Введение к работе
Актуальность работы
Тепловая изоляция имеет широкое применение во всех отраслях промышленности и хозяйственной деятельности человека Её правильное применение в значительной мере определяет возможность поддержания требуемых технологических процессов и в конечном итоге оказывает решающее влияние на показатели энергоэффективности и эксплуатации оборудования
Улучшение теплофизических свойств (ТФС) и теплофизических характеристик (ТФХ) теплоизоляционных материалов, является задачей первостепенной важности, так как напрямую связано с энергоэффективностью, энергосбережением ресурсов и состоянием экологии
Постоянно ведется научный поиск новых теплоизоляционных материалов и средств тепловой защиты, в первую очередь для теплоэнергетического оборудования, зданий промышленных холодильников, хладоагрегатов, гражданского и промышленного строительства Разрабатываются и совершенствуются методики теплотехническою расчета Перед учеными поставлены важные задачи экономии невозобновляемых топливно-энергетических ресурсов, снижение тепловых потерь в окружающую среду, оздоровление экологической обстановки Для решения этих проблем необходимо создавать новые теплоизоляционные материалы и улучшать ТФС и ТФХ традиционных материалов
Актуальность диссертационной работы определяется необходимостью решения проблемы усиления теплозащитных свойств и характеристик традиционных теплоизоляционных, огнеупорных, строительных и конструкционных материалов для более эффективного применения в теплотехнической, теплоэнергетической и строительной отрасли промышленности, а также экономии энергоресурсов и снижения тепловых потерь в окружающую среду
Диссертационная работа выполнена в соответствии с научным направлением ВолгГАСУ «Научно-методические основы экспериментального определения теплофизических свойств материалов» (код по ГРНТИ 67 03)
Цель диссертационной работы
Разработка мероприятий по усилению теплозащитных свойств и характеристик традиционных теплоизоляционных, огнеупорных, строительных и конструкционных материалов, путем использования массивных экранов с воздушными прослойками, в которых отсутствует конвективный теплообмен Разработка методик расчета теплофизических свойств и характеристик систем массивной экранной изоляции
Задачи исследования
Разработка математической модели передачи теплоты через систему массивных экранов
Разработка методов расчета коэффициентов эффективной температуропроводности, теплопроводности, объемной теплоемкости и времени прогрева систем массивной экранной изоляции
Экспериментальная проверка основных теоретических и расчетных положений передачи теплоты через систему массивных экранов
Разработка теоретических основ и практических рекомендаций по применению систем массивных экранов для определения теплофизических свойств и характеристик теплоизоляционных и строительных материалов
5 Разработка теоретических и практических предложений по применению систем массивного экранирования в техішке и строительной индустрии
Объект исследования
Системы массивных экранов, их свойства и характеристики
Методы исследования
Аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, физико-математическое моделирование, экспериментальные исследования, математическая обработка результатов эксперимента, разработка методов расчета
Достоверность и обоснованность научных положений и полученных в работе результатов основана на применении законов физики, математики и теплотехнического эксперимента, обеспечивается удовлетворительным совпадением расчетов с данными, полученными при экспериментах на опытных установках в лабораторных и промышленных условиях, а также достаточно широкой публикацией результатов и их обсуждением на конференциях
Научная новизна
Проведены теоретические и экспериментальные исследования теплофизических свойств и характеристик систем массивных экранов
Разработана методика определения коэффициентов эффективной теплопроводности, температуропроводности и эффективной объемной теплоемкости систем массивных экранов для изделий из теплоизоляционных, огнеупорных, строительных и конструкционных материалов
3. Проведено математическое исследование времени прохождения температуры и теплового потока через систему массивных экранов с воздушными прослойками, а также в условиях вакуума
Впервые для системы массивных экранов получены зависимости теплового потока от. степени черноты поверхностей массивных экранов, количества экранов и их толщины, толщины воздушной прослойки, эффективной объемной теплоемкости.
