7 / 14
Анализ структурных и теплофизических характеристик высокопористой…
Инженерный журнал: наука и инновации
# 1·2017 7
где
б.в
,
λ
возд
,
λ
рад
λ
и
конд
λ
— соответственно коэффициенты теп-
лопроводности каркаса из базальтовых волокон, сухого воздуха,
коэффициенты радиационной и кондуктивной теплопроводности,
конд б.в возд
.
λ = λ + λ
Анализ экспериментальных данных, полученных для коэффициен-
тов теплопроводности базальтовых волокон диаметром 1,5…3,0 мкм
в зависимости от температуры (см. рис. 2), показывает, что они могут
быть усреднены и аппроксимированы линейной зависимостью вида
( )
(
)
б.в
0б
0
λ 1
,
Т
a T T
λ =
+ −
(3)
где
T
— текущая температура;
0б
λ — коэффициент теплопроводно-
сти тонких волокон из базальта при температуре
0
T
= 20 °С,
0б
λ =
= 0,032 Вт/(м
⋅
K
);
a
= 1/170 K — коэффициент аппроксимации.
Для спокойного воздуха экспериментальные значения (см. рис. 2)
также можно выразить линейной зависимостью
( )
(
)
возд
0в
0
λ 1
,
Т
b T T
λ
=
+ −
(4)
где
0в
λ — коэффициент теплопроводности воздуха при температуре
0
T
= 20 °С,
0в
λ = 0,0257 Вт/(м
⋅
K
);
b
= 1/380 K.
Без учета тепловых потерь на излучение Стефана — Больцмана
и спокойного состояния воздуха в порах теплоизоляционного мате-
риала коэффициент кондуктивной теплопроводности может быть
найден на основании правила смесей:
(
)
(
)
ср
ср
конд
возд
б.в
,
1
,
m Т
m
m
λ
= λ = λ + − λ
(5)
где
m
— пористость волокнистой теплоизоляции,
тим б.в
1
/
m
= − ρ ρ
(
тим
ρ
— плотность теплоизоляционного материала;
б.в
ρ
— плотность
базальтовых волокон,
б.в
ρ
= 2750 кг/м
3
). Средние значения коэффи-
циентов
ср
возд
λ
= 0,0406 Вт/(м
⋅
K) и
ср
б.в
λ
= 0,0734 Вт/(м
⋅
K) для интер-
вала температур 60…420 °С определены на основание зависимостей
(3) и (4). На рис. 7, согласно выражению (5) и средним значениям
коэффициентов для волокон и воздуха, показано изменение коэффи-
циента теплопроводности
конд
λ
в зависимости от пористости и плот-
ности ТИП.
Ориентация волокон в плоскостях, перпендикулярных тепловому
потоку, существенно повышает термическое сопротивление материа-
ла
лучистому
переносу теплоты. Однако при высокой пористости
теплоизоляционного материала из коротких базальтовых волокон лу-