Градиенты температуры

Аналитические решения (G) и.(4) без особых проблем petuinsyi-v?-ся у виде nporjjestMbJ, киторая практически на любой ПЭВМ позволяет оперативно рвеечитыиать тецлозыэ истории (скорости нагрева и охгш-ждеяия} » любой точно пластины пролзвольиой юящины, также как и теютерагурыые профили (градиенты температур) для заданных мо-

При значительном локальном повышении температуры и последующем резком охлаждении поверхности окружающей холодной массой на поверхности металла могут образовываться закалочные структуры. Этому способствует высокое контактное давление, понижающее температуру некоторых структурно-фазовых превращений. Высокие градиенты температур в совокупности с пластической деформацией и инициируемыми структурно-фазовыми превращениями создают в металлах и сплавах высокие внутренние напряжения, которые могут порождать дефекты структуры и ее ослабление или разрыхление. В условиях высоких удельных нагрузок и температур при трении возможно образо-

Наряду с перечисленными общими принципиальными требованиями к постановке малоцикловых, в том числе и длительных, испытаний весьма существенным является обеспечение мероприятий, связанных с точностью измерения и поддержания в эксперименте параметров режима нагружения и нагрева, а также выбор рациональных форм образца и способов нагрева, обусловливающих устойчивость образца в процессе циклического упруго-пластического нагружения, приемлемые градиенты температур по образцу, прямое измерение однородной деформации на расчетной длине образца [240]. Эти методические особенности описаны ниже при анализе комплекса аппаратуры, необходимой для проведения исследований малоцикловой прочности.

Наиболее просто замер деформаций указанным методом осуществляется при нагреве образцов пропусканием тока и индукционном. Однако эти способы нагрева имеют и некоторые существенные недостатки. Прежде всего следует указать на характерные значительные градиенты температур вдоль образца и по сечению, а также локализацию нагрева в зоне микротрещины после ее образования, что искажает процесс разрушения.

Существенным достоинством нагрева радиационного, конвекционного и теплопроводностью является возможность при правильном конструировании нагревательных элементов обеспечить весьма незначительные градиенты температур вдоль образца (0,5% и менее). Примером такого типа нагрева является печной нагрев.

ционарном и нестационарном режимах позволяет заключить, что при принятой в испытаниях скорости изменения программ порядка 100% в минуту градиенты температур на рабочей длине образца близки градиентам при стационарных режимах.

пературном цикле 150 —>- 650° С. Кривая 2 соответствует нагреву с использованием неохлажденных шин, кривые 3 ж 4 — нагреву с помощью соответственно узких (Ъ = 12 мм) и широких (Ъ = = 25 мм) водоохлаждаемых шин г. Градиенты температур при стационарном режиме нагрева с максимальной температурой 650° С оказываются в силу малой тепловой инерции системы близкими градиентам при выбранной скорости нагрева 500° С/мин. Соответствующие данные выражены кривой 4. На рис. 5.4.8, а для сравнения показаны градиенты температур при нагреве радиационной печью в условиях стационарного режима (кривая 1). Следует подчеркнуть, что печной нагрев не позволяет осуществлять переменные температурные режимы, так как практически не поддается в силу инерционности регулированию по задаваемой программе цикла нагрев — охлаждение.

градиент температур по сечению составляет 400—500°С [49, 74], а в диске газотурбинного двигателя (31, 71] 300—400° С. Существенно меньшие градиенты температур (до 150° С) в элементах паросиловых установок также опасны из-за особенностей конструкций таких элементов и характеристик применяемых в них материалов.

Следовательно, факторами, формирующими повторно-статические повреждения в элементах высоконагруженпых конструкций, являются механическая и тепловая нестационарности в работе гадких изделий, проявляющиеся в чередовании нестационарного и стационарного режимов, циклический характер и высокий уровень температур, высокие градиенты температур, малые частоты нагружения, значительная длительность стационарных режимов.

Широкое применение в термоусталостных испытаниях получил метод нагрева электрическим током. Для него, однако, свойственны и недостатки: значительные градиенты температур вдоль образца, а также локализация нагрева в зоне микротрещины после ее образования, что искажает в определенной мере процесс разрушения.