Уточнены зависимости коэффициента теплопроводности воздушной прослойки от ее толщины для отрицательных температур
Для системы шаровых массивных экранов впервые разработана методика определения коэффициента эффективной температуропроводности и теплопроводности по времени сквозного прогрева
Впервые предложена формула коэффициента эквивалентной теплопроводности для экранированного изделия
Экспериментально подтверждена возможность применения систем массивных экранов для определения температуропроводности теплоизоляционных, сгроительных и конструкционных материалов
Практическая значимость
Результаты диссертационной работы предназначены для применения технологии массивного экранирования в производстве изделий из теплоизоляционных, огнеупорных, строительных и конструкционных материалов с повышенными ТФС и ТФХ, для уменьшения потерь тепла от оборудования и ограждающих конструкций Применение экранированных изделий в качестве ограждающих конструкций в гражданском, административном, промышленном строительстве, для возведения стен холодильников и противопожарных перегородок, кладке теплотрасс, дает экономию тепловой энергии Экранированные изделия из огнеупорных материалов можно применять для усиления теплозащитных свойств печей, сушильных камер, оборудования в теплоэнергетике и в теплотехнологиях различных отраслей промышленности Экранирование теплоизоляционных материалов, например, пенопласт и газобетон, уменьшает коэффициент теплопроводности и позволяет экономить 20 30 % материала
Системы с массивными металлическими экранами и воздушными прослойками можно использовать в качестве корпусной тепловой защиты техники в чрезвычайных ситуациях, например, при борьбе с пожарами, а с вакуумными прослойками - в исследовании космоса Методики расчета используются при проектировании и разработке теплозащитных систем в различных отраслях промышленности, а также для определения ТФХ строительных и теплоизоляционных материалов
Практическое использование
Результаты выполненных работ использованы в учебном процессе Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета (ВолгГАСУ) по дисциплине «Теоретические основы теплотехники», «Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях», «Строительная теплофизика», а также организациями г Волгограда (ООО «СК-Строй», ЗАО Теплосервис», ОАО «Волгоградтрансгаз») при испытаниях теплоизоляционных, строительных материалов, изготовленных по новой технологии
Личный вклад автора
В диссертации изложены результаты исследований выполненных лично автором разработка математических и физических моделей систем массивных экранов, организация, планирование и проведение экспериментальных исследований на лабораторных установках, обработка, анализ и обобщение результатов, участие в проектировании и монтаже стендов и установок
Апробация работы Основные положения и результаты работы представлялись и докладывались на ежегодных научно-технических конференциях ВолгГАСУ, на международной научной практической конференции «Энергосберегающие технологии Проблемы эффективного использования», всероссийской научной конференции «Социально-экономические и технологические проблемы развития строительного комплекса и жилищно-коммунального хозяйства региона», на V Международной научной конференции «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды»
Основные положения и результаты, выносимые на защиту
Методика определения коэффициентов эффективной теплопроводности, температуропроводности и эффективной объемной теплоемкости систем массивных экранов для теплоизоляцношгых, огаеупорных, строительных и конструкционных материалов
Аналитический расчет времени прохождения температуры и теплового потока через систему массивных экранов с воздушными прослойками, а также в условиях вакуума
Зависимость прохождения теплового потока через системы массивных экранов от степени черноты поверхностей экранов, количества экранов и их толщины, толщины воздушной прослойки, эффективной объемной теплоемкости
Методика определения коэффициента эффективной температуропроводности и теплопроводности по времени сквозного прогрева
Формула коэффициента эквивалентной теплопроводности для экранированного изделия
Предложения по применению системы массивных экранов для опре-дечения ТФХ теплоизоляционных, строительных и конструкционных материалов
Публикации
По результатам выполненных исследований опубликовано 7 работ, в том числе в журналах по списку ВАК, в материалах международных и российских конференций
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка, включающего 114 наименований, приложений, изложенных на 147 страницах машинописного текста, в том числе 47 рисунков и 24 таблицы
