Экспериментальное исследование эффективной теплопроводности волокнистой изоляции в сжатых газах

Экспериментальные исследования внутренней изоляции, проведен­ные в среде воздуха и углекислоты в интервале температур $t = 30$–$700^{\circ}$C $(t_{\text{cp}} = 50$–$350^{\circ}$C) и давлений $p = 1$–$180$ бар, показали, что эф­фективный коэффициент теплопроводности волокнистых изоляций обыч­ной плотности укладки (стекловата $\gamma_{\text{из}} = 132$ кг/м$^3$, каолиновая вата $\gamma_{\text{из}} = 150$ кг/м$^3$) при повышении давления газа до $180$ бар увеличивается в $33$ раза для воздуха и в $400$ раз для углекислоты, достигая значений $23{,}2$ вт/м $\cdot$ град, т. е. величины коэффициента теплопроводности легиро­ванных сталей.
Увеличение плотности укладки существенно снижает эффективный коэффициент теплопроводности изоляции, работающей в среде под давлением; в некоторых случаях при высоких температурах $\lambda_{\text{эф}}^{t,p}$ достигает значений коэффициентов теплопроводности «атмосферных» изоляций. Проведенные исследования выявили значительное увеличение эффек­тивной теплопроводности исследованных волокнистых изоляций при повышении давления вследствие появления интенсивных конвекционных токов внутри изоляции.
Получена расчетная зависимость $(12)$, описывающая свободную кон­векцию воздуха и углекислоты в различных волокнистых теплоизоляциях со средней погрешностью $\pm 30\%$ в интервале средних температур $50$–$350^{\circ}$C, давлений $1$–$180$ бар, плотностей укладок $132$–$610$ кг/м$^3$ и диа­метров волокон $2$–$29$ мк. Проведенные эксперименты и расчеты выявили возможность создания эффективной внутренней теплоизоляции из каоли­новой ваты ($d_{\text{вол}} = 1{,}8$–$2$ мк) с $\lambda_{\text{эф}}^{t,p} = 0{,}04$–$0{,}6$ вт/м $\cdot$ град для двухстенных трубопроводов углекислотных и воздушных энергетических установок на параметры $t = 50$–$750^{\circ}$C и $p = 1$–$180$ бар. Выбор оптимальной плотности укладки $\gamma_{\text{из}}$ определяется параметрами энергетической установки и теплофизическими свойствами рабочего тела.