بخشی از مقاله
چکیده :
عایق های چندلایه به طور کلی از دو قسمت صفحه1 و نگه دارنده بین صفحات 2، تشکیل شده اند. این عایق ها به عنوان یکی از مؤثرترین عایق های حرارتی و برودتی مورد استفاده قرار می گیرند. مکانیزم غالب انتقال حرارت در این عایق ها، تابش3 و رسانش4 می باشد. به دلیل هزینه های بالا و نیاز به تجهیزات پیشرفته، بررسی آزمایشگاهی این عایق ها کمتر مورد توجه قرار می گیرد.
بیشتر مطالعات، به صورت شبیه سازی با روش های عددی انجام شده است. در این کار، عایق های چند لایه با استفاده از نرم افزار COMSOL Multiphysics شبیه سازی شده و مورد بررسی قرار گرفته است. تأثیر پارامترهایی از قبیل تعداد صفحه ها، دانسیته ی صفحه ها، جنس صفحه و نگه دارنده بر روی عملکرد عایق بدست آمده و نتایج بدست آمده با داده های آزمایشگاهی گزارش شده، مقایسه شده است. این نتایج نشان می دهد که داده های شبیه سازی با داده های آزمایشگاهی مطابقت دارند.
-1 مقدمه
امروزه بحث ذخیره سازی، حفظ و جلوگیری از هدررفت انرژی از قبیل الکتریکی، گرمایی، مکانیکی، هسته ای و ... به یک دغدغه مهم در ذهن کارشناسان، مهندسان، صنعت کاران، اقتصاد دانان و ... تبدیل شده است. از جمله این رو ها استفاده از عایق های حرارتی می باشد.
روش ساخت عایق های چند لایه ای وکیوم شده برودتی در ابتدا برای موشک های فضایی در سال 1950 آغاز شد. و پس از آن به عایقی استاندارد در اکثر مجراهای ذخیره ی مایع برودتی و تانک ها تبدیل شد
در این مقاله به بررسی عملکرد این عایق ها با استفاده از نرم افزار COMSOL Multiphysics پرداخته شده است.
-2 عایق های چند لایه
یک عایق حرارتی چند لایه یا MLI5 متشکل از لایه های چندگانه ورق های فلزی یا غیر فلزی دارای خاصیت بازتابندگی6 می باشد، که این ورق ها را صفحه یا screen یا shield می نامند. در بین این ورق ها یک سری مواد مقاوم تر مثل الیاف سرامیکی و شیشه ای به منظور افزایش استحکام عایق و جلوگیری از تماس صفحات با یکدیگر قرار داده می شود که نگهدارنده یا spacer نام دارند.[2] به طور عمده قصد بر این است که اتلافات ناشی از تشعشع حرارتی توسط این لایه ها به حداقل برسد. در حالت معمول آن، این عایق ها در مقابل اتلافات حرارتی به روش های دیگری غیر از تشعشع مانند رسانش یا جابجایی، ایزوله نیستند. بنابراین از این عایق ها به طور معمول در ماهواره ها وکاربردهای دیگری که در خلأ مورد استفاده قرار می گیرند و انتقال حرارت جابجایی اهمیت چندانی در آنجا ندارد، استفاده می شود. در شکل 1، یک روکش عایق چند لایه به صورت ساده نشان داده شده است.
صفحات لایه های عایق - screen - را معمولأ از ورقه های - foil - نازک فلزی با ضخامت - 01-5 - میکرومتر با خاصیت بازتابندگی بالا مثل طلا، نقره، مس صیقل داده شده، آلومینیوم شفاف، آلومینیوم دارای الیاف پلی استر و ... قرار می دهند. در موارد خاصی که با دماهای خیلی بالا سر و کار داشته باشیم ضخامت این صفحات کمی افزایش می یابد. زیرا این فلزات مانع عبور تشعشع های حرارتی می شوند.
شکل :1 شکلی ساده از یک روکش عایق چندلایه[2]
موادی که بعنوان spacer بکار میروند به طور کلی به سه گروه تقسیم می شوند: فیبرها7 ، مواد میکرو متخلخل8 و اجسام نسوز.[3]9 این مواد دارای ضریب هدایت حرارتی بسیار کم و ضریب توزیع بالاتری نسبت به ضریب جذبشان هستند. از این رو مواد میکرو متخلخل معمولأ عملکرد بهتری از خود نشان می دهند. اما در دماهای خیلی بالا مسأله ی مقاومت مکانیکی نیز مطرح می شود که همین موضوع باعث استفاده از مواد گروه سوم می شود. از مهم ترین آنها می توان به الیاف شیشه،، الیاف سرامیکی، الیاف ابریشمی، الیاف استری و پلی استر اشاره کرد.[3]
-3 مکانیزم های انتقال حرارت در عایق های چند لایه
در یک عایق چند لایه به علت تأثیر بسیار کم و ناچیز جابجایی، می توان از این ترم صرف نظر کرد. در تمام مطالعاتی که توسط افراد مختلف در این باره صورت گرفته شده، این نتیجه تأیید شده است. رسانش در اینجا به دو قسمت تقسیم می شود: -1 رسانش بین جامدات -2 رسانش بین مولکول های گاز.
این دو مقاومت حرارتی با یکدیگر به صورت موازی هستند. رسنش بین جامدات شامل انتقال حرارت رسانشی بین مواد نگه دارنده یا spacer و انتقال حرارت رسانشی در محل اتصال spacer ها با صفحات می باشد، که این دو مقاومت با هم به صورت سری عمل می کنند. اگر لایه های عایق طوری طراحی و ساخته شوند که بتوان گاز های محبوس شده در بین لایه ها را از سیستم خارج کرد، میتوان کار را کمی راحت تر و محاسبات را آسانتر انجام داد. زیرا در این حالت یک ترم دیگر از انتقال گرما را نیز حذف کرده ایم. در اکثر کارهای صورت گرفته دو مکانیزم انتقال حرارت رسانش بین جامدات و تابش - تششع - ، به عنوان مکانیزم غالب در نظر گرفته شده است.
