Способ определения коэффициента теплопроводности жидкой тепловой изоляции в натурных условиях

Способ определения коэффициента теплопроводности жидкой тепловой изоляции в натурных условиях

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к стационарным способам определения коэффициента теплопроводности жидких теплоизоляционных материалов. Разработанный способ может применяться в строительстве и промышленной теплоэнергетике для исследования в натурных условиях теплопроводных качеств сверхтонких жидких теплоизоляционных покрытий.

Известен способ определения коэффициента теплопроводности сверхтонких жидких теплоизоляционных покрытий, проводимый в два этапа. На первом этапе нижнюю поверхность плоскопараллельной стенки, состоящей из двух слоев одинаковой толщины и с равным коэффициентом теплопроводности материала, нагревают с помощью терморегулируемого источника теплоты и измеряют температуру наружной поверхности верхнего слоя. На втором этапе на наружной поверхности плоскопараллельной стенки закрепляют металлическую пластину известной толщины и коэффициентом теплопроводности с нанесенным на ее наружную поверхность сверхтонким жидким теплоизоляционным покрытием и повторно проводят те же самые испытания, измеряя температуру поверхности контакта верхнего слоя плоскопараллельной стенки и металлической пластины со сверхтонким жидким теплоизоляционным покрытием. По специальной расчетной формуле вычисляют коэффициент теплопроводности жидкого теплоизоляционного покрытия [Патент РФ 2478936, кл. G01N 25/18, G01N 25/20, 2013].

К недостаткам данного способа можно отнести использование большого количества элементов: терморегулируемого источника теплоты, двух слоев плоскопараллельной стенки, металлической пластины, а также применение контактных измерителей температуры, расположенных между соседними слоями измерительного устройства и искажающих стационарное температурное поле всей системы. Сложность способа также заключается в необходимости априорного знания значений коэффициентов теплопроводности двухслойной плоскопараллельной стенки и металлической пластины. Исходные уравнения для вывода итоговой расчетной формулы в некоторой степени не соответствуют классическим законам теплообмена.

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ определения коэффициента теплопроводности тонкостенных теплозащитных покрытий, проводимый в два этапа. На первом этапе с помощью нагревателя с постоянной температурой равномерно на дистанции нагревают всю внешнюю поверхность образца без теплозащитного покрытия, одновременно охлаждая обратную сторону образца воздушным потоком, движущимся в теплоизолированном вентиляционном канале. На втором этапе наносят теплозащитное покрытие известной толщины на внешнюю поверхность образца, повторно проводя те же самые испытания. По результатам бесконтактного измерения термографами температурных полей поверхностей образца до и после нанесения на одну из его сторон теплозащитного покрытия, а также по температуре охлаждающего воздуха вычисляют по специальным расчетным формулам коэффициент теплопроводности теплозащитного покрытия [Патент РФ 2426106, кл. G01N 25/18, 2011].

К недостаткам данного способа можно отнести использование большого количества элементов: нагревателя, вентиляционного канала, компрессора, инфракрасного прозрачного стекла, компьютерных термографов, а также достаточно сложный порядок выполнения расчета: определение по результатам первого этапа измерений по уравнению теплового баланса коэффициента теплоотдачи между образцом и холодным циркулирующим воздухом в вентиляционном канале, нахождение по результатам второго этапа измерений температуры на границе образца и теплозащитного покрытия, что является весьма затруднительным с технической точки зрения, итоговое вычисление локального и среднего интегрального значений коэффициента теплопроводности теплозащитного покрытия.

Целью изобретения является упрощение способа и повышение точности определения коэффициента теплопроводности жидкой тепловой изоляции в натурных условиях.

Поставленная цель достигается тем, что перед нанесением слоя жидкой тепловой изоляции на одну из поверхностей плоской наружной стены производят замеры температуры внутренней и наружной поверхностей плоской наружной стены, а также плотности теплового потока, проходящего из отапливаемого помещения через исследуемую плоскую наружную стену в окружающую среду. После нанесения слоя жидкой тепловой изоляции известной толщины на одну из поверхностей плоской наружной стены производят аналогичные замеры (с учетом слоя жидкой тепловой изоляции). По известным значениям температуры поверхностей плоской наружной стены и плотности теплового потока до и после нанесения слоя жидкой тепловой изоляции известной толщины вычисляют по специальной расчетной формуле коэффициент теплопроводности жидкой тепловой изоляции.

На фиг. 1 и 2 показана принципиальная схема реализации способа определения коэффициента теплопроводности жидкой тепловой изоляции в натурных условиях.

На фиг. 3 показан пример конкретной реализации способа определения коэффициента теплопроводности жидкой тепловой изоляции в натурных условиях.

Способ определения коэффициента теплопроводности жидкой тепловой изоляции в натурных условиях состоит из двух этапов. На первом этапе (фиг. 1) плоская наружная стена 1 имеет внутреннюю и наружную поверхности, которые соответственно контактируют с внутренним воздухом отапливаемого помещения и наружным воздухом окружающей среды. На втором этапе (фиг. 2) на одной из поверхностей плоской наружной стены 1 расположен слой жидкой тепловой изоляции 2 толщиной δ_из. Значение температуры внутреннего воздуха отапливаемого помещения на обоих этапах превышает значение температуры наружного воздуха окружающей среды. Тепловой режим плоской наружной стены 1 на обоих этапах реализации способа является стационарным.

