and kaolin fibers. The mathematical model describing a stationary regime of
heat transfer in highly porous heat-insulating materials with consideration for the
Stefan–Boltzmann thermal radiation in the pore space is proposed. On the basis
of experimental study, the empirical constant in the nonlinear equation of heat
conduction is determined, which takes into account the multiple interaction of thermal
radiation flows between adjacent fibers of the filler. The relationship for calculation
of wall thickness of the heat-insulating construction using the desired temperature
difference between the hot and cold walls is proposed.
Keywords
:
highly porous heat-insulating material, method of filtration deposition,
stationary heat-transfer regime, coefficient of thermal conductivity of highly porous
composite structure.
Одним из актуальных направленийразвития машиностроения
является производство конструкцийиз высокопористых теплоизо-
ляционных материалов (ТИМ), которые используются в широком
диапазоне температур и выдерживают механические, радиационные и
другие нагрузки. В ракетно-космическойтехнике [1] такие материалы
необходимы для обеспечения теплового режима криогенных емкостей,
жилых и приборных отсеков, головных обтекателей, трубопроводов,
двигательных установок.
Особенности функционирования ТИМ, которые относятся к классу
композитов, определяются выбором наполнителя и связующего, струк-
туройматериала и технологиейизготовления. Используется широкая
гамма наполнителей: коротковолокниты из базальта, кварца, каоли-
на, стеклянные микросферы и др. Связующие подбирают, исходя из
условийэксплуатации изделий. Так, для обеспечения экологичности
используют глиноземы на основе оксида алюминия, а для обеспече-
ния прочности — полимерные связующие. При этом тип полимера
определяется температуройэксплуатации материала.
Настоящая статья посвящена принципиальным вопросам конструк-
тивно-технологическойотработки теплоизолирующих конструкций:
•
анализу возможности функционирования материала в стацио-
нарном режиме;
•
назначению толщины стенки с учетом теплофизических свойств
ТИМ и параметров тепловых потоков.
В основе снижения кондуктивного теплообмена в ТИМ лежит
обеспечение их значительнойпористости (70. . . 90%). Управление
этойхарактеристикойматериала достигается [2] с помощью примене-
ния технологии фильтрационного осаждения с подпрессовкой(рис. 1).
Суть технологии состоит в том, что формирование изделия про-
исходит [3] путем обезвоживания гидромассы (пульпы), содержащей
коротковолокниты и глинозем, через перфорированные стенки пресс-
формы с одновременным вакуумированием рабочейзоны и подпрес-
совкойзаготовки до заданнойплотности материала. Метод позволя-
ет обеспечить стабильность теплофизических и физико-механических
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение” 2013. № 4 121
