Расчет коэффициента теплопроводности вермикулита и его сравнение с экспериментальными данными

   Приведена расчетная оценка коэффициента теплопроводности (КТП) вспученного вермикулита по модели пористого тела, именуемой в настоящей статье моделью многослойной стенки с перемычками. Свойства твердого каркаса (матрицы) данной стенки взяты из результатов предварительных экспериментов о химическом составе (рентгеновскими методами), пористой структуре (методом ртутной порометрии), КТП (стационарным методом и методом горячей проволоки) и коэффициенте поглощения (методом ИК Фурье-спектроскопии). Приводится расчет КТП твердого каркаса по более, чем двадцати существующим алгоритмам из литературных источников. По описанной в статье модели многослойной стенки с перемычками поставлена и решена задача сложного теплообмена (точнее, лучисто-кондуктивного, т. к. показано, что вклад конвекции мал) от 470 до 1270 К в условиях локального термодинамического равновесия и стационарности. Рассматривался одномерный случай с закрытыми порами в форме прямоугольных параллелепипедов и гладкими (ровными) стенками. Заполнитель пор – сухой воздух при атмосферном давлении. Описана методика расчета стационарной плотности теплового потока излучения внутри пористого тела с применением эффективных коэффициентов поглощения, отражения и пропускания. Излучение считалось некогерентным, неполяризованным и изотропным. Приведены методика расчета КТП и результаты, которые сравнивались с экспериментальными значениями КТП. Выдвинуто предположение, что предложенная методика может оказаться применима к другим пористым неорганическим телам.

1. Дубенецкий К. Н. Вермикулит (свойства, технология и применение в строительстве) / К. Н. Дубенецкий, А. П. Пожнин. – Ленинград: Стройиздат [Ленингр. отд-ние], 1971. – 175 с. – Ил.

2. Скурихин А. В. Определение коэффициента поглощения термовермикулита / А. В. Скурихин, А. В. Костановский // Приборы. – 2019. – № 5 (227). – С. 38–41.

3. Огнеупорное производство : Справочник. Т. 2 / Под общ. ред. инж. Д. И. Гавриша. – М.: Металлургия, 1965. – 584 с.

4. Скурихин А. В. Определение коэффициентов рассеяния и поглощения излучения вспученного вермикулита совместно методами эксперимента и моделирования / А. В. Скурихин, А. В. Костановский, С. К. Белусь // Вестник НИЯУ МИФИ. – 2021. – Т. 10. – № 3. – С. 196–207.

5. Оцисик М. Н. Сложный теплообмен / М. . Оцисик ; пер. с англ. под ред. д-ра техн. наук Н. А. Анфимова. – М.: Мир, 1976. – 616 с.

6. Юрков А. Л. Поровая структура вспученного вермикулита / А. Л. Юрков, В. В. Скурихин, А. В. Скурихин // Техника и технология силикатов. – 2020. – Т. 27 – № 4. – С. 103–107.

7. Скурихин А. В. Установка для измерения коэффициента теплопроводности сыпучих огнеупоров стационарным методом (на примере вспученного вермикулита) / А. В. Скурихин, А. В. Костановский, С. А. Маркелов // Приборы. – 2019. – № 10 (232). – 2019. – С. 48–51.

8. Сакулин А. В. Исследование вспученного вермикулита / А. В, Сакулин [и др.] // Огнеупоры и техническая керамика. – 2019. – № 11–12. – С. 3–13.

9. Цветков Ф. Ф. Тепломассообмен: учебник для вузов / Ф. Ф. Цветков, Б. А. Григорьев. – М.: Издательский дом МЭИ, 2011. – 562 с.. – Ил.

10. Кащеев И. Д. Химическая технология огнеупоров : учебное пособие / И. Д. Кащеев, К. К. Стрелов, П. С. Мамыкин. – М.: Интермет Инжиниринг, 2007. – 752 с.

11. Васильев Л. Л. Теплофизические свойства плохих проводников тепла / Л. Л. Васильев, Ю. Е. Фрайман. – Минск: Наука и техника, 1967. – 175 с.

12. Дульнев Г. Н. Теплопроводность смесей и композиционных материалов : Справочная книга / Г. Н. Дульнев, Ю. П. Заричняк. – Л.: Энергия, 1974. – 264 с.

13. Снарский А. А. Процессы переноса в макроскопически неупорядоченных средах: от теории среднего поля до перколяции / А. А. Снарский, И. В. Безсуднов, В. А. Севрюков. – М.: Издательство ЛКИ, 2007. – 304 с.

14. Дульнев Г. Н. Теплопроводность зернистых систем / Г. Н. Дульнев, З. В. Сигалова // ИФЖ. – 1964. – Октябрь. – Т. 7. – № 10.

15. Чудновский А. Ф. Теплофизические характеристики дисперсных материалов / А. Ф. Чудновский. – М.: Гос. изд-во физ.-мат. лит-ры, 1962. – 456 с.

16. Дульнев Г. Н. Процессы переноса в неоднородных средах / Г. Н. Дульнев, В. В. Новиков. – Л.: Энергоатомиздат, 1991.

17. Огнеупорные материалы. Структура, свойства, испытания: справ. / [Г. Роучка, Х. Вутнау; пер. с нем. под ред. Й. Алленштейна [и др.]]. – М.: Интермет Инжиниринг, 2010. – 392 с.

18. Излучательные свойства твердых материалов : Справ. / под общ. ред. А. Е. Шейндлина. – М.: Энергия, 1974. – 472 с. – С ил.

19. Введение в вычислительную физику : Учебное пособие для вузов : 2-е изд. испр. и доп. / Р. П. Федоренко ; под ред. А. И. Лобанова. – Долгопрудный: Издательский дом “Интеллект”, 2008. – 504 с.

20. Michael F. Modest Radiative heat transfer. 3rd edition, 2013. 882 p.

21. ГОСТ 12170-85. Огнеупоры. Стационарный метод измерения теплопроводности.