Устройство для реализации предложенного способа работает следующим образом (фиг. 1, 2).

Способ определения коэффициента теплопроводности жидкой тепловой изоляции в натурных условиях проводят в два этапа. На первом этапе (фиг. 1), перед нанесением слоя жидкой тепловой изоляции 2 на одну из поверхностей плоской наружной стены 1, производят замеры температуры внутренней t_c11 и наружной t_c12 поверхностей плоской наружной стены 1, а также плотности теплового потока q₁, проходящего из отапливаемого помещения через исследуемую плоскую наружную стену 1 в окружающую среду. На втором этапе (фиг. 2), после нанесения слоя жидкой тепловой изоляции 2 толщиной δ_из на одну из поверхностей плоской наружной стены 1, производят аналогичные замеры температуры внутренней t_c21 и наружной t_c22 поверхностей плоской наружной стены 1 (с учетом слоя жидкой тепловой изоляции 2), а также плотности теплового потока q₂.

Коэффициент теплопроводности жидкой тепловой изоляции λ_из вычисляют по специальной расчетной формуле:

где δ_из - толщина слоя жидкой тепловой изоляции 2; t_c11 и t_c12 - температура соответственно на внутренней и наружной поверхностях плоской наружной стены 1 до нанесения слоя жидкой тепловой изоляции 2; t_c21 и t_c22 - температура соответственно на внутренней и наружной поверхностях плоской наружной стены 1 после нанесения слоя жидкой тепловой изоляции 2 (с учетом слоя жидкой тепловой изоляции 2); q₁ и q₂ - плотность теплового потока, проходящего из отапливаемого помещения через исследуемую плоскую наружную стену 1 в окружающую среду, соответственно до и после нанесения слоя жидкой тепловой изоляции 2.

Достоинствами предложенного способа являются техническая простота проведения теплофизических измерений и математическая простота вычисления коэффициента теплопроводности жидкой тепловой изоляции в натурных условиях. Высокая точность результатов натурных исследований достигается за счет применения специальной расчетной формулы, выведенной из классического уравнения теплопроводности для плоской стенки при стационарном тепловом режиме.

Пример конкретной реализации способа (фиг. 3)

Определим коэффициент теплопроводности жидкой тепловой изоляции в натурных условиях на примере теплоизоляционной краски Теплометт Фасад 2, нанесенной на наружную поверхность плоской наружной стены 1 отапливаемого помещения, со средней толщиной слоя краски 2 δ_из=1,1·10^-3 м, найденной с помощью магнитного толщиномера МТП-1. Значения температуры внутренней и наружной поверхностей исследуемой плоской наружной стены 1 по результатам измерений поверхностным температурным зондом измерителя плотности теплового потока ИПП-2 соответственно составили: до нанесения теплоизоляционной краски 2 t_c11=17,7°С и t_c12=-2,7°С, после нанесения - t_c21=18,6°С и t_c22=-3,0°С. Плотность теплового потока, найденная с помощью измерителя плотности теплового потока ИПП-2, составила: до нанесения теплоизоляционной краски 2 q₁=30,1 Вт/м², после нанесения - q₂=23,1 Вт/м².

Коэффициент теплопроводности жидкой тепловой изоляции Теплометт Фасад 2 по специальной расчетной формуле будет равен:

Относительная погрешность всей измерительной системы ±5%.

Значение коэффициента теплопроводности теплоизоляционной краски Теплометт Фасад 2, полученное в натурных условиях, сопоставимо с заявленным производителем коэффициентом теплопроводности материала, равным λ_из=0,003 Вт/(м·К).

Способ определения коэффициента теплопроводности жидкой тепловой изоляции в натурных условиях, проводимый в два этапа, включающий нагрев с постоянной температурой внешней поверхности образца и охлаждение обратной стороны образца воздушным потоком, измерение температуры поверхностей образца до и после нанесения на одну из его сторон теплозащитного покрытия известной толщины, отличающийся тем, что слой жидкой тепловой изоляции наносят на одну из поверхностей плоской наружной стены, на обоих этапах осуществляют замеры плотности теплового потока, проходящего из отапливаемого помещения через плоскую наружную стену в окружающую среду, до и после нанесения слоя жидкой тепловой изоляции на одну из поверхностей исследуемой плоской наружной стены, коэффициент теплопроводности жидкой тепловой изоляции вычисляют по формуле: где δ_из - толщина слоя жидкой тепловой изоляции; t_c11 и t_c12 - температура соответственно на внутренней и наружной поверхностях плоской наружной стены до нанесения слоя жидкой тепловой изоляции; t_c21 и t_c22 - температура соответственно на внутренней и наружной поверхностях плоской наружной стены после нанесения слоя жидкой тепловой изоляции (с учетом слоя жидкой тепловой изоляции); q₁ и q₂ - плотность теплового потока, проходящего из отапливаемого помещения через исследуемую плоскую наружную стену в окружающую среду, соответственно до и после нанесения слоя жидкой тепловой изоляции.