Встановлення теплофізичних характеристик дерево полімерного матеріалу при теплоизоляції трубопровода

Автор(и)

  • Юрій Володимирович Цапко Національний університет біоресурсів і природокористування України, Україна https://orcid.org/0000-0003-0625-0783
  • Іван Олександрович Касянчук Український державний науково-дослідний інститут “Ресурсˮ, Україна https://orcid.org/0009-0004-3741-2903
  • Руслан Володимирович Ліхньовський Інститут державного управління та наукових досліджень з цивільного захисту, Україна https://orcid.org/0000-0002-9187-9780
  • Олексій Юрійович Цапко Український державний науково-дослідний інститут “Ресурсˮ, Україна https://orcid.org/0000-0003-2298-068X
  • Віталій Володимирович Коваленко Інститут державного управління та наукових досліджень з цивільного захисту, Україна https://orcid.org/0000-0001-5780-5684
  • Вадим Васильович Ніжник Інститут державного управління та наукових досліджень з цивільного захисту, Україна https://orcid.org/0000-0003-3370-9027
  • Ольга Іванівна Бедратюк Інститут державного управління та наукових досліджень з цивільного захисту, Україна https://orcid.org/0000-0002-0642-9399
  • Марина Володимирівна Суханевич Київський національний університет будівництва і архітектури, Україна https://orcid.org/0000-0002-9644-2852

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.289341

Ключові слова:

тирса деревини, в’яжучі смоли, дерево полімерний матеріал, теплоізоляція трубопровода, теплопровідність

Анотація

Одним з методів забезпечення ефективності застосування трубопроводів транспортування теплоносіїв під час експлуатації є їх теплоізоляція, яка гальмує процеси теплопередачі та не впливає на екологічні показники. Тому об’єктом досліджень був дерево полімерний матеріал, що виготовлений шляхом полімеризації тирси деревини та сухих сумішей синтетичних смол для тепло ізолювання трубопроводів. Доведено, що в процесі термічної дії на тепло ізолювальний шар дерево полімерного матеріалу процес гальмування тепла полягає в утворенні пор. Це обумовлене тим, що теплопровідність матеріалу залежить від об'ємної маси, зменшення якої для дерево полімерного виробу призводить до зниження теплопровідності. У зв’язку з цим проведено моделювання процесу передавання тепла через циліндричний теплоізоляційний шар з дерево полімерного матеріалу та отримані залежності, що дозволяють одержувати зміну динаміки теплопередачі і визначити теплофізичні властивості. За експериментальними даними і отриманими залежностями встановлено, що температуропровідність дерево полімерного матеріалу склала в межах 2,4÷2,9·10-8 м2/с, теплопровідність зразка не перевищила 0,030 Вт/(м∙K). Окрім того, теплоємність виробу відповідає значенню понад 1034÷1145 кДж/(кг·K) залежно від товщини, що відповідно класифікує як теплоізолювальний матеріал. При цьому дані теплоізоляційних властивостей для пінополіуретану показують, що при його застосуванні густиною 100 кг/м3 теплопровідність становить 0,029 Вт/(м∙K), що приблизно співпадає зі значенням запропонованого дерево полімерного матеріалу. Практична цінність полягає у тому, що результати визначення теплоізоляційних властивостей дерево полімерного матеріалу, дають можливість встановити область та умови його застосування

Біографії авторів

Юрій Володимирович Цапко, Національний університет біоресурсів і природокористування України

Доктор технічних наук, професор

Кафедра технологій та дизайну виробів з деревини

Іван Олександрович Касянчук, Український державний науково-дослідний інститут “Ресурсˮ

Науковий співробітник

Відділ дослідження якості та умов зберігання нафтопродуктів та промислової групи товарів

Руслан Володимирович Ліхньовський, Інститут державного управління та наукових досліджень з цивільного захисту

Кандидат хімічних наук

Науково-випробувальний центр

Олексій Юрійович Цапко, Український державний науково-дослідний інститут “Ресурсˮ

PhD, старший науковий співробітник

Відділ дослідження якості та умов зберігання нафтопродуктів та промислової групи товарів

Віталій Володимирович Коваленко, Інститут державного управління та наукових досліджень з цивільного захисту

