بخشی از مقاله
چکیده
تحلیل حرارتی عایقهای چندلایه و یا الیافی در مخازن نگهداری گاز مایع که یکی از اجزای سیکل تبرید در دمای پایین است، انجام 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 گسستهسازی شدند.
در نهایت با حل معادلات نتایج و نمودارها بهدست میآیند. نتایج حل با حل اوزیسیک صحت سنجی شد. 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 فضاگیرها در مرز سرد را از مواد با رسانش حرارتی پایینتر انتخاب کرد و در مجاورت مرز گرم چگالی لایه را افزایش داد.
-1 مقدمه
عایقهای چندلایه به آن دسته از عایقها اطلاق میشود که از تعدادی لایه متشکل از بازتابانندهها و مواد فضاگیر ساخته میشود. انتقال حرارت در این گونه از عایقها به صورت ترکیبی از هدایت و تابش است.
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 متخلخل1 را بررسی کنیم، که همانطور که در شکل 1 میبینید عبارتند از: تابش، هدایت گاز و هدایت جامد.
شکل -1 مدهای اصلی انتقال حرارت در یک عایق چندلایه
در اکثر کاربردها معمولا از اثر جابجایی درنظر گرفته نمیشود. سیستمهای حفاظت حرارتی2 در مخازن کرایجنیک از یک دیوارهی دو جداره استفاده میکنند، و بین آنرا خلاء میکنند . این کار باعث کاهش جابجایی و هدایت گاز میشود. برای کاهش انتقال حرارت تابشی، از بازتابانندهها3 که قابلیت انعکاس بالایی دارند استفاده میشود. بین این سپرها فضاگیر1های پلیمری و یا سرامیکی قرار داده میشود، تا از اثر هدایت جامد در این عایقها کاسته شود
-2 تحقیقات پیشین
برخی کارهای تئوری و تجربی برای مدلسازی و تعیین انتقال حرارت در عایق های چندلایه صورت پذیرفته است. برآوردی از اندازهگیری انتقال حرارت برای عایقهای چندلایه دماپایین که در فضاپیماها و ماهوارهها از آنها استفاده میشود، انجام شده است
همچنین رسانش موثر هفت نوع عایق چندلایه تا دمای 427 درجه سانتیگراد و در خلاء - 5×10-5 mm of Hg - محاسبه شد
مدل سازی تئوری در محاسبه اخیر با استفاده از تقریب ضخامت نوری کم2 برای تبادل انرژی تابشی انجام شد و نتایج با دادههای تجربی مقایسه شد
کار تجربی پیشین با دمای 1000 درجه سانتیگراد و در فشار 1×10-3 میلیمتر جیوه در سال 1968 ادامه داده شد و یک فرمولاسیون ریاضی برای مسئله ارائه شد. آنها از اثر هدایت گاز صرفنظر کردند و برای مدلسازی تابشی از تقریب ضخامت نوری زیاد استفاده کردند
مطالعه ی کاربردی عایقهای چندلایه دمابالا، در اواخر دهه 1980 و اوایل دهه 1990 توسط محققین آلمانی دنبال شد. آنها امکان استفاده از عایق های چندلایه را در سیستمهای حفاظت حرارتی فلزی برای نقل مکانهای فضایی با سرعت مافوق صوت، بررسی کردند. این تحقیق در سال 1989 انجام شد. آنها اثر هدایت جامد را نادیده گرفتند، همچنین برای مدلسازی تابش از تقریب ضخامت نوری زیاد و تقریب دیفیوژن اصلاحشده3 استفاده کردند
تحقیقی در مورد عایقهای چندلایه مورد کاربرد در پیلسوختی انجام شد، در این تحقیق از فرضیه ضخامت نوری زیاد استفاده شد و نتایج نظری با نتایج تجربی مقایسه شد
از کارهای اخیر میتوان به ارائهی یک حل عددی با استفاده از تقریب ضخامت نوری زیاد و یافتن رسانش حرارتی معادل برای عایق الیافی اشاره کرد
در مجموع هیچ گاه از تقریب دو-شار برای تحلیل حرارتی عایق چندلایه استفاده نشد. حال اینکه چرا این تقریب نسبت به تقریبهای دیگر برتر است، در ادامه به آن پرداخته میشود.
