теплофизика - помогите понять результаты эксперимента

[Gen]

Леди и джентельмены, помогите бывшему физику(25 лет назад закончил физфак и много лет не работаю по специальности).
Стоит вопрос о внедрении в производственный процесс сверхтонких теплоизоляторов (акриловая смола, а в ней замешаны пустотелые керамические шарики диаметром 0,02 мм) Термал-Тек (ТТ)(www.mascoat.ru). Поставщик утверждает, что теплопроводность такой изоляции 0,001 вт/м*оК. Доказательств нет. Поэтому начальство дало команду сделать эксперимент и проверить.
Для проверки взяли 2 трубы из нержавейки(ф130х1000), с одного конца врезали нагреватели по 1 квт, посередине трубы поставили датчики цифрового термостата ( точность 0.1 гр). Одну трубу покрасили ТТ-теплоизолировали, вторую оставили как есть. Трубы расположены вертикально и поэтому верхнее отверстие закрыто крышкой, покрытой ТТ. Идея эксперимета- померять, сколько нужно эл.энергии в течении 10 часов для поддержания 80-85 грС в каждой трубе. Разница этих величин и будет показателем эффективности ТТ. Все понимаю, эксперимент не научный, а производственный.
Результаты получили такие, что уже несколько дней ходим ошалевшие.
1. Неизолированная труба нагревается быстрее, чем изолированная и для поддержания постоянной температуры ей нужно меньше энергии. Мы ожидали, что будет наоборот.
2. После окончания эксперимента изолированная труба остывает быстрее и разница температур составляет 7-8 гр.С.
3. Вечером после окончания эксперимента обе трубы были оставлены на открытом воздухе. Утром оказалось, что температура неизолированной трубы +16, изолированной +10. Температура воздуха утром была +5.
Лично я был готов к результату, что изолированная труба чуть лучше по своим теплоизоляционным свойствам, чем неизолированная. В крайнем случае, их свойства одинаковые. Результатом нашего эксперимента невероятный вывод:[b]теплоизоляция (ТТ) повысила теплопроводность системы труба-изоляция.[/b]Если есть специалисты, помогите объяснить результаты эксперимента. Может идея эксперимента неправильная? Точно знаю, что чудес не бывает. Значит где-то ошибка, или мы что-то не так понимаем. Термостаты откалиброваны по «0» и «100» гр.с. Аппаратные ошибки исключены.
С уважением,
Геннадий

[Zai]

Вы ничего не сказали об устройстве нижней части Ваших устройств. Необходимо обеспечить отсутствие значительных тепловых потоков в нижней части устройств. Также Вы не описали помещение в котором находились устройства. Конвективные потоки, "сквозняки" могут существенно изменить теплоотдачу. Возможно, что покрашенный образец стоял на "сквозняке". Наиболее простой способ проверки - переставить цилиндры на места друг друга.

.

[Ruslab]

А может быть попроще, взять две металлические пластины, одну покрыть, а другую нет и положить поочередно или одновременно на электроплиту.
Далее мерять пальцами осторожно (выпускники теплоэнергетического факультета должны выдерживать 300 градусов Цельсия, иначе диплом не выдаётся).
Можно сделать расчёт для плоской стенки, исходя из условия, что между плитой и пластиной зазора нет, значит нет и термического сопротивления и далее считать и сравнивать с замерами в установившемся состоянии:
1. Расчёт пластины без покрытия.
Тепловой поток от поверхности плиты через металлическую стенку (теплопроводностью лямда пластины), далее теплоотдача от стенки воздуху.
2. Расчёт пластины с покрытием.
Тепловой поток от поверхности плиты через металлическую стенку (теплопроводностью лямда пластины), далее через покрытие (теплопроводностью лямда покрытия), далее теплоотдача от покрытия воздуху.

Измерять температуры поверхности плиты, внешней стенки и воздуха в помещении, знать толщины пластин и покрытия, а также значение коэффициента теплоотдачи от стенки воздуху при горизонтальном положении. (Если не ошибаюсь где-то по старинке 5 ккал/м2*час*град).

