Розвиток теоретичних основ формування теплофізичних властивостей теплоізоляційних матеріалів шляхом управління процесами тепломасообміну в пористих структурах

Abstract

Дисертація присвячена комплексному вирішенню проблем формування теплофізичних властивостей теплоізоляційних матеріалів шляхом управління процесами тепломасообміну в пористих структурах з метою створення нових та покращенню вже існуючих пористих теплоізоляційних матеріалів та конструкцій з них для теплового захисту елементів промислових енергетичних установок. Отримали подальшого розвитку дослідження динаміки формування пористої структури глиноземистих матеріалів. Визначено функціональний зв'язок технологічних параметрів обробки сировинної суміші зі структурними характеристиками пористого матеріалу (кількістю та розміром пор). Реалізовано математичну модель формування замкнутої сферичної пори яка утворилася завдяки хімічній реакції та зміни термодинамічних параметрів газу у ній. Виконано комплексне експериментальне дослідження з комп’ютерним моделюванням впливу пористої структури на ефективний коефіцієнт теплопровідності високопористих матеріалів. Знайдено узагальнене рівняння ефективної теплопровідності пористого матеріалу, що дозволило розробити методи прогнозування теплофізичних параметрів від пористої структури. У роботі розроблена методологія створення пористих матеріалів з оптимальними теплофізичними властивостями завдяки зміні пористої структури на стадії формування матеріалів та запропоновані технологічні процеси для створення високоякісної продукції вогнетривів та керамзиту. Також запропоновано для особливих умов експлуатації спосіб створення елемента конструкції теплового захисту з металу та композиційних матеріалів. Отримані рівняння для визначення ефективного коефіцієнту теплопровідності пористих структур з закритою та відкритою пористістю які включають розрахунок коефіцієнта теплової проникності та геометричних характеристик пористої структури й базуються на теорії перенесення теплової енергії флюїдами. Знайдено геометричні характеристики пористої структури та теплову проникність чотирнадцяти пористих теплоізоляційних матеріалів. Диссертация посвящена комплексному решению проблем формирования теплофизических свойств теплоизоляционных материалов путем управления процессами тепломассообмена в пористых структурах с целью создания новых и улучшению уже существующих пористых теплоизоляционных материалов и конструкций из них тепловой защиты элементов промышленных энергетических установок. Получили дальнейшего развития исследования динамики формирования пористой структуры глиноземистых материалов. Определены функциональные связи технологических параметров обработки сырьевой смеси и структурных характеристик пористого материала (количеством и размером пор). Реализовано математическое описание формирования замкнутой сферической поры которая образовалась за счет химической реакции и термодинамических параметров газа в ней. Выполнено комплексное экспериментальное исследование с компьютерным моделированием влияния пористой структуры на эффективный коэффициент теплопроводности высокопористых материалов. Найдено обобщенное уравнение эффективной теплопроводности пористого материала, что позволило разработать методи прогнозирования теплофизических параметров от пористой структуры. В работе разработана методология создания пористых материалов с оптимальными теплофизическими свойствами за счет изменения пористой структуры на стадии формирования материалов и предложены технологические процессы для создания высококачественной продукции огнеупоров и керамзита. Также предложено для особых условий эксплуатации способ создания элемента конструкции тепловой защиты из металла и композиционных материалов. Полученные уравнения для определения эффективного коэффициента теплопроводности пористых структур с закрытой и открытой пористостью включающих расчет коэффициента тепловой проницаемости и геометрических характеристик пористой структуры и базируются на теории передачи тепловой энергии флюидами. Найдено геометрические характеристики пористой структуры и тепловую проницаемость четырнадцати пористых теплоизоляционных материалов. The dissertation is devoted to the complex problem solving of the formation of thermophysical properties of thermal insulation materials by controlling heat and mass transfer processes in porous structures with the purpose of creating new and improving existing porous heat-insulating materials and structures from them for thermal protection of elements of industrial power plants. We have further developed the study of the dynamics of formation of the porous structure of alumina materials. Functional relationships of technological parameters and structural characteristics of a porous material (number and size of pores) are determined. A mathematical description of the formation of a closed spherical pore that was formed due to the chemical reaction and the thermodynamic parameters of the gas in it was realized. A complex experimental study was performed with computer simulation of the effect of the porous structure on the effective coefficient of thermal conductivity of highly porous materials. A generalized equation for the effective thermal conductivity of a porous material was found, which made it possible to develop a technique for predicting thermophysical parameters from a porous structure. In the work the methodology of creating porous materials with optimal thermophysical properties is developed due to the change of porous structure at the stage of formation of materials and the proposed technological processes for the creation of high-quality products of refractories and expanded clay. Also, for the special conditions of operation, the method of creating an element of thermal protection construction from metal and composite materials is proposed. The obtained equations for determining the effective coefficient of heat conductivity of porous structures with closed and open porosity including the calculation of the thermal permeability coefficient and the geometric characteristics of the porous structure are based on the theory of heat energy transfer by fluids. The geometrical characteristics of the porous structure and the thermal permeability of fourteen porous heat-insulating materials were found.