freakpp018

34

W przypadku ośrodków niejednorodnych, których przewodność cieplna może przyjmować różne wartości w różnych punktach ciała, na ogół operuje się pojęciem efektywnego współczynnika przewodzenia ciepła X._ef. Przewodność ta dotyczy obszaru przewyższającego znacznie wymiary niejednorodności, choć w celu wyznaczenia X._ef w sposób teoretyczny rozważa się odpowiednio mały obszar materiału izolacji. Rozważa się na podstawie analizy szeregowych i równoległych połączeń oporów cieplnych w powtarzalnym fragmencie zwanym komórką (zawierającym jeden element i przynależną objętość fazy płynu) przepbAY ciepła przy danym spadku temperatury.

Przykłady omawianych obszarów izolacji ukazuje rys. 2.2. W tak przedstawionych modelach - obszarach podczas przepływu ciepła mogą występować następujące mechanizmy przekazywania ciepła:

-    przewodzenie ciepła przez włókna, ziarna;

-    przewodzenie ciepła przez obszar płynu;

-    konwekcja swobodna w porach o dostatecznie dużych ich wymiarach;

-    wymiana ciepła przez promieniowanie między powierzchniami ziaren lub płynu;

-    termiczny opór kontaktowy w miejscu styku ziaren;

-    transport ciepła związany z wymianą masy.

a)

b)

E

Rys. 2.2. Szkice przykładowych komórek służących do wyznaczania efektywnej przewodności

cieplnej

Jak widać, na przepływ ciepła przez materiał izolacji ma wpływ przewodzenie, konwekcja, promieniowanie i migracja płynu. Zasadniczą rolę odgrywa przewodzenie ciepła przez ziarno i gaz zamknięty w porach. Konwekcja i promieniowanie odgrywają mniejszą rolę, szczególnie w materiałach o małej średnicy porów. Niemniej jednak do opisu przepływu ciepła stosuje się prawo

Fouriera, z tym że współczynnik przewodzenia ciepła jest efektywny (A._ef) z uwzględnieniem wszystkich wcześniej podanych zjawisk transportu. Otrzymane teoretyczne rozwiązania przepływu ciepła mają charakter poznawczy i, przykładowo, określają wpływ na A,_ef stosunku średnicy włókien do odległości między włóknami lub stosunku współczynnika przewodzenia ciepła we włóknach do współczynnika przewodzenia ciepła płynu zawartego w porach.

Najważniejsze surowce, stosowane do produkcji materiałów izolacyjnych, to:

-    wełna mineralna; otrzymywana z płynnego żużla wielkopiecowego lub roztopionej skały naturalnej;

-    filc; przeważnie z sierści zwierzęcej;

-    korek; z kory dębu korkowego;

-    szkło piankowe; otrzymywane ze spienienia szkła, mające zamknięte po

ry;

-    włókno szklane; uzyskiwane z substancji mineralnej, łączonej żywicą syntetyczną;

- polistyren; otrzymywany przez działanie podwyższonej temperatury na granulat polistyrenowy (materiał uzyskany z syntezy etylenu i benzenu oraz z polimeryzacji) w wyniku czego powstaje styropian;

-    poliuretan (polopren); porowate tworzywo poliuretanowe (pianka poliuretanowa);

-    polocel; piankowy polichlorek winylu;

-    pianizol; spieniona żywica mocznikowa.

Własności cieplne niektórych materiałów izolacyjnych podano w tab. 2.1.

Tabela 2.1. Własności cieplne materiałów izolacyjnych

Materiał	P	X	c
	kg/m^3	W/(mK)	kJ/(kg-K)
Wełna mineralna	40-80	0,047	0,75
Drewno - dąb:	550		2,51
• w poprzek włókien		0,16
• wzdłuż włókien		0,30
Filc	300	0,06	1,67
Korek	150-250	0,045-0,07	2,06-1,38
Szkło piankowe „białe”	300	0,12	0,84
Szkło piankowe „czarne”	180	0,07	0,84
Włókno szklane	60-100	0,045	0,84
Styropian (polistyren)	20-40	0,04	1,46
Poliuretan (polopren)	30-50	0,035	1,46
Polocel	50	0,025	1,59
Pianizol	-	0,032-0,035	-