La conduttività termica dipannello in fibra ceramicaè la somma dei tre effetti del trasferimento di calore: trasferimento di calore per conduzione all'interno della fibra solida e nella parte a contatto con la fibra nel pannello di fibra ceramica, trasferimento di calore per convezione dell'aria nei pori e trasferimento di calore per radiazione tra le pareti dei pori composte da fibre solide, ecc. , per questo è detta anche conducibilità termica equivalente o conducibilità termica apparente. Quella che segue è una breve analisi degli 8 fattori sopra menzionati che influenzano la conduttività termica del pannello in fibra ceramica.
1. Utilizzare la temperatura
Generalmente, la conduttività termica del pannello in fibra ceramica aumenta con l'aumentare della temperatura. Il motivo è che il trasferimento di calore per radiazione tra le pareti dei pori, il trasferimento di calore per convezione dell'aria nei pori e la conduzione di calore all'interno della fibra solida e della parte a contatto con la fibra aumentano tutti proporzionalmente a causa dell'aumento della temperatura e del maggiore movimento termico. di gas e molecole solide. Quando la temperatura supera gli 800 gradi, il pannello di fibra ceramica trasmette principalmente calore per radiazione e maggiore è la temperatura, maggiore è la percentuale di trasferimento di calore per radiazione.
2. Porosità, struttura e proprietà dei pori
La porosità si riferisce al rapporto tra il volume dei pori del pannello in fibra ceramica e il volume totale del pannello in fibra ceramica, espresso in percentuale. I pori del pannello in fibra ceramica sono riempiti d'aria e la conduttività termica dell'aria a temperatura ambiente è di soli 0,025w/(mk), che è molto inferiore al trasferimento di calore per conduzione del solido in fibra ceramica. La lastra in fibra ceramica è una struttura mista composta da fibre solide e aria, con una porosità superiore all'80%. Una grande quantità di aria a bassa conducibilità termica viene riempita nei pori, distruggendo la struttura a rete continua delle molecole solide, ottenendo così eccellenti prestazioni di isolamento. L'analisi di cui sopra mostra che la funzione di isolamento termico e risparmio energetico del foglio di fibra ceramica è principalmente quella di sfruttare l'effetto isolante dell'aria nei pori.
La struttura e le proprietà dei pori influiscono principalmente sul trasferimento di calore convettivo dell'aria nel pannello di fibra ceramica. Maggiore è il diametro dei pori, minore è la densità volumetrica corrispondente del pannello in fibra ceramica, maggiore è il trasferimento di calore convettivo dell'aria nei pori e maggiore è l'influenza del valore di conducibilità termica del pannello in fibra ceramica con l'aumento di temperatura. I pori all'interno del pannello di fibra ceramica hanno tre forme: pori continui (aperti), pori semicontinui (aperti e chiusi) e pori isolati (chiusi). La conduttività termica della struttura a poro isolato (chiusa) è la più piccola.
3. Densità del volume
① La conduttività termica della fibra ceramica diminuisce con l'aumento della densità, ma la diminuzione diminuisce gradualmente, tanto che quando la densità supera un certo intervallo, la conducibilità termica non diminuisce più e tende ad aumentare.
② A temperature diverse esiste una conduttività termica minima e un valore di densità minimo corrispondente. La densità corrispondente alla conducibilità termica minima aumenta con l'aumento della temperatura.
4. Contenuto delle sfere di scorie
Le sfere di scorie sono particelle sferiche che non possono essere fibrose nel liquido fuso ad alta temperatura durante il processo di fibrorizzazione. Il contenuto delle sfere di scorie si riferisce alla percentuale di materia non fibrosa nella fibra ceramica refrattaria e nei prodotti dopo essere passati attraverso il foro del setaccio standard da 75-micron e il residuo del setaccio rappresenta la quantità totale del campione. All'aumentare del contenuto delle sfere di scorie, la quantità di fibre solide diminuirà e la densità delle fibre stesse diminuirà. Pertanto, la conduttività termica dei prodotti in fibra aumenterà, le prestazioni di isolamento termico dei prodotti in fibra peggioreranno e la resistenza e l'elasticità dei prodotti in fibra diminuiranno. L'effetto del contenuto delle sfere di scorie sulla conduttività termica dei prodotti in fibra aumenta con l'aumentare della temperatura.
