Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Tepelné izolace T.I– prostředky omezující přenos tepla z teplejších na chladnější tělesa Slouží k uchovávání kryokapalin (zkapalněné plyny) pro potřeby.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Tepelné izolace T.I– prostředky omezující přenos tepla z teplejších na chladnější tělesa Slouží k uchovávání kryokapalin (zkapalněné plyny) pro potřeby."— Transkript prezentace:

1 Tepelné izolace T.I– prostředky omezující přenos tepla z teplejších na chladnější tělesa Slouží k uchovávání kryokapalin (zkapalněné plyny) pro potřeby jejich využití ve výzkumu a průmyslu T.I – jsou součástí přenosových a skladovacích nádob kryokapalin (např. dewarovy nádoby)

2 Problémy Udržení teploty varu kryogeních kapalin Udržení teploty varu kryogeních kapalin Sdílení tepla mezi kapalinou a nádobou Sdílení tepla mezi kapalinou a nádobou Výparné teplo (viz tab. č. 1) Výparné teplo (viz tab. č. 1) Kryokapaliny mají bod varu hluboko pod teplotou pokojovou a jejich výparné teplo je tím menší, čím nižší je jejich bod varu. Kryokapaliny mají bod varu hluboko pod teplotou pokojovou a jejich výparné teplo je tím menší, čím nižší je jejich bod varu. Pro teploty pod bodem varu je třeba brát v úvahu i přívod energie způsobený mechanickými kmity (chvění budovy…) Pro teploty pod bodem varu je třeba brát v úvahu i přívod energie způsobený mechanickými kmity (chvění budovy…) Ztráty vířivými proudy v kovových částech aparatury Ztráty vířivými proudy v kovových částech aparatury

3 Výparná tepla tab č.1

4 Uchovávaní kryokapalin (Dewarovy nádoby) Dvoustěnná či vícestěnná nádoba Dvoustěnná či vícestěnná nádoba Vnitřní nádoba obsahuje přechovávanou kapalinu a je upevněna ve vnější nádobě tenkostěnnou trubicí, která tvoří hrdlo. Vnitřní nádoba obsahuje přechovávanou kapalinu a je upevněna ve vnější nádobě tenkostěnnou trubicí, která tvoří hrdlo. Prostor mezi nádobami je vyčerpán ventilem na nízký tlak,který je udržován adsorbentem. Prostor mezi nádobami je vyčerpán ventilem na nízký tlak,který je udržován adsorbentem. Všechny součásti musí být vyrobeny z materiálů s nízkou tepelnou vodivostí Všechny součásti musí být vyrobeny z materiálů s nízkou tepelnou vodivostí

5 Dewarova nádoba

6 Způsoby přenosu tepla zářením zářením konvekcí (proudění) konvekcí (proudění) Vedením pevnými látkami Vedením pevnými látkami

7 Sdílení tepla zářením Každé těleso teplejší než 0 K vyzařuje energii ve formě elektromagnetických vln. Většina vyzařované energie je soustředěna do oblasti kolem vlnové délky λm. Každé těleso teplejší než 0 K vyzařuje energii ve formě elektromagnetických vln. Většina vyzařované energie je soustředěna do oblasti kolem vlnové délky λm. Žhavená tělesa nad 10.3K vyzařují energii z oblasti viditelného spektra Žhavená tělesa nad 10.3K vyzařují energii z oblasti viditelného spektra Tělesa o teplotě 10.2 až 10.3 K vyzařují energii především v oblasti infračervené Tělesa o teplotě 10.2 až 10.3 K vyzařují energii především v oblasti infračervené

8 Černé těleso,Planckův zákon Černé těleso – teoretický model tělesa,které Černé těleso – teoretický model tělesa,které pohlcuje veškeré dopadající záření pohlcuje veškeré dopadající záření Planckův zákon – popisuje záření absolutně černého tělesa v celém rozsahu vlnových délek

9 Wienův posunovací zákon Určení vlnové délky λm (µm) pro teplotu T(K) Určení vlnové délky λm (µm) pro teplotu T(K)

10 Stefanův-Boltzmanův zákon Vyjádření hustoty radiačního tepelného toku v závislosti na teplotě Vyjádření hustoty radiačního tepelného toku v závislosti na teplotě σ=5, Wm -2 K -4 σ=5, Wm -2 K -4

11 Stefanův-Boltzmanův zákon tabulka č.2

12 Poměrný součinitel záření - e Udává do jaké míry se reálné těleso blíží tělesu dokonale černému (0 < e < 1) Součinitel poměrné pohltivosti – a Každé těleso je schopno nejen záření emitovat,ale i absorbovat (pohlcovat) Při termodynamické rovnováze tělesa s jeho okolím a = e Odrazivost – R R = 1 - a

