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高温隔热涂料因隔热效果显著、施工速度快、整体美观、质轻环保等优点在工业设备和管道保温中应用越来越广泛。leader heat 高温隔热涂料由真空陶瓷微粒、树脂乳液和纳米材料等组成, 具有良好的保温效果。但这种多孔材料存在的一些特性, 如比表面积很大, 使其表现出一些反常现象: 仅在保温层厚度大于某一临界厚度后才有保温效果, 而小于此厚度时, 该材料有强化散热效果。这种现象并未受到广泛关注。鉴此, 本文研究了leader heat 高温隔热涂料的热物理性能, 以期发现产生反常现象的原因, 并测定其强化散热效果, 为保温涂料的工程应用及提高节能减排效果提供参考。
1 定性试验及分析
1. 1 定性试验
定性试验步骤如下。
步骤1 在相同的试验容器表面涂上不同厚度的leader heat 保温材料, 在容器里灌入热水,让其自然冷却, 并等间隔时间测量各容器中热水的温度, 观察温度的下降速率( 即冷却速率) , 与未涂保温涂料的容器中的热水冷却速率比较。将保
温材料分别涂于7 个易拉罐表面, 厚度控制在0~ 9mm 之间, 并同时注入100 oc 水, 再在每个易拉罐内放一个温度计记录每隔3、6 min 罐内水温变化。2 次重复测量所得数据变化趋势见图1。
由图可看出: (1)当涂层厚度较薄时, 若小于3 mm,热水的平均冷却速率比未敷设保温涂层容器中热水的冷却速率大或相当, 即保温效果较差或相当。(2) 当涂层较厚时, 若达8. 7 mm, 热水的平均冷却速率明显小于未敷设保温涂层容器中热水的冷却速率, 即涂层具有一定的保温效果。此外, 试验中还发现, 在同一时刻敷设涂料容器表面外壁温度较未敷设低, 且涂层越厚, 外壁温度越低。
步骤2 在涂有不同厚度的容器里放置等量冰块, 观察容器外壁的结露情况。试验发现, 保温涂层越薄, 结露现象越明显, 且从放入冰块至观察到明显露珠的时间越短, 未敷设保温层的容器结露最快最明显。
1. 2 分析
导致leader heat 高温隔热涂料冷却速率不同的原因, 是通过保温层的热流量不同, 即通过保温层外壁与环境的热交换热流量不同。由傅里叶定律可得流经保温层的热流量为:
( 2) 试验2。在试验1 不同厚度保温层的基础上, 将锡箔纸粘贴在保温层上表面, 再比较保温层下表面温度。图4 为锡箔纸对保温层表面换热系数及温度的影响对比。由图可看出, 贴上锡箔纸后, 保温层( 含锡箔纸) 表面换热系数明显减小,保温层下表面温度明显升高, 且均高于未敷设保温层时铝板的表面温度; 保温层上表面温度明显升高, 但2 次试验中均小于未敷设保温层时铝板的表面温度( 即直接与环境换热的表面温度) 。
2. 2 分析
对比试验1、2, 锡箔纸的主要作用是降低保温层表面微结构下的有效换热面积。贴上锡箔纸前后保温层下表面温度大幅变化, 表明热辐射在leader heat 材料保温性能变化中不可忽视。若仅考虑热对流, 在试验条件下保温层上表面温度变化不大时, 假设热对流部分表面换热系数变化可忽略, t 2 减小, 会导致通过表面的热流量减小, 即
材料的吸收比约为15% 。由斯忒藩波尔兹曼定律可计算保温材料表面辐射换热量随保温材料厚度变化趋势, 见图5。
试验1 可有效地控制换热表面积即辐射换热表面积不变, 由图5 可看出, 随保温层厚度增加,辐射表面换热量逐渐减小[ 3] 。上述分析是在假设热对流部分表面换热系数变化可忽略的前提下,随厚度增加, 对流表面换热量将减少。这必将导致总热流量减小, 与试验条件确保总热流量不变矛盾。至此, 可得出热对流部分表面换热系数变化可忽略的假设不成立。热对流表面换热量是随着保温层厚度的增加而逐渐增加以确保总热流量不变。所以leader??heat 材料的特殊保温性能亦取决于其热对流部分表面换热系数的变化。由于试验中换热面积始终保持不变, 可得该材料随表面温度降低, 材料的热对流表面换热系数逐渐增大。
3 结语
试验结果表明, 热对流和辐射共同影响着leader heat 材料特殊的保温性能: 当保温层厚度小于临界直径时, 材料具有强化散热能力; 当保温层厚度大于临界直径时, 材料具有良好的保温性能, 可根据实际工程需要, 选取合适厚度, 以达到强化散热或保温的效果。同时, 可在其表面铺一层锡箔纸, 以减小热辐射造成的热损失, 大幅提升保温效果, 亦可节约保温材料。对于leader heat保温材料特殊的热性能还有待进一步深入研究。
