12.4. Розрахунок товщини теплоізоляції
Для зниження інтенсивності випромінювань від зовнішніх поверхонь нагрітих тіл застосовуються матеріали з низькою теплопровідністю.
При виборі матеріалу ізоляції необхідно враховувати його механічні властивості та здатність витримувати високу температуру, а також дефіцитність і собівартість. Якщо температура об'єкта тепловиділення дуже висока, то звичайно використовується багатошарова ізоляція: спочатку ставиться матеріал, який витримує високу температуру (наприклад азбест), а потім - матеріал з іншою теплоізоляційною характеристикою.
Розрахунок теплоізоляції виконується у такій послідовності:
а) задаються допустимою температурою на поверхні ізоляції та у приміщенні, що дозволяє встановити допустимі теплові витрати об'єкта при наявності ізоляції;
б) визначають кількість теплоти q, що віддається одиничною поверхнею нагрітого тіла в одиницю часу у навколишнє середовище, Вт/м2-:
q = α-(Tiз-Тп), (12.7)
де Тіз- температура на поверхні ізоляції, К;Тп- температура повітря у приміщенні, К;α- сумарний коефіцієнт тепловіддачі від нагрітого тіла до повітря, Вт/(м2К):
α = αпр+ αк, (12.8)
б. 1) розраховують коефіцієнт тепловіддачі променевипромінюванням αпрвід нагрітого тіла до поверхні ізоляції, Вт/(м2-К):
, (12.9)
де ε- ступінь чорноти тіла (табл. 12.1);Со=5,67 Вт/(м2·К4) - коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла;Т- температура всередині апарата, К;
б. 2) розраховують коефіцієнт вільної конвективної тепловіддачі αквід поверхні теплоізоляції до повітря, Вт/(м2·К):
, (12.10)
де Nu– критерій Нуссельта із залежності (12.11);λ– коефіцієнт теплопровідності повітря (табл. 12.2);L– характерний розмір тіла (табл.. 12.3).
Таблиця 12.2
Теплофізичні характеристики сухого повітря при тиску 735 мм рт. Ст.
|
Температура Тп,К |
Коефіцієнт теплопровідності λ·102, Вт/(м·К) |
Коефіцієнт кінематичної в’язкості, υ·106, м2/с |
Критерій Прандтля Pr |
|
283 |
2.453 |
14.70 |
0.722 |
|
293 |
2.523 |
15.70 |
0.722 |
|
303 |
2.581 |
16.61 |
0.722 |
|
313 |
2.651 |
17.60 |
0.722 |
|
323 |
2.721 |
18.60 |
0.722 |
Таблиця 12.3
|
Форма тіла |
Характерний розмір L, м |
|
Циліндр |
Діаметр |
|
Горизонтальний паралелепіпед |
Ширина |
|
Вертикальний паралелепіпед |
Висота |
Nu = c(Gr·Pr)n, (12.11)
де стап- емпіричні коефіцієнти (табл.12.3);Gr - критерій Грасгофта із залежності (12.12);Рr- критерій Прандтля (табл.12.2).
, (12.12)
де β- значення коефіцієнта об'ємного розширення повітря,К-1, із залежності (12.13);g= 9,81 м/с2- прискорення вільного падіння;п- коефіцієнт кінематичної в’язкості повітря (табл. 12.4);
; (12.13)
в) визначають коефіцієнт теплопередачі Квід нагрітого тіла до повітря, Вт/(м2·К):
, (12.14)
г) обчислюють товщину шару теплоізоляції δіз, м:
, (12.15)
де λіз,λст- коефіцієнти теплопровідності, відповідно, ізоляційного матеріалу та стінки, що ізолюється (табл. 12.5);δст- товщина стінки, що ізолюється, м.
Таблиця 12.4