Содержание к диссертации
Стр.
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 5
ВВЕДЕНИЕ б
ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ
ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ МЕТОДАМИ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО
КОНТРОЛЯ П
Способы оценки качества тепловой изоляции .... -^
Общие принципы неразрутающего контроля теплофизических характеристик материалов 15
Методы и средства контроля тепловой активности
15
материалов
?п ІЛ, Устройства для измерения теплопроводности ....
1.5. Средства контроля комплекса теплофизических
25
характеристик
1.6. Выводы и задачи исследования
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДОВ ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО
ПОВЕРХНОСТНОГО ИСТОЧНИКА 30
2.1. Физическая и тепловая модели нестационарного
31
метода исследования массивных тел
Учет влияния КТС на результат измерения
Влияние ограниченных размеров тела и теплообмена
с его поверхности на результат измерения ТФХ. . . ^
2.4. Обобщение тепловой модели метода на случай тел
с установившимися тепловыми потоками ^1
Стационарный метод измерения термического сопротивления ^5
Возможность измерения теплопроводности покрытий по
52
методу регулярного режима JC-
- о -
Стр. ГЛАВА 3. ТЕПЛОВЫЕ СХЕМЫ И РЕШШЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
УСТРОЙСТВ &
3.1. Требования к точности задания граничных условий
I рода 62
Расчет устройства с знтальпийньш тепломером и пассивной теплозащитой 65
Теплообмен в ячейке с регулируемой теплозащитной оболочной 70
Тепловой расчет устройства с градиентным тепломером 74-
Расчет измерительной ячейки регулярного режима . . ?9
Анализ погрешности измерения величины перегрева
ядра относительно поверхности . 82
ГЛАВА 4. АНАЛИЗ ЭКСПЕРИНЕНТАЛЬНЫК УСТАНОВОК И РЕЗУЛЬТАТЫ
ИССЛЕДОВАНИЯ ГРУППЫ МАТЕРИАЛОВ ХОЛОДИЛЬНОЙ
ТЕХНИКИ . 87
Конструкция и экспериментальная проверка измерителя ТФХ с пассивной теплозащитой %1
Автоматизированная установка для определения комплекса теплофизических характеристик
массивных тел 92
Анализ погрешности и экспериментальная проверка работы измерительных ячеек 10
Конструкция измерителя теплопроводности теплозащитных покрытий на металлическом
основании ^05
4.5. Анализ погрешности и экспериментальная проверка
прибора для измерения теплопроводности
теплозащитных покрытий ^2
« 4 -
4.6. Закономерности теплопереноса в газонаполненных
ячеистых теплоизоляционных материалах
4.7. Исследование теплопроводности новых типов ППУ. . .
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
tf* - перегрев ядра измерительной ячейки, К;
q - тепловой поток, Вт;
р7# - безразмерные координаты;
т - время, с;
Fo - критерий Фурье;
BL - критерий Био;
А - коэффициент теплопроводности, Вт/(м.К);
а - коэффициент температуропроводности, мс/с;
Г)
cr - объемная теплоемкость, Дж/(м .К);
С - теплоемкость, Дж/К;
Рн - удельное КТС, (м2.К)/Вт;
Q> - коэффициент теплообмена, ВтДіг.К);
t - температура, К;
r0 - радиус контактной площадки, ы;
гс - радиус эквивалентной полусферы, м;
о - скорость изменения температуры, К/с;
Qir - температурный коэффициент сопротивления, К
б - относительная погрешность;
6 - степень черноты;
. F - площадь, м ;
d - размер ячейки, м.
- б -
Введение к работе
В принятых ХХУІ съездом КПСС "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на І98І-І985 годы и на период до 1990 года" отмечается необходимость планомерной разработки и массового внедрения средств неразрутающего контроля (НК) для дальнейшего повышения эффективности производства, улучшения качества выпускаемой продукции, обеспечения длительного срока эксплуатации энергетических установок, снижения массы, габаритов и материало -емкости изделий при сохранении их эксплуатационной надежности.
К важнейшим показателям качества теплозащитных и конструкционных материалов, применяемых в холодильной и криогенной технике, энергетике и других отраслях относятся их теплофизические харак -теристики (ТФХ), которые могут изменяться как в процессе изготовления материалов, так и их длительной эксплуатации. Для определения ТФХ применяются различные методы исследования, в том числе методы неразрутающего контроля.
Актуальность работы
Исследование изоляционных конструкций, холодильников и хра -нилищ показывает, что коэффициент теплопередачи ограждений за 7-Ю лет эксплуатации увеличивается в 2,5 - 3 раза против проектно-нормативного значения. Теплопроводность новых эффективных теп-лоизоляторов на основе газонаполненных полимеров даже при эксплуатации в помещении за тот гее срок возрастает в 1,5 раза. При циклическом захолашівании время сохранения свойств теплоизоляции сокращается в десятки раз. В связи с этим средства НК ТФХ приоб -ретают особую важность для периодического определения качества теплозащиты при длительной эксплуатации и для обоснования сроков её замены.
