Григорьев В.А., Зорина В.М. - Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент. Справочник (1982) (1062114), страница 71
Текст из файла (страница 71)
Тепловой погон через газонаполиеиную, вахуумио-многослойную, вахуумио-порошновую и хомбиинроваииую (вахуумиую многослойно-порошновую) изоляции может быть приближенно вычислен по обычным уравиеяиям переноса теплоты теплопроводиостью при условии замены хоэффициеита теплопроводиости Л в этих уравнениях иа Л,е. Например, выражения для потока теплоты через изоляцию для наиболее часто встречающихся в нриогениой технихе форм сосудов — цилиидричесхой и шаровой, будут иметь вид; 2ийеф ЬТН д=,' ' ® 1 (З.ж Особенности расчета геллолригокое е криосгцты $ 3.8 Л д = ~ ЬТ)г Р~ Е~, (3.40) 6 Таблица 3.18 Эффективный коэффициент теплопроводности вакуумированных зернистых и волокнистых материалов при граничных температурах 293 и 90 К [1![ Х итера мВг/!м К1 Удальааа асаерхаасть, м'/г Плотаастгь кг/ма Диаметр частиц, мкм Материал !00 70 <250 200 380 1,4 1,8 50 150 280 230 160 200 250 !00 !00 40 5 10 15 <250 < 1000 <250 1,4 1,2 0,6 1,7 1,2 1,1 40 !5 !5 20 160 !50 60 150 200 18 8 10 5,0 1,7 2,7 3,0 0,30 180 350 180 0,35 0,30 0,35 180 0.60 где Лае — эффективный коэффициент теплопроводиости изоляции в диапазоне температур от Та до Та! оТ=Та †; Н высота цилиндра; Р, и Р, — наружный и внутренний диаметры изоляции; г) и га— плошади внешней и внутренней поверхностей.
Выражение (3.40) может применяться и для изоляции, отличаюшейся по форме от Шаровой, если отношение толщины изоляции к наименьшему размеру изолируемой емкости составляет не менее 0,2 — 0,15. Согласно экспериментальным данным Л,е вакуумио-многослойной изоляции практически не зивисит от толщины плоского или цилиндрического изоляционного слоя, а определяется числом экранов и плотностью ях укладки. При увеличении числа слоев на единицу толщины изоляции перенос теплоты излучением уменьшаегся, а теплапроводностыо возрастает. Следовательно, эффективный коэффициент тепло.
проводиостн должен достигать минимального значения при некоторой оптимальной толщине плотности укладки. Экспериментально показано, что оптимальная плотность укладки находится в пределах п=15сь30 1/см, где л — число слоев. Азрогель В Аэросил А-380 Белая сажа; БС-50 БС-! 50 БС-280 Диатомит Перлитовый песок Перлитовая пудра Мипора Вата: стеклянная базальтовая минеральная 50а[а аэрогеля В+50а~', бронзовой пудры БПИ 30!с аэросила А=380+70а[а БПИ 70% БС-280+30% пудры БПИ 60за аэрогеля В+40ай алюминиевой пудры 60а1а перлитовой пудры +40а[» пудры БПИ Эффективные коэффициенты теплопроводности зернистых и волокнистых изоляционных материалов определяются теплофизическими свойствами этого материала и размерами частиц (табл.
3.18). Длв снижения теплового излучения к изоляции добавляют металлические (чаще алюминиевые или бронзовые) порошки с размером частиц 10 мкм и менее. Этот своеобразный экран, с одной стороны, снижает лучистый тепловой поток, с другой — увеличивает количество теплоты, передаваемой теплопроводностью. Экспериментально найдено, что оптимальными являются смеси, массовое содержание металлического порошка в которых достигает 40 — 60ай.