[ing]

Пока видно, что ТТ не работает.
Проверьте для начала правильность технологии нанесения покрытия.
Следующим шагом, что вам поставили. Мне приходилось видеть как работает такое покрытие. После нанесения покрытия к стальной дымовой трубе от котельной можно было прикасаться рукой не опасаясь обжечся, температура уходящих газов 160 град.
ing

[Gen]

RuslabБлагодарим за интерес проявленный к нашей проблеме.
Но меня интересует как объяснить настоящий эксперимент а не постановка нового эксперимента.
. Насколько мы понимаем на практике теплоизоляция решает 2 типа задач
а) передача тепла от одного объекта к другому с минимальными потерями тепла в процессе передачи ( всевозможные теплопроводы)
б) Поддержание постоянной температуры в технологическом объекте с минимальным расходом тепла(бойлеры, рефрежираторы, котлы, вулканизаторы, хлебопекаренские печи, различного рода помещения)
Наша установка типичный бойлер., нанесение ТТ привело к увеличению потерь тепла.Как это объяснить. аналогичный эффект можно получить путем обертывания в мокрую ткань.

[Редкий]

Gen, настоящий эксперимент об'яснять не надо. Он просто неверно поставлен. Тепло "уходит вверх". А Вы взяли и поставили трубы вертикально. Зачем? Вы же хотите узнать поток тепла через стенки. А через стенки-то у Вас ничего (почти) и не уходило. Правильно было бы трубы положить. Еще лучше - вращать относительно оси симметрии.
При вертикальной постановке труб, совершенно ясно, что у Вас был... назовем это сквозняком или тягой. Медленная тяга. Согласен. Поэтому изолированная труба сохранила больше ночного холода. Ночью не было интенсивного нагревателя, поддерживающего тягу.
Даже из ночного опыта понятно, что с теплоизолятором лучше
Хотите, насколько численно лучше, в первую очередь, положите трубы.

Я не специаллист. Просто здравый смысл.

[Ruslab]

У теплоизоляции есть своего рода критический диаметр, это когда увеличение толщины теплоизоляции ведёт к увеличению теплового потока или во всяком случае не уменьшает. Это где-то (по памяти для каких-то условий) 16 мм. Объясняется это тем, что то уменьшение, которое даёт своим термическим сопротивлением изоляция компенсируется увеличением поверхности теплообмена с воздухом и соответственно в итоге увеличением теплоотдачи воздуху.
Вообще-то простые проверки на ощупь дают результат - имею опыт когда нашёл в промышленной холодильной машине место возникновения дросселирования жидкой фазы (от частичного засора) - на ощупь было найдено место перепада температур градуса 2.

P.S. Говорят некоторые спецы пишут виброграммы на ощупь, но здесь наверное не без фантазии.. .

[Gen]

Господа, спасибо всем принявшим участие в обсуждении нашей проблемы. еще раз хочу подчеркнуть. Вопрос в том, как получить объективные цифры доказывающие эффективность ТТ. Испытания типа приложите палец... мы уже делали. но они не дают ни какой объективной информации. При положительном решении на ТТ будут потрачены очень крупные суммы денег и мы должны быть уверены, что эти деньги со временем вернутся. Никто не будет принимать такие решения без 110% уверенности. т.к. за эти деньги отвечаем головой и уж точно своим рабочим местом..Поэтому прошу помочь в объяснении эксперимента. Если эксперимент не правильно поставлен, будем признательны за советы по его исправлению.
Вопрос 1. Почему при остывании изолированная труба остывает быстрее и до более низкой температуры чем не изолированная труба.
Вопрос 2. Почему при нагревании и поддержании постоянной температуры воды изолированный беойлер( емкость с водой) потребляет больше энергии чем не изолированный бойлер.