Кандидат технічних наук

Вадим Васильович Ніжник, Інститут державного управління та наукових досліджень з цивільного захисту

Доктор технічних наук, професор

Науково-дослідний центр протипожежного захисту

Ольга Іванівна Бедратюк, Інститут державного управління та наукових досліджень з цивільного захисту

Завідувач сектору

Сектор системи якості

Науково-випробувальний центр

Марина Володимирівна Суханевич, Київський національний університет будівництва і архітектури

Доктор технічних наук, доцент

Кафедра будівельних матеріалів

Посилання

  1. Terhan, M. (2022). Optimization insulation thickness and reduction of CO2 emissions for pipes in all generation district heating networks. Science Progress, 105 (3), 003685042211222. doi: https://doi.org/10.1177/00368504221122287
  2. Lugovoi, P., Shugailo, O., Orlenko, V., Diemienkov, V. (2020). Oscillation of Thermal Insulation Three-Layer Cylindrical Pipes under Operating Loads. Nuclear and Radiation Safety, 3 (87), 55–61. doi: https://doi.org/10.32918/nrs.2020.3(87).07
  3. Jakubek, D., Ocłoń, P., Nowak-Ocłoń, M., Sułowicz, M., Varbanov, P. S., Klemeš, J. J. (2023). Mathematical modelling and model validation of the heat losses in district heating networks. Energy, 267, 126460. doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.126460
  4. Pan, Y., Cheng, X., Yan, M., He, P., Zhang, H. (2023). Silica aerogel and its application in the field of thermal insulation. Chemical Industry and Engineering Progress, 42 (1), 297–309. doi: https://doi.org/10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0512
  5. Suresh, S., Sundar, M., Lokavarapu, B. R. (2023). Optimum insulation thickness in process pipelines. Materials Today: Proceedings. doi: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2023.01.200
  6. Jing, M., Zhang, S., Fu, L., Cao, G., Wang, R. (2023). Reducing heat losses from aging district heating pipes by using cured-in-place pipe liners. Energy, 273, 127260. doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2023.127260
  7. Zhu, J., Li, X., Li, D., Jiang, C. (2022). Thermal Insulation and Flame Retardancy of the Hydroxyapatite Nanorods/Sodium Alginate Composite Aerogel with a Double-Crosslinked Structure. ACS Applied Materials & Interfaces, 14 (40), 45822–45831. doi: https://doi.org/10.1021/acsami.2c12254
  8. De Rosa, M., Bianco, V. (2023). Optimal insulation layer for heated water pipes under technical, economic and carbon emission constraints. Energy, 270, 126961. doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2023.126961
  9. Küçüktopcu, E., Cemek, B., Simsek, H. (2022). The Economic and Environmental Impact of Greenhouse Heating Pipe Insulation. Sustainability, 14 (1), 549. doi: https://doi.org/10.3390/su14010549
  10. Zhao, Y., Dieckmann, E., Cheeseman, C. (2020). Low-temperature thermal insulation materials with high impact resistance made from feather-fibres. Materials Letters: X, 6, 100039. doi: https://doi.org/10.1016/j.mlblux.2020.100039
  11. Jiang, D., Wang, Y., Li, B., Sun, C., Guo, Z. (2020). Environmentally friendly alternative to polyester polyol by corn straw on preparation of rigid polyurethane composite. Composites Communications, 17, 109–114. doi: https://doi.org/10.1016/j.coco.2019.11.007
  12. Alamnia, A. T., Samuel Fatoba, O., Jen, T.-C. (2022). Heat Transfer Investigation in Natural Fibers Insulation for Steam Pipes Application. 2022 IEEE 13th International Conference on Mechanical and Intelligent Manufacturing Technologies (ICMIMT). doi: https://doi.org/10.1109/icmimt55556.2022.9845292
  13. Zhang, L., Zou, Y., Yang, Y., Chen, X., Dai, Y., Zhou, C., Xu, H. (2023). Design and optimization of thermal insulation structure for high-temperature pipeline inside the lower tank wall. Annals of Nuclear Energy, 192, 109988. doi: https://doi.org/10.1016/j.anucene.2023.109988
  14. Banushi, G., Vega, A., Weidlich, I., Yarahmadi, N., Kim, J., Jakubowicz, I., Sällström, J. H. (2021). Durability of District Heating Pipelines Exposed to Thermal Aging and Cyclic Operational Loads. Journal of Pipeline Systems Engineering and Practice, 12 (1). doi: https://doi.org/10.1061/(asce)ps.1949-1204.0000521
