Study of the Effect of Compaction of the Mound Layer of Flax Bonfire Along the Direction of Heat Flow on the Coefficient of Thermal Conductivity

Abstract

При переработке урожая льна-долгунца образуется вторичное растительное сырье – льняная костра. Она применима как засыпной теплоизоляционный материал в оборудовании для тепловых процессов, как армирующий наполнитель волокнистых полимерных композиционных материалов (ПКМ). Актуально изучение теплового поведения льняной костры при различной насыпной плотности. Предмет исследования – засыпки льняной костры, уплотненные вдоль направления теплового потока до различной насыпной плотности. Цель – установление влияния насыпной плотности на коэффициент теплопроводности льняной костры. Использовался метод стационарного теплового потока, прибор ИТП-МГ4, модель «100» (СКБ «Стройприбор», Челябинск, Россия). Морфологически льняная костра – механическая смесь прямых/дугообразных обломков неволокнистой части стебля и сильно изогнутых тонких лубяных волокон. Длина дисперсных частиц от 10 до 15 мм, ширина до 2 мм, толщина от 0,1 до 2 мм. Длина волокон от 30 до 120 мм, толщина – до 50 мкм. Структура льняной костры – композиция наполнителя (дисперсных частиц) и пространственной матрицы из спутанных волокон. Коэффициент теплопроводности λ снижается от 0,075 до 0,030 Вт/(м∙К), при увеличении насыпной плотности ρ от 15 до 185 кг/м3. При насыпной плотности свыше 45 кг/м3 наблюдается изменение характера этой зависимости. Явление обусловлено изменением структуры насыпи – происходит ориентирование частиц в плоскости, нормальной к направлению уплотняющего усилия. Предложены аппроксимирующие выражения λ=0,221ρ-0,410, R2=0,9764, для λ<45 кг/м3 и λ=-1,34∙10-4ρ+0,0528, R2=0,9948, для λ≥45 кг/м3. Результаты применимы для: 1) расчета коэффициента теплопроводности при различной насыпной плотности засыпного теплоизолирующего материала; 2) оценки теплового поведения льняной костры – армирующего наполнителя волокнистых теплоизоляционных ПКМ; 3) разработки перспективной интегрированной технологии переработки легко возобновляемого непищевого растительного сырья в востребованные экономикой РФ продукты. During the processing of the flax crop, a secondary vegetable raw material is formed – flax bonfire. It is applicable as a backfilling thermal insulation material in equipment for thermal processes, as a reinforcing filler of fibrous polymer composite materials (PCM). It is important to study the thermal behavior of flax bonfires at different bulk densities. The subject of the study is the backfilling of flax bonfires, compacted along the direction of the heat flow to different bulk densities. The aim is to establish the influence of bulk density on the thermal conductivity coefficient of flax bonfires. The method of stationary heat flow, the device ITP-MG4, model "100" (SKB Stroypribor, Chelyabinsk, Russia) was used. Morphologically, a flax bonfire is a mechanical mixture of straight/arched fragments of the non–fibrous part of the stem and strongly curved thin bast fibers. The length of the dispersed particles is from 10 to 15 mm, width up to 2 mm, thickness from 0.1 to 2 mm. The length of the fibers is from 30 to 120 mm, the thickness is up to 50 microns. The structure of a linen bonfire is a composition of filler (dispersed particles) and a spatial matrix of tangled fibers. The coefficient of thermal conductivity λ decreases from 0.075 to 0.030 W/(m*K), with an increase in bulk density ρ from 15 to 185 kg/m3. With a bulk density of over 45 kg/m3, a change in the nature of this dependence is observed. The phenomenon is caused by a change in the structure of the embankment – the orientation of particles occurs in a plane normal to the direction of the sealing force. Approximating expressions λ=0.221ρ-0.410, R2=0.9764, for λ<45 kg/m3 and λ=-1.34×10-4ρ+0.0528, R2=0.9948, for λ≥45 kg/m3 are proposed. The results are applicable for: 1) calculating the coefficient of thermal conductivity at different bulk densities of backfilling insulating material; 2) evaluating the thermal behavior of flax bonfire – a reinforcing filler of fibrous thermal insulation PCM; 3) developing a promising integrated technology for processing easily renewable non-food vegetable raw materials into products in demand by the economy of the Russian Federation.