Определение теплофизических характеристик

покрытия керамического тепло-изоляционного «Тезолат»

Тезолат - заключение НМетАУ

ВВЕДЕНИЕ

Теплоизоляционного покрытие «Тезолат» основано на использовании керамических микросфер определяющих уникальные свойства данного покрытия. Они состоят в том, что это покрытие изменяет поглощательную способность (степень черноты) тела, показывающую долю падающего теплового потока поглощаемого телом, остальная часть теплового потока отражается. Большинство твердых тел (стен зданий, металлические поверхности труб, емкостей и т.д.) имеют степень черноты равную ε=0,8-0,9 , то есть 80%-90% падающего лучистого потока на поверхности тел поглощается этими телами.

Покрытие «Тезолат» позволяет снизить степень черноты и ,таким образом, уменьшить потери теплоты излучением. Кроме этого, покрытие имеет теплопроводность значительно более низкую, чем металл и является прямым термическим сопротивлением для передачи теплоты через покрытие.

Кроме этого теплоотдача в окружающую среду осуществляется так же конвекцией естественной (вызванной разницей температур поверхности и окружающего воздуха) или вынужденной (при наличии ветра). Величина коэффициента теплоотдачи конвекцией зависит от температуры поверхности тела, которая изменяется от нанесения покрытия «Тезолат». Таким образом, при определении теплофизических свойств покрытия необходимо исключить влияние конвекции. Поэтому измерения свойств необходимо проводили в условиях вакуума.

Особенностью покрытия является также сложность достоверного измере-ния температуры его поверхности известными способами (пирометр, термопа-ра), поэтому методика измерений не должна предполагать этого.

Исходя из выше сказанного, была разработана оригинальная методика комплексного определения степени черноты покрытия εкр и коэффициента теп-лопроводности λкр, позволяющих проводить расчеты тепловых потоков для ре-альных условий эксплуатации объектов с покрытием «Тезолат».


МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Определение теплофизических свойств покрытия проводились в вакууме, в ка-мере сушки универсального вакуумного поста ВУП-2К, обеспечивающего предварительный вакуум 10-3 мм. рт. ст. Для проведения исследований изготовлено специальное приспособление, закрепленное на крышке камеры сушки. Общий вид ВУП-2К и приспособления приведен на рис. 1-3.

Рис.1 Универсальный вакуумный пост ВУП-2К

Рис.2 Камера сушки установки ВУП-2К

Приспособление состоит из измерительной ячейки, двух клеммных коло-док и вакуумного разъема для подвода электрической мощности и вывода показаний термоэлектрических термометров типа ХА в электронный блок, преобразующий за 1 секунду 16 аналоговых сигналов в цифровые и передающий эти данные в ЭВМ через USB порт. Программный комплекс ЭВМ преобразует эти данные в виде графической информации на экране монитора и позволяет их сохранить в формате Microsoft Excel.

Измерительная ячейка включает расположенный посередине медный электрический нагреватель и два металлических образца Ø40 мм, удаленных от него на расстояние 2 мм. Указанный зазор обеспечивался тремя иглами, что практически исключает передачу тепла от нагревателя к острию игл, а соответственно и к образцам теплопроводностью. Для увеличения перепада температур по толщине образцов, к последним приклеены текстолитовые шайбы того же диаметра и толщиной 4 мм. Общий вид измерительной ячейки приведен на рис. 4.

Проведение исследований в вакууме исключает действие свободной конвекции, и передача теплоты от торцевых поверхностей нагревателя к образцам осуществляется только излучением. Для максимального снижения потерь лучи-стой энергии в вакуумную камеру от цилиндрических поверхностей нагревателя и образцов, последние окружены пятью отражающими экранами из нержавеющей фольги с низкой степенью черноты (ε = 0,2÷0,3). При этом полностью исключить потери от цилиндрических поверхностей в камеру невозможно, поэтому измерения проводились сначала при нагреве образцов без покрытия, при температурах нагревателя 120 ºС, 200 ºС и 275 ºС, а также после нанесения 2мм слоя покрытия «Тезолат» (последовательно слоями по 0,5мм) при тех же температурах нагревателя. Это позволило иметь равные потери в двух опытах.

Рис.3 Общий вид приспособления на крышке камеры сушки

Рис.5 Схема размещения термопар и основные размеры измерительной ячейки.

Схема расположения термопар и основные размеры измерительной ячейки показаны на рис. 5. Двухслойные образцы (Ст 20 и текстолит) опираются на нагреватель тремя иголками Ø 0,5 мм. Металлическая часть образца имеет выборку глубиной 2 мм для нанесения теплоизоляционного покрытия.

Рис.5 Схема размещения термопар и основные размеры измерительной ячейки.

Измерения проводились после наступления стационарного теплового со-стояния, т.е. когда все температуры практически не изменялись во времени. В вакууме длительность этого процесса составила от 8 до 10 час.

Результаты измерений и их обработка

Графики нагрева образцов в вакуумной камере без теплоизоляционного покрытия в период стационарного теплового состояния приведены на рис. 6÷8, а значения температур после линейной интерполяции, а также значение электри-ческой мощности нагревателя приведены в таблице 1.

Рис.4. Общий вид измерительной ячейки

Измерения проводились после наступления стационарного теплового со-стояния, т.е. когда все температуры практически не изменялись во времени. В вакууме длительность этого процесса составила от 8 до 10 час.

Результаты измерений и их обработка

Графики нагрева образцов в вакуумной камере без теплоизоляционного покрытия в период стационарного теплового состояния приведены на рис. 6÷8, а значения температур после линейной интерполяции, а также значение электрической мощности нагревателя приведены в таблице 1.