13 Tepelný tok mezi 2povrchy Součinitel E 21 závisí na materiálu a kvalitě povrchu vyzařujících ploch a na jejich geometrické konfiguraci Součinitel E 21 závisí na materiálu a kvalitě povrchu vyzařujících ploch a na jejich geometrické konfiguraci A 21 odpovídá ploše A 1 (chladnější těleso) pokud A 2 (teplejší těleso) obklopuje plochu A 1 A 21 odpovídá ploše A 1 (chladnější těleso) pokud A 2 (teplejší těleso) obklopuje plochu A 1

14 Tabulka hodnot – pohltivosti - a Al elektrolyticky leštěný 0,03 Al elektrolyticky leštěný 0,03 Ni elektrolyticky leštěný 0,016 Ni elektrolyticky leštěný 0,016 Nekovy (průměrná hodnota) 0,8 Nekovy (průměrná hodnota) 0,8 Černé těleso 1 Černé těleso 1 Sklo 0,94 Sklo 0,94 Led 0,96 Led 0,96

15 Součinitel pohltivosti - a ρ …měrný elektrický odpor ρ …měrný elektrický odpor λ … vlnová délka λ … vlnová délka Klesá s teplotou Klesá s teplotou nejnižší hodnoty mají dobré vodiče elektřiny nejnižší hodnoty mají dobré vodiče elektřiny

16 Vliv znečištění látek Znečištění podstatně snižuje hodnoty součinitele pohltivosti (a) a poměrného součinitele záření (e) !! Znečištění podstatně snižuje hodnoty součinitele pohltivosti (a) a poměrného součinitele záření (e) !! Proto je důležitá volba materiálu pro výrobu izolace (Al,Cu…) a důkladné udržovaní čistoty. Proto je důležitá volba materiálu pro výrobu izolace (Al,Cu…) a důkladné udržovaní čistoty. Pro méně kvalitní materiály se používá polepení Al folií Eccoshield, která snižuje odpar až o 50% Pro méně kvalitní materiály se používá polepení Al folií Eccoshield, která snižuje odpar až o 50%

17 Snížení radiačního toku užitím mezistěn Zářivý tepelný tok Q 21 můžeme snížit na polovinu tak,že mezi stěny A1 a A2 vložíme vůči nim tepelně izolovanou stěnu A´. Zářivý tepelný tok Q 21 můžeme snížit na polovinu tak,že mezi stěny A1 a A2 vložíme vůči nim tepelně izolovanou stěnu A´. Za předpokladu stejného součinitele záření všech stěn e 1 = e 2 = e n je celkový radiační tok snížen (n+1)krát:

18 Pro orientační výpočty lze vztah pro radiační tok zjednodušit na tvar: Pro orientační výpočty lze vztah pro radiační tok zjednodušit na tvar: Podmínky: e 1 = e 2 << 1 E 21 = e/2 E 21 = e/2 T 2 >> T 1 T 2 >> T 1

19 Dewarovy nádoby dvojitá Dewarova nádoba se Bezdusíková nádoba pro stíněním chlazeným LN 2 LHe se superizolací a třemi stínícími plášti

20 Sdílení tepla konvekcí Je-li mezi plochami o rozdílných teplotách uzavřena vrstva plynu a je zabráněno jeho makroskopickému proudění, vytvoří plyn tepelně izolující polštář a dochází ke konvekci(konvekčnímu proudění). Přenos tepla je způsoben pohybem hmoty plynu,který je vyvolán rozdílnými hustotami plynu vlivem teplotního gradientu. Je-li mezi plochami o rozdílných teplotách uzavřena vrstva plynu a je zabráněno jeho makroskopickému proudění, vytvoří plyn tepelně izolující polštář a dochází ke konvekci(konvekčnímu proudění). Přenos tepla je způsoben pohybem hmoty plynu,který je vyvolán rozdílnými hustotami plynu vlivem teplotního gradientu. C je konstanta a ρ je hustota plynu C je konstanta a ρ je hustota plynu

21 Možnosti eliminace konvekce V nevakuovaných soustavách,kde je v izolačním prostoru plyn,musí být objem rozdělen na komůrky. V nevakuovaných soustavách,kde je v izolačním prostoru plyn,musí být objem rozdělen na komůrky. Snížení tlaku (evakuace) Snížení tlaku (evakuace) Snížení pravděpodobnosti výskytu konvekce snížením tlouštky vrstvy plynu tvořící izolaci Snížení pravděpodobnosti výskytu konvekce snížením tlouštky vrstvy plynu tvořící izolaci

22 Vedení tepla zbytkovým plynem V prostoru mezi paralelními stěnami je vzduch o atmosférickém tlaku. V prostoru mezi paralelními stěnami je vzduch o atmosférickém tlaku. Vedení tepla zbytkovým plynem z teplejší stěny s plochou A 2 na chladnější stěnu A 1 je popsáno Fourierovým zákonem: Vedení tepla zbytkovým plynem z teplejší stěny s plochou A 2 na chladnější stěnu A 1 je popsáno Fourierovým zákonem: d (m) – je tlouštka vrstvy vzduchu