Анализ существующих методов и средств неразрушающего контроля теплофизических характеристик теплозащитных покрытий привел к
выводу о необходимости разработки новых средств неразрушающего контроля теплопроводности и температуропроводности материалов, пригодных к эксплуатации в промышленных и полевых условиях и ха -растеризующихся высокой производительностью измерений. Решению этой актуальной задачи и посвящена данная работа, выполненная в соответствии с межвузовской целевой программой работ "Разработка и применение методов и средств неразрушающего контроля качества промышленных изделий" на 1984-1985 годы, а также комплексной программой развития теплофизического приборостроения в СССР на 198I--1990 годы.
Цель работы Цель настоящей работы состоит в следующем: на основе анализа закономерностей нестационарного теплообмена в системе измерительное устройство - исследуемое тело - окружающая среда разработать и испытать средства неразрушающего контроля ТФХ материалов теплозащитных покрытий в натурных (промышленных и полевых) условиях. Для достижения поставленной цели необходимо:
построить и обосновать физическую и математическую модели высокопроизводительных методов измерения теплопроводности А/ и температуропроводности а твердых материалов без их разрушения;
разработать методику расчета и проектирования системы защиты измерительных ячеек от теплового воздействия окружающей среды;
создать и исследовать экспериментальные установки для определения ТФХ материалов теплозащитных покрытий с теплопроводностью
h = 0,03 - 10 Вт/См.К);
- исследовать теплопроводность нескольких новых технически
важных материалов теплозащитных покрытий.
Научная новизна Предложен комплекс методов измерения ТФХ материалов и изде -лий в натурных условиях.
- ь -
Разработаны, испытаны и внедрены автоматизированные средства неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов теплоогракдающих конструкций, обеспечивающие более высокую производительность измерений по сравнению с известными в СССР и за рубежом аналогами.
Исследована теплопроводность группы новых теплоизоляционных материалов холодильной и криогенной техники.
Автор защищает
Методы неразрушащего контроля теплопроводности и температуропроводности массивных тел и теплопроводности теплозащитных покрытий в натурных условиях.
Устройства для измерения теплофизических характеристик массивных тел и теплопроводности теплозащитных покрытий.
Опытные данные по теплопроводности газонаполненных пено -пластов ППУ 17-11, ППУ-Рипор 2П, ІШУ 306 НИ.
Практическая ценность и внедрение результатов работы Разработанные методы реализованы в 4-х автоматизированных устройствах для неразрушающего контроля теплофизических характе -ристик материалов, предложенная методика теплового расчета и проектирования системы теплозащиты измерительных ячеек от воздействия окружающей среды может быть применена при разработке широкого класса средств неразрушающего контроля ТФХ материалов и изделий. Полученные данные по теплопроводности трех новых видов теплоизоляционных материалов на основе газонаполненных пенополиуретанов мо -гут использоваться при проектировании теплоизоляции емкостей, для хранения сжиженных газов, трубопроводов и других объектов. Результаты диссертационной работы нашли применение в ряде организаций. В приложении к диссертации имеются документы, под -тверждающие экономический эффект от их внедрения.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и приложения.
В первой, обзорной главе рассматриваются способы оценки качества тепловой изоляции. Проведен сравнительный анализ известных методов неразрушающего контроля теплофизических характеристик материалов. Показана необходимость разработки новых методов и средств экспрессного анализа ТФХ теплозащитных покрытий. Сформулированы задачи диссертационной работы.
Вторая глава посвящена построению физических и тепловых моделей взаимосогласованной совокупности методов измерения ТФХ мате -риалов с fa - 0,02 - 10 Вт/(м.К). На первом этапе расчетные формулы методов получены на основе приближенных аналитических решений соответствующих задач теплопроводности. Далее аналитическими и численными методами проводится уточнение расчетных формул и опре -деление границ их применения. Проанализировано влияние контактного термического сопротивления,.теплообмена с поверхности исследуемого тела и ряда других факторов на результат измерения ТФХ. Опре -делены условия реализации методов, при которых влияние этих фак -торов минимально. Показана возможность определения ТФХ тел при наличии в них стационарных тепловых потоков.
В третьей главе обсуждаются способы реализации методов. Рассмотрены схемы 4-х типов измерительных ячеек различного назначе -ния. Предложена методика расчета и проектирования системы защиты ячеек от теплового воздействия окружающей среды. Проанализированы погрешности измерений температур и тепловых потоков при проведении исследований в лабораторных и натурных условиях.
В четвертой главе описаны конструкции автоматизированной установки и двух переносных приборов для НК ТФХ в натурных условиях. Приводятся данные испытаний разработанных средств неразруша -ющего контроля в лабораторных условиях и в температурной камере.
Оценены погрешности измерений различных классов материалов. Далее проведено теоретическое и экспериментальное определение теплопроводности группы новых теплозащитных материалов, применяемых в холодильной технике. Показано, что значительная трудоемкость и низкая точность определения исходных данных для расчета теплопроводности приводит к необходимости прямого экспериментального определения ТФХ методами неразрутающего контроля.
В приложении приведены документы, подтверждающие экономиче -ский эффект от внедрения результатов диссертационной работы, а также паспортные данные для исследованных материалов.
* II -
