт/м2,
при условии, что 1 Дж/сек = 1 вт.
2. Во втором случае — труба покрыта слоем изоляции КЕРАМОИЗОЛ толщиной 1.5 мм = 0.0015 м:
q2 = q1 (t1 / t2) = 1152410.31 вт/м2.
3. По формуле определения толщины изоляции (из СНиП):
d = TPK (Ттр — Тльд / q х S).
Можно определить TPK — теплопроводность материала КЕРАМОИЗОЛ, но без учета атмосферного теплового потока, действующего на
кубик льда:
Qв = А (Тв— Тльд) S n = 7.8 х 15 х (0.0001 х 5) = 0.0585 Дж/сек = 0.0585 вт, где
А — коэффициент теплоотдачи от воздуха ко льду = 7.8 Bт/м2°С
S — площадь контакта одной грани льда
n — количество граней кубика льда, граничащих с воздухом.
Так как тепловой поток от воздуха действует на кубик льда, то и значение его справедливо применять к кубику льда, а не к изоляции,
поэтому из формулы определения толщины изоляции (из СНиП):
TPK = [ (q S d) + Qв] / Ттр — Тльд = [ (152410.31 х 0.0001 х 0.0015) + 0.0585] / 95 = 0.0024353 Bт/м°С.
Полученный из опыта коэффициент теплопроводности теплоизоляционного материала КЕРАМОИЗОЛ практически совпадает с расчетом
теплопроводности материала, проведенным НТУ «ИХТПЭ». Расхождения в стотысячные доли легко объясняются погрешностью измерения
приборов и качеством подготовки образцов.
Заказ «Керамоизола» +38 (050) 053 3445