[Someone]

Я бы послал поставщика с его TT-изоляцией куда-нибудь далеко-далеко. Если у Вас есть подозрение, что Вы как-то не так используете эту изоляцию, пусть поставщик в Вашем присутствии сам покрасит трубу, и испытывайте её.

Между прочим, дополнительное покрытие не обязательно должно улучшать теплоизоляцию. Вон в компьютере процессор покрывают специальной пастой как раз с противоположной целью.

[Gen]

У нас нет сомнений в том, что ТТ нанесен правильно.
Дело в том, что на изолированной поверхности температура применрно на 20 гр С ниже чем на поверхности голой трубы. Т.е. теплоизоляция работает. Но при этом изолированная труба остывает быстрее и для поддержания в ней постоянной температуры нужно больше энергии чем для голой трубы.

[Zai]

Коэффициент конвективного теплообмена между поверхностью и воздухом зависит также от шероховатости поверхности. Ваша нитрокраска имеет существенно меньшую шероховатость чем неполированная нержавейка.
Для чистоты опыта покройте обыкновенной краской контрольный экземпляр и повторно проведите опыт.

[Ruslab]

То что изолированная труба остывает быстрее как раз и может объясняться изоляцией, так как в этом случае труба нагревается как вы пишите на 20 градусов меньше и следовательно с меньшим запасом тепла остывает быстрее.
А вот с большим расходом тепла в изолированной трубе на поддержание равных температур наверное какя-то путаница в эксперименте.

[Someone]

Ruslab писал(а):

То что изолированная труба остывает быстрее как раз и может объясняться изоляцией, так как в этом случае труба нагревается как вы пишите на 20 градусов меньше и следовательно с меньшим запасом тепла остывает быстрее.

А труба разве покрашена изнутри? Я был уверен, что она покрашена снаружи, и греют её изнутри.

Gen писал(а):

У нас нет сомнений в том, что ТТ нанесен правильно.
Дело в том, что на изолированной поверхности температура применрно на 20 гр С ниже чем на поверхности голой трубы. Т.е. теплоизоляция работает.

Да, действительно.

Gen писал(а):

Но при этом изолированная труба остывает быстрее и для поддержания в ней постоянной температуры нужно больше энергии чем для голой трубы.

Тогда это непонятно. А труба теряет энергию только через окрашенную поверхность? Условия для обеих труб действительно одинаковые?

[peregoudov]

Gen,
а какого цвета была неокрашенная труба и краска? Если зеркальная и черная соответственно, то эксперимент вполне может объясняться излучением. Я прикинул, если Ваш цилиндр был бы абсолютно черным телом при 400К, то поток излучения с боковой поверхности порядка 500Вт (Вот чудно! У меня разные значения постоянной Стефана---Больцмана в разных справочниках).

[Gen]

Всем добрый день.
1. Был задан вопрос относительно нижней части трубы. действительно, примерно 6 см нижней части и дно не были заизолированы. Заизолировали всю нижнюю часть, ни каких изменений не произошло.
2.Труба расположена вертикально. Наверно, это наша ошибка, попробуем переделать установку и расположить трубу горизонтально. Один из коллег вспомнил какой-то гост в которов для проведения таких экспериментов рекомендуют трубу расположить под углом. Попробуем и этот вариант.
3. В процессе личных консультаций было высказано мнение, что при движении воздуха вдоль трубы из-за шероховатости возникают микро-турбулентные процессы которые резко увеличивают отбор тепла. Попробуем устранить это явление, обернем обе трубы тканью.
4. Труба покрыта изолятором снаружи.
5. Разница температур 20гр, это разница температур воды в трубе и температуры на поверхности изолятора( измерено цифровым контактным термометром(термопарой)
6. Высказано мнение, что такие эксперименты нужзно проводить с проточной водой. Попробуем. О результатах сообщим.

Добавлено спустя 2 минуты 7 секунд:

Труба не изолированная натурального цвета серая не полированная нержавейка.
Изолированная труба белоснежно белая.