Значения Лае основных композиций вакуумно-многослойной изоляции приведены в табл. 3.!9. С аналитическими методами расчета Л,е можно ознакомиться в монографии[1!). Если пренебречь передачей теплотьг теплопроводностью изолирующих прокладок и остаточных газов, то перенос теплоты через вакуумно-многослойную изоляцию,'помещенную между двумя замкнутыми оболочками, будет определяться лишь излучением: О=оса)Е, (Т4 — Т4)), где П вЂ” коэффициент эффективности экранирования [26): Разя. 3 Теллообмвн в элементах сверхпроводящих систем Табляца 3.19 Эффективный коэффициент теплопроводиостя композиции многослойной изоляции при оптимальной плотности (граничные температуры 293 — 300 и 77 — 90 К, давление 1О-' Па) [11) Характеристика пракладак Каир(анкнент теплаправаднаств, нптцм К) Плотность наалаиии, кг/н' Калиаестна экранов на ) см Толщина, мм (паверкнсстнаа плотность, г)на) Материал Композиции с эхроними из отожженной алюминиевой фольги тойщиной 6,3 — !2,7 мкм 98 108 135 95 68 98 0,050 0,040 0,085 0,05 0,042 6,067 20 25 20 20 22 20 6,039 0,06 0,042 0,031 0,017 0,074 0,052 94 140 23 20 21 20 — 40 30 — 60 15 20 88 120 110 1!2 Комлозиции с экранами из гладкой олюминироеинной с двух сторон лолиэтилентерефтилитной пленки толщиной 5 — 12 мкм Композиции с экрономи иэ рифленой олюминировинной с одной стор=ны полиэтилентерефтолотной пленки толщиной 5 — 12 мкм О,!0 0,10 16 22 20 15 (7) 0,06 0,05 0,20 15 22 16 (7) О, 013 10 20 8 для цилиндрических экранов ! 1+ — Я) е, 1~1 гл Ев ~ )7в+ (Йв Й)) (3.41) )и Стеклобумага СБР Стеклохолст ЭВТИ Стеклобумага МКВ Бумага ОДП из целлюлозного волокна Капроновая сетка Стеклобумага нз волокна 0,5 мкм То же » (51 — 62) » (3! — 91) Стеклобумага из волокна 3 мкм То же Стекловуаль ЭВТИ-7 Стеклобумага МКВ Стеклохолст ЭВТИ Стеклобумага декснглас Стеклобумага тясьюглас Шелковая сетка (два слоя) Нейлоновая сетка Пеиополиуретан То же (плотность 32 кг/иа) Суперфлок (пучки дакроновых волокон) Рнфление З)(3 мм без прокладок Стекловуаль ЭВТИ-7, рифление 3)( 3 мм То же, алюмнннрование с двух сторон )кмС-2 (без прокладок) Дямплер (прокладки нз гладкой алюмииированной пленки) (22) (16) 0,2(40) 0,15 (4,3) (22) (14) 0,2 (16) 0,2 0,12 (7) (4, 3) 0,1(16) 0,07 0,015 0,15 0,23 30 22 30 24 40 20 32 9 60 12 80 53 105 59 52 45 54 35 22 1,4 0,045 0,040 0,050 0,048 0,024 0,043 0,029 0,13 0,014 0,065 4 38 Особенности расчета геплолригохоз з криостага! для сферических экранов о)= 1+ — г Х Ео 2 Е, з! — 1 Х 1 [йх+ (Ез — Е!)1 (3.42) для плоских экранов Ео ~ 2) = (1+!У вЂ” ~; (3,43) Ез ~ зо Ч= А! (2 — ео) (3.44) При постоянной плотности укладки слоев п(п=АГ/б=сопз() для расчета й э бесконечного высоковакуумироаанного плоского слоя толщиной 8 с числом экранов А! можно рекомендовать соотношение (3.45) З.В.2.
ПРИТОК ТЕПЛОТЫ ПО ТЕПЛОВЫМ мостлм Доля притока теплоты по элементам конструкций, связывающих теплые и холодные зоны криосистемы (тепловые мосты), возрастает по мере повышения эффективности низкотемпературной теплоизоляции, достигая в некоторых случаях 502/о суммарного притока теплоты. Поэтому задача снижения этой составляющей путем создания максимально возможного термического сопротивления «моста» за счет правильного выбора материалов и оптимальных конструктивных решений является весьма актуальной. Снижение теплопритоков по тепловым мостам может быть осуществлено как за счет повышения собственного сопротивления теплового моста для неразъемиых соединений (таких как горловины, трубо- здесь Ео и Е, — приведенные коэффициенты теплового излучения системы из двух граничных поверхностей (оболочек емкости) и двух соседних экранов: Ео=оо/(2— — зо) и Е,=зо/(2 — ео); е, — коэффициент теплоты излучения экрана; Е! и Ез — расстояние между оболочками емкости; й— число экранов изоляции.
