Міністерство освіти Російської Федерації
Санкт-Петербурзький державний університет низькотемпературних і харчових технологій
Кафедра кріогенної техніки
Доповідь
Теплоізоляція у кріогенній техніці
Виконала: Григор'єва О.А., гр. 432
Санкт-Петербург 2008
Введення
Теплоізоляція в техніці низьких температур захищає апаратуру від припливу тепла з навколишнього середовища. Вимоги до ефективності теплоізоляції низькотемпературного обладнання зростають в міру зниження температури, так як при цьому, з одного боку, збільшується теплопритоку через ізоляцію, т. е, втрати холоду і, з іншого боку, різко зростає вартість втрат холоду.
Крім того, теплотапаротворення різних рідин, віднесена до одиниці об'єму, тим менше, чим нижче їх температури кипіння. Отже, невелика кількість тепла викликає випаровування порівняно великої кількості скрапленого газу з низькою температурою кипіння. Звідси ясно, чому до теплоізоляції для низьких температур пред'являються особливо високі вимоги щодо зменшення теплових потоків через неї. Ці вимоги тим вище, чим менше розміри ізолюються обладнання, тобто більше його питома поверхня.
Основною вимогою до теплоізоляції, вживаної в кріогенної техніки, є, як це ясно з викладеного, мінімальна величина коефіцієнта теплопровідності. Коефіцієнт теплопровідності деяких ізоляційних матеріалів, що застосовуються при низьких температурах, лише в 1,5-2 рази більше теплопровідності спокійного повітря, а аерогель кремнієвої кислоти має навіть більш низький, ніж у повітря коефіцієнт теплопровідності.
Ще на зорі розвитку кріогенної техніки дослідники зіткнулися з неможливістю скільки-небудь тривалого зберігання невеликих кількостей рідкого повітря в судинах із звичайною (насипний) ізоляцією. Рішення проблеми вперше знайшов д'Арсонваль, що виготовив в 1887 р. циліндричні скляні посудини з подвійними стінками, з простору між якими був відкачано повітря, тобто судини з вакуумної ізоляцією. При створенні у ізоляційної порожнини досить високого вакууму перенесення тепла теплопровідністю газу практично виключається, і приплив тепла з навколишнього середовища здійснюється, в основному, випромінюванням. Заслуга значного удосконалення судин з вакуумною ізоляцією належить Дж. Дьюар, який розробив в 1893 р. спосіб зменшення перенесення тепла випромінюванням шляхом сріблення скляних стінок посудини, Дьюар запропонував також використовувати адсорбент (активоване вугілля) для поліпшення і тривалого збереження вакууму, що дозволило виготовляти судини з металів, що виділяють в вакуумі велика кількість газів порівняно зі склом. Судини з вакуумною ізоляцією зазвичай називають В«судинами ДьюараВ», а іноді і просто В«дьюар;В». Вони широко застосовуються і в даний час.
У 1910 р. польський учений М. Смолуховський опублікував результати своїх робіт з теплопередачі через порошки в умовах вакууму. Він встановив, що коефіцієнт теплопровідності порошків швидко знижується при зменшенні тиску газу. Потік тепла через простір, заповнене деякими порошками при низькому вакуумі, був близький за величиною до потоку через порожній простір при високому вакуумі між стінками з високою відбивною здатністю. Досліди Смолуховского і розвинена ним теорія намітили шляхи вивчення вакуумно-порошкової ізоляції. Промислове застосування вакуумно-порошкової ізоляції почалося лише в 40-х роках нашого століття. З тих пір ця ізоляція отримала широке поширення в техніці низьких температур.
Значний внесок в удосконалення низькотемпературної теплоізоляції вніс П. Петерсен, який опублікував в 1958 р. результати своїх дослідів. Він випробував, зокрема, вакуумно-порошкову ізоляцію з екрануванням випромінювання металевим порошком, яка застосовується в даний час в судинах для зріджених газів.
Петерсен застосував також спосіб, що зменшує перенос тепла у вакуумній ізоляції випромінюванням. При цьому способі на ізолюючий посудину намотуються екрани з алюмінієвої фольги, розділені скловолокнистими матами. Ця ізоляція, представляє собою по суті вміщену в Вакуумований простір ізоляцію типу В«альфольВ», отримала назву вакуумно-багатошарової, екранно-вакуумної, вакуумно-шаруватої суперізоляціі (найбільш обгрунтованим можна вважати перша назва).
Теплообмін під всіх видах низькотемпературної ізоляції здійснюється випромінюванням, теплопровідністю газу та твердого тіла. Аналіз теплообміну ускладнюється тим, що поміщаються в ізоляційне простір матеріали мають дисперсну структуру. Проблемам перенесення тепла теплопровідністю і випромінюванням в дисперсних середовищах присвячені відомі монографії проф. А.Ф. Чудновського і професори, К.С. Шифріна, а також ряд робіт інших радянських вчених. p> Теплоперенос теплопровідністю газу в широкому діапазоні ві...