Проведение термометрирования образца при неизотермическом нагружении позволило выявить градиенты температур вдоль образца. Температуры измерялись малоинерционными хромель-алю-мелевыми термопарами диаметром 0,2 мм, привариваемыми на рабочей части образца с интервалом 5-т-Ю мм. Запись осуществлялась на приборах ЭПП-09. На рис. 5 показано распределение температур в процессе нагревов и охлаждений с частотой 0,25 цикла/мин. Видно, что с переходом от нагрева (сплошные линии) к охлаждению (пунктирные линии) на рабочей длине 10 мм в середине образца знак градиента становится отрицательным. Сопоставление распределения температур при стационарном и нестационарном режимах позволяет заключить, что при принятой в испытаниях скорости изменения программы порядка 50 -г- 100%/лшн градиенты температур на рабочей длине образца близки к градиентам при стационарных режимах [21].

Как следует из сравнения -уравнений (11-33) и (11-34), при одинаковых плотностях тепловых потоков градиенты температуры в разре-' жённом газе у стенок будут равны (^ = idem). Будем полагать в дальнейшем, что qc одинаковы в обоих случаях.

С помощью выведенных формул была подсчитана контактная температура, найдены температурные поля и градиенты температуры при ударе. Результаты сравнения расчетных данных с экспериментальными приведены в подразд. 28.

/ — океанические течения; 2 —приливы; 3 — волны; 4 — градиенты солености; 3 *• градиенты температуры

Градиенты температуры в элементах конструкций вызывают направленную диффузию и могут, изменять свойства материала. Изменение температуры в процессе облучения может вызвать не только изменение свойств, но и создать опасные ситуации при эксплуатации реакторов. Например, (используемый в качестве замедлителя графит при облучении при низкой температуре может запасать энергию до 700 кал/г и более. При увеличении температуры эта энергия может выделиться и привести к резкому увеличению температуры графита.

В змеевиковых трубах теплоотдача в закризисной зоне имеет ряд особенностей по сравнению с теплоотдачей в прямых трубах. Вследствие неравномерное-тей возникновения кризиса по периметру сечения змеевика и влияния центробежной силы наблюдаются большие изменения коэффициента теплоотдачи по периметру труб и как следствие этого большие градиенты температуры по углу. Эффекты неравновесности в закризисной зоне змеевиковых труб меньше, чем в закризисной зоне прямых труб при идентичных параметрах. Расчетная формула имеет вид:

Например, высокие градиенты температуры при сварке обусловливают возникновение значительных остаточных напряжений как термических, так и структурных. Следовательно, если имеется возможность осуществлять сварку того или иного соединения при различных режимах, то наиболее рациональным, с точки зрения предотвращения появления остаточных напряжений, будет такой режим, который гарантирует наиболее равномерное распределение температуры по поперечному сечению сварного соединения. В связи с этим для более равномерного распределения температуры по сечению сварного соединения часто применяют сопутствующий подогрев зоны сварки.

и вдоль окружности (рис. 5.7, б). Как следует из рисунков, максимальные градиенты температуры достигаются через 30 с от начала теплового удара.

риод нестационарного процесса могут возникнуть большие градиенты температуры, которые вызывают значительные термические напряжения [26], особенно опасные для термоизоляторов, обладающих повышенной хрупкостью. Эти градиенты обычно существенны в течение малого периода времени, когда возмущение начального распределения температуры в слое успевает распространиться на глубину, малую по сравнению с абсолютными значениями радиусов кривизны г\ — г± + h и г% = = г2 + h внешней поверхности слоя термоизоляции при z = h (см. рис. 3.1). Введем координату ц = h - z, отсчитываемую в глубь слоя от его внешней поверхности. Тогда вместо (3.76) получим

Измерения показали, что для данного случая нагрева динамические и статические градиенты температуры по образцу практически совпадают. Полученные результаты изотермических испытаний также не отличались от результатов испытаний в печи, дающей незначительный градиент, что позволило не учитывать температурные напряжения при интерпретации полученных данных.

с помощью разбиения проводящей ленты, моделирующей примыкающее к стенке топливо, на участки путем подачи различных потенциалов на каждый из участков и регулирования величины каждого потенциала таким образом, чтобы на единице длины обеспечивался одинаковый ток (фиг. 3). Отсюда следует, что поскольку воздействие сухого пятна на теплоотдачу проявляется на очень малом расстоянии, характерные для стержней ядерного топлива умеренные градиенты температуры не имеют существенного значения при установившихся условиях.

Как уже было сказано в гл. 1, теплопередача через воздушную прослойку от одной поверхности к другой под действием разности температур происходит путем теплопроводности, конвекции и лучеиспускания. Доля каждой составляющей в общем количестве передаваемого тепла зависит от многих факторов, одним из которых является абсолютное значение температур на поверхностях. Известно, что при достаточно малой толщине воздушной прослойки конвективные токи не развиваются, так как градиенты температуры существуют практически только в слоях ламинарного движения жидкости у горячей и холодной стенок.