  15. Tsapko, Y., Likhnyovskyi, R., Buiskykh, N., Horbachova, O., Mazurchuk, S., Lastivka, O. et al. (2023). Determining patterns in the formation of a polymer shell by powder paint on wood surface. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (10 (121)), 37–45. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.273364
  16. DSTU B V.2.6-189:2013. Methods for choosing of insulation material for insulation of buildings (2014). Kyiv: Minrehion Ukrainy.
  17. DSTU B V.2.7-105-2000. Metod vyznachennia teploprovidnosti i termichnoho oporu pry statsionarnomu teplovomu rezhymi (2001). Kyiv: Derzhbud.
  18. Tsapko, Y., Zavialov, D., Bondarenko, O., Marchenco, N., Mazurchuk, S., Horbachova, O. (2019). Determination of thermal and physical characteristics of dead pine wood thermal insulation products. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (10 (100)), 37–43. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.175346
  19. Janna, W. S. (2010). Engineering Heat Transfer. CRC Press, 692. Available at: https://www.routledge.com/Engineering-Heat-Transfer/Janna/p/book/9781420072020
  20. Potter, M. C. (2018). Engineering analysis. Springer, 434. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-319-91683-5
  21. Cengel, Y. A. (2009). Introduction to Thermodynamics and Heat Transfer. McGraw-Hill, 960.
  22. DIN EN 253:2009. District Heating Pipes - Preinsulated Bonded Pipe Systems For Directly Buried Hot Water Networks - Pipe Assembly Of Steel Service Pipe, Polyurethane Thermal Insulation And Outer Casing Of Polyethylene. Available at: https://webstore.ansi.org/standards/din/dinen2532009
  23. Tsapko, Y., Rogovskii, I., Titova, L., Bilko, T., Tsapko, А., Bondarenko, O., Mazurchuk, S. (2020). Establishing regularities in the insulating capacity of a foaming agent for localizing flammable liquids. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (10 (107)), 51–57. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.215130
  24. Tsapko, Y., Likhnyovskyi, R., Tsapko, А., Kovalenko, V., Slutska, O., Illiuchenko, P. et al. (2023). Determining the patterns of extinguishing polar flammable liquids with a film-forming foaming agent. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (10 (123)), 48–56. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.278910
  25. Tsapko, Y., Horbachova, O., Tsapko, А., Mazurchuk, S., Zavialov, D., Buiskykh, N. (2021). Establishing regularities in the propagation of phase transformation front during timber thermal modification. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (10 (109)), 30–36. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.225310
  26. Tsapko, Y., Rogovskii, I., Titova, L., Shatrov, R., Tsapko, А., Bondarenko, O., Mazurchuk, S. (2020). Establishing patterns of heat transfer to timber through a protective structure. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (10 (108)), 65–71. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.217970
  27. Tsapko, Y., Lomaha, V., Vasylyshyn, R., Melnyk, O., Balanyuk, V., Tsapko, А. et al. (2022). Establishing regularities in the reduction of flammable properties of wood protected with two-component intumescent varnish. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (10 (117)), 63–71. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.259582
Встановлення теплофізичних характеристик дерево полімерного матеріалу при теплоизоляції трубопровода

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-10-31

Як цитувати

Цапко, Ю. В., Касянчук, І. О., Ліхньовський, Р. В., Цапко, О. Ю., Коваленко, В. В., Ніжник, В. В., Бедратюк, О. І., & Суханевич, М. В. (2023). Встановлення теплофізичних характеристик дерево полімерного матеріалу при теплоизоляції трубопровода. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(10 (125), 63–72. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.289341

Номер

Том 5 № 10 (125) (2023): Екологія

Розділ

Екологія

Ліцензія

Авторське право (c) 2023 Yuriy Tsapko, Ivan Kasianchuk, Ruslan Likhnyovskyi, Аleksii Tsapko, Vitalii Kovalenko, Vadym Nizhnyk, Olga Bedratiuk, Maryna Sukhanevych

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.