23 Koeficient akomodace - a Koeficient akomodace vyjadřuje účinnost předávání energie při srážce. Koeficient akomodace vyjadřuje účinnost předávání energie při srážce. Pro běžné kovové povrchy hodnoty 0,2 až 0,8 Pro běžné kovové povrchy hodnoty 0,2 až 0,8 Pro chladnou stěnu Pro teplou stěnu

24 Vedení tepla pevnými látkami V pevných látkách se teplo sdílí mezi částicemi tělesa. Je-li přitom zachována tepelná rovnováha, charakterizována teplotou, nazývá se tento druh sdílení tepla vedením. V pevných látkách se teplo sdílí mezi částicemi tělesa. Je-li přitom zachována tepelná rovnováha, charakterizována teplotou, nazývá se tento druh sdílení tepla vedením. Vedení - tepelná kondukce, kdy se teplo přenáší seskupením atomů a molekul v pevných látkách dvěma rozdílnými přístupy tepelné energie. Prvním způsobem je vibracemi přenášejícími se strukturou látky a druhý je způsoben volnými elektrony, které procházejí látkou. Vedení - tepelná kondukce, kdy se teplo přenáší seskupením atomů a molekul v pevných látkách dvěma rozdílnými přístupy tepelné energie. Prvním způsobem je vibracemi přenášejícími se strukturou látky a druhý je způsoben volnými elektrony, které procházejí látkou.

25 Tepelný tok pro vícevrstvé materiály Je-li deska tvořena n vrstvami materiálů s rozdílnou hodnotou λi, je tepelný tok kolmo k tomuto systému rovin dán výrazem: Je-li deska tvořena n vrstvami materiálů s rozdílnou hodnotou λi, je tepelný tok kolmo k tomuto systému rovin dán výrazem: Kde tepelný odpor i-té vrstvy je určen výrazem (m 2 KW -1 ) Tepelný tok válcovou stěnou: (W.m -1 ) Tepelný tok stěnou koule: (W)

26 Praktické zkušenosti s konstrukcí nádob Volba materiálu povrchu stěn a jeho úprava pro snížení součinitele záření – e Volba materiálu povrchu stěn a jeho úprava pro snížení součinitele záření – e Evakuace izolačního prostoru pro snížení vedení tepla plynem Evakuace izolačního prostoru pro snížení vedení tepla plynem Tepelný tok pevnými podpěrami a závěsy se redukuje tím,že vnitřní nádoba visí na tenkostěnném hrdle z málo vodivého materiálu(pakfong,melchior..) a jsou (závěsy a podpěry) navíc ochlazovány odpařovaným hrdlem Tepelný tok pevnými podpěrami a závěsy se redukuje tím,že vnitřní nádoba visí na tenkostěnném hrdle z málo vodivého materiálu(pakfong,melchior..) a jsou (závěsy a podpěry) navíc ochlazovány odpařovaným hrdlem

27 Druhy izolací Vysokovakuová izolace – Dewarovy nádoby- Užívají se převážně pro uchovávání LN2, pro LHe nejsou vhodné,protože He prochází stěnami do vakuového prostoru. Práškové a vakuopráškové izolace – izolační prostor je zaplněn jemným práškem z tepelně nevodivého materiálu. V praxi se mísí materiály jako např. perlit nebo silikagel s kovovým práškem (Al,Cu). Práškové materiály mají výhodu,že jsou částečně schopny adsorbovat zbytkový plyn ve vakuovém prostoru podobně jako aktivní uhlí.

28 Druhy izolací Mnohovrstvá izolace (superizolace) Mnohovrstvá izolace (superizolace) Užívá se stínění tenkými fóliemi (Al),které jsou odděleny tepelným izolantem. Stínící vrstvy jsou varhánkovitě složené nebo pokrčené.Optimální počet dvojvrstev je 20 až 30 na cm. Superizolace se užívá i pro dlouhodobou úschovu LN 2 a LHe přičemž odpar je menší než 1%. Využívá se i pro raketovou techniku a meziplanetární lety,kde jediným zdrojem tepelného toku je sluneční záření.

29 Druhy izolací Pěnové izolační materiály Pěnové izolační materiály Základní izolační materiál je tvořen slabostěnnými komůrkami,které vznikají expandováním organických i anorganických látek působením tzv. nadouvadla(freon,benzen). K výrobě se užívá polystyren,polyuretan nebo epoxidy. Je-li pěnový izolant v prostředí plynného H 2 nebo He je třeba difundovaný plyn odčerpávat vývěvou. Obsahuje – li kryokapalina více než 30% kyslíku je třeba velmi dbát na bezpečnost,jelikož jsou pěnové izolanty s kyslíkem velmi reaktivní.


Stáhnout ppt "Tepelné izolace T.I– prostředky omezující přenos tepla z teplejších na chladnější tělesa Slouží k uchovávání kryokapalin (zkapalněné plyny) pro potřeby."

Podobné prezentace


Reklamy Google