5. Diametro della fibra
Quando la densità del pannello in fibra ceramica è la stessa, più fine è il diametro della fibra, minore è la dimensione dei pori e maggiore è l'effetto smorzante sul trasferimento di calore; in secondo luogo, più fine è la fibra e maggiore è la sua lunghezza totale, maggiore è lo smorzamento della conduzione del calore, quindi diminuisce la conduttività termica. D'altra parte, quanto più fine è il diametro delle fibre ceramiche, tanto maggiore è il restringimento della linea di riscaldamento del prodotto e tanto minore è l'indice di resistenza al calore. Per ottenere le migliori prestazioni tecniche complessive, la fibra deve avere una finezza (diametro) adeguata, generalmente da 2 a 4 micron.
6. Umidità delle fibre
La conduttività termica dell'acqua a {{0}} gradi è 0,522w/(mk), che è più di 20 volte maggiore della conduttività termica dell'aria nelle stesse condizioni di 0,0247w/ (mk). Pertanto, l’aumento dell’umidità o del contenuto di umidità delle fibre aumenterà inevitabilmente la conduttività termica dei prodotti in fibra. Ad esempio, l’acqua nei pori della fibra si congela trasformandosi in ghiaccio, perché la conduttività termica del ghiaccio nelle stesse condizioni è 2,32 w/(mk), ovvero circa 100 volte la conduttività termica dell’aria nelle stesse condizioni. Per questo motivo, per i progetti di isolamento delle tubazioni, l'umidità dei materiali isolanti delle tubazioni deve essere controllata al livello più basso e, allo stesso tempo, dovrebbero esserci corrispondenti severi requisiti di resistenza all'umidità sui materiali dello strato protettivo esterno e sulle strutture della tubazione per garantire le prestazioni di isolamento termico della struttura isolante in fibra.
7. Usa l'atmosfera
Solitamente, i pannelli in fibra ceramica vengono utilizzati in ambienti atmosferici e il gas nei pori è aria. Pertanto, il ruolo della fase gassosa nei prodotti in fibra ceramica è in realtà il ruolo di isolamento termico dell'aria. Tuttavia, in alcuni casi, i prodotti in fibra ceramica vengono utilizzati sotto vuoto, atmosfera protettiva o varie condizioni che richiedono atmosfera controllata, come l'utilizzo di atmosfere come idrogeno, monossido di carbonio, anidride carbonica, idrocarburi e gas inerti. In questo momento, il valore di conduttività termica delle fibre ceramiche cambia. La conduttività termica di un gas è correlata alla composizione e alla struttura del gas. In generale, quanto più piccolo è il peso molecolare del gas e quanto più semplice è la struttura, tanto maggiore è la sua conduttività termica.
8. Direzione delle fibre
Quando il materiale e la densità del volume sono gli stessi, la conduttività termica quando la direzione del flusso di calore è perpendicolare alla fibra è inferiore alla conduttività termica quando la direzione del flusso di calore è parallela alla fibra. Generalmente, la direzione del flusso di calore della struttura a strati è quasi perpendicolare alla direzione delle fibre e la conduttività termica del prodotto in fibra è ridotta; mentre la direzione del flusso di calore della struttura impilata è quasi parallela alla direzione delle fibre e la conduttività termica del prodotto in fibra è elevata. Nelle stesse condizioni di materiale e densità di volume, la conduttività termica del prodotto in fibra con struttura impilata è dal 20% al 30% superiore a quella del prodotto in fibra con struttura a strati.