Поскольку, как правило, ео близко к единице, а число экранов велико (АГ~ 1), то для плоского слоя изоляции из экранов с одинаковыми е, проводы и т. п,), так и за счет увеличеяия контактного термического сопротивлении для разъемных (опоры, подвески и т. п.). Анализ теоретических и экспериментальных исследований по созданию высокоэффективных тепловых мостов криасистем позволяет сформулировать наиболее общие рекомендации по снижению притока теплоты по этим элементам конструкций [13].
Повышение собственного термосапротивления теплового моста возможно эа счет: 1) увеличения линейного размера моста, т. е. длины пути прохождения теплового потока; 2) уменьшения площади поперечного сечения моста при использовании высоко- прочных материалов," 3) применения материалов с высоким отношением а/х (высокопрочных материалов с малым коэффициентом теплопроводности, таких как нержавеющая сталь, не- металлических материалов) Повышение контактного термического сопротивления теплового моста возможно за счет: 1) уменьшения площади фактического контакта в местах разъема деталей моста; 2) увеличения твердости поверхности соприкасающихся деталей моста; 3) повышения числа разделов контактирующих поверхностей; 4) комплексного применения способов увеличения термосопротивления контактов (введения малатеплопроводных пленок, порошковых материалов, искусственного выращивания оксидных пленок на контактирующих поверхностях, создания глубокого вакуума в зоне контакта и некоторых других способов).
Более подробный анализ конструктивных мер, обеспечивающих создание высокоэффективных тепловых мостов криосистем, можно найти, например, в [11, 131 Поскольку в области криотемператур коэффициент теплопроводности подавляющего большинства известных материалов зависит от температуры, причем, как правило, й изменяется с изменением температуры не монотонно, дифференциальное уравнение теплопроводности (2.3) становится нелинейным и не может быть решено общеизвестными методами классической теории теплопроводности. Подстановка вида г, 8 = [' Л (Т) г(Т (3.46) о позволяет линеаризовать это уравнение и решать его стандартными методамн.
В этом случае под температурой следует понимать параметр 6, а при вычислении потока теплоты Ь.ЬТ заменять на АО илп МТ вЂ” на !16. Напрнмер, выражение для теплового потока через плоскую стенку толщиной б с температурами на ее граии- 256 Теплообмен э элементах сверхпроводящих систем Равд. 3 Таблица 3.20 Средние значения коэффяцяента теплопроводностк Л, Вт/(см.К) [29] Дпапаааа температур. К Матарнаа ЗОЕ-77 ЗЮ-Э> 77-4 0,0007 0,0022 0,006 0,0082 0,0071 0,123 0,109 0,22 0,21 0,00!2 0,0097 0,046 0,0028 0,055 0,16 0,0025 0,045 0,14 Стекло пирекс Нержавеющая сталь Константан (60ав Сп+ +40а6 Р!!) Латунь (30ап Еп+ +70% Сп) Медь: фосфорная дезоксндированная электролитнческая 0,0068 0,103 0,20 0,015 0,078 0,81 0,70 0,67 0,31 0,26 0,07 0,25 1,91 1,71 4,1 5,4 1,63 0,95 9,7 4,0 1О 9,8 5,7 а оптимальная геометрия токоввода В частном случае, если р(Т)=сонэ! а [ашат~ 'т, 1/2 .
(3.51) цах т1 н ть если коэффнцяент Л не зави- сит от температуры, имеет внд: Л д= — (Т,— Т,), 5 а если Л=[(Т), то после замены перемен. ных д= (82 — 8~)/5, т. е. Л(Т2 — Т|) заменя- ется на 82 — 8ь Величина 6, как следует из (3.46), представляет собой площадь под кривой зависимости Л=7(Т).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
