بخشی از مقاله
چکیده
عایقهای چندلایه چندیست به علت رسانش حرارتی بسیار پایین مورد توجه قرار گرفتهاند. کاربرد این عایقها به خصوص در صنایعی که نیاز به حفظ دما در یک محدودهی خاص داریم، روز به روز افزایش می یابد. در تحقیق حاضرتحلیل حرارتی عایقهای چندلایهانجام شده است. معادلات حاکم بر مسئله از نوع انتگرالی-دیفرانسیلی هستند و حل دقیق ندارند، بنابراین حلهای تقریبی باید به کار گرفته شوند.
در مسئلهی حاضر از تقریب دو-شار استفاده شد، معادله انرژی با روش حجم محدود و معادلات دو-شار با روش اختلاف محدود گسسته سازی شدند. در نهایت با حل معادلات و رسم نمودارهای رسانش حرارتی نسبت به پارامترهای مختلف و مقایسه نتایج عددی با دادههای تجربی، مشخص شد که مدل پیشنهاد شده از دقت خوبی برخوردار است.
با مشاهدهی رفتار نمودارهای رسانش حرارتی، نتیجه گرفته شد که به ازای مقادیر کم اختلاف دما - تاحدود کلوین - ، میتوان برای کاهش وزن و هزینه از عایقهایی با ضخامت و چگالی کمتر استفاده کرد. توزیع دما در طول نمونه غیرخطی است، همچنین نسبت هدایت به تابش با حرکت از مرز گرم به مرز سرد افزایش می یابد. با توجه به موارد ذکرشده برای طراحی بهینه باید جداکنندهها در مرز سرد را از مواد با رسانش حرارتی پایینتر انتخاب کرد و در مجاورت مرز گرم چگالی لایه را افزایش داد.
1 -مقدمه
سرمازا ها باید با تکنیکهای موثری جابجا، ذخیره و به کار گرفته شوند. چنین امری بدون استفاده از عایقهایی با کارایی بسیار بالا غیرممکن به نظر میرسد. عایقهای چندلایه به آن دسته از عایقها اطلاق می شود که از تعدادی لایه متشکل از بازتابانندهها و مواد جداکننده ساخته می شود. انتقال حرارت در این گونه از عایقها به صورت ترکیبی از هدایت و تابش است. در واقع این عایقها با اجزای تشکیل دهنده ی خود که همان بازتابانندهها و مواد جداکننده هستند بر این مدهای انتقال حرارت غلبه میکنند.عایقهای چندلایه مقاومت حرارتی بسیار بهتری نسبت به عایقهای معمولی دارند، بنابراین در صنایع حساس که نیاز به حفظ دما در یک محدوده ی خاص است، این عایقها بهترین گزینه هستند
عایقهای چندلایه اولین بار در صنایع کرایجنیک بکار رفته است. این عایقها در مخازن ذخیره گازها و مایعات در دماهای بسیار پایین استفاده شد
برای فهم بهتر مزایای عایقهای چندلایه، چه در دماهای پایین و چه در دماهای بالا، باید مکانیزمهای اصلی انتقال حرارت در محیطهای متخلخل را بررسی کنیم، که همان طور که در شکل ٌ میبینید عبارتند از:تابش، هدایتگاز و هدایت جامد.
شکل 1 مدهای اصلی انتقال حرارت در یک عایق چندلایه
در اکثر کاربردها معمولا از اثر جابجایی درنظر گرفته نمی شود سیستمهای حفاظت حرارتی در مخازن کرایجنیک از یک دیوارهی دو جداره استفاده میکنند، و بین آنرا خلاء میکنند. این کار باعث کاهش جابجایی و هدایت گاز می شود. برای کاهش انتقال حرارت تابشی، از بازتابانندهها که قابلیت انعکاس بالایی دارند استفاده می شود. بین آنها جداکننده های پلیمری و یا سرامیکی قرار داده می شود، تا از اثر هدایت جامد در این عایقها کاسته شود.
2 -تحلیل تئوری
فرمولاسیون انتقال حرارت توسط هدایت و تابش در کتابهای مرجع مختلفی آمده است. بقای انرژی برای انتقال حرارت یک بعدی در عایق منجر به معادله دیفرانسیل پارهای زیر می شود
در معادله بالا چگالی، c گرمای ویژه، T دما، t زمان و T شار حرارتی است، که این شار مجموع شار هدایتی و شار تابشی است که k رسانش متاثر از هر دو اثر هدایت گاز و هدایت جامد است. با در نظر گرفتن دو معادله بالا داریم
در اینجا گرمای ویژه و رسانش، هردو وابسته به دما هستند. اگر مختصات فیزیکی را با استفاده از تبدیل = x به مختصات نوری تبدیل کنیم معادله بالا به صورت زیر در می آید؛
در فرمول بالا ضریب جذب، ضریب پراکندگی و ضریب میرایی است. G تابع انرژی تابشی متلاقی نامیده می شود.
مدل سازی هدایت
برای بدست آوردن رسانشی که معادل با رسانش گاز و جامد باشد ابتدا باید هر یک به تنهایی مدل شود. برای هدایت جامد مدلهای زیادی ارائه نشده است
