Контактного термического

Заготовка при горячей штамповке охлаждается, во-первых, за счет теплоотдачи конвекцией и излучением в окружающую среду, во-вторых, за счет контактного теплообмена с относительно холодной штампевои оснасткой. Штамповал оснастка, в свою очередь, при контакте с горячей заготовкой разогревается. При этом каждая заготовка участвует только в одном термическом цикле, структура которого имеет вид: нагрев в печи-охлаждение при транспортиров-ке-охлаждение при центровке-охлаждение при вытяжке-охлаждение отштампованного днища на воздухе до температуры окружающей среды. Штамповал оснастка участвует в стольких термических циклах за некоторое время, сколько днищ отштамповано за данный промежуток времени, например, за смену. Один термический цикл оснастки состоит из следующих этапов: нагрев при центровке и вытяжке за счет радиации и контакта с заготовкой-охлаждение на воздухе при транспортировке заготовки. Поэтому при штамповке партии днищ оснастка многократно испытывает поочередно ьагрев и охлаждение .

Теплопроводность Я,, температуропроводность а и теплоемкость ср металлоплакирующих смазок имеют важное значение как при расчете технологической аппаратуры и процессор их производства, так и при использовании смазок в узлах трения. Согласно теории контактного теплообмена тепловая проводимость фрикционной зоны сопряжения деталей ак определяется суммой прово-димостей межконтактной смазочной среды ас и металлических контактных мостиков аы, которые зависят от теплофизических свойств материалов и микрогеометрии поверхностей трения. Введение порошкообразных металлов с хорошей тепловой проводимостью в контактную зону и заполнение ими (а в случае оплавления — жидким металлом) пространства между выступами шероховатостей приведет к увеличению как <хс, так и <хм. Кроме того, повышение температуропроводности увеличивает скорость эвакуации тепла из перегретых зон, возникающих при тяжелых режимах трения. В этом плане целесообразно использовать металлические порошки легкоплавких эвтектических сплавов. Как показали результаты экспериментов, на установке ОТС-3, предназначенной 70

Тепловые испытания многослойных сосудов показали, что перепад температуры по толщине стенки в многослойных сосудах больше, чем в однослойных, соответственно выше и температурные напряжения вследствие особенностей контактного теплообмена на поверхностях соприкосновения слоев. В результате экспериментальных исследований была установлена зависимость контактных

теплообмена на поверхностях соприкосновения слоев [20]. В результате экспериментальных исследований была установлена нелинейная зависимость контактных температурных сопротивлений в многослойном пакете от контактного давления [21]. На основе полученных зависимостей разработаны методы расчета теплового поля и температурных напряжений в многослойном цилиндре [22, 23] и в зоне кольцевого шва [24]. Описано качественно новое явление — зависимость поля температур от напряженного состояния многослойной стенки и, в частности, перепада температуры по толщине стенки от внутреннего давления (рис. 3). С учетом контактной теплопроводности решена также задача нахождения нестационарного температурного поля при внутреннем и наружном обогреве [25]. Теоретические расчеты проверялись экспериментами на малых моделях [26], в том числе тепловыми испытаниями в специальном защитном кожухе. В настоящее время институт располагает защитным сосудом объемом 8 м3, рассчитанным на пневматическое разрушение в нем экспериментальных сосудов.

В слое очень мелких частиц (Аг -» 0 и ReK -* 0) скорости фильтрации ничтожны и конвективный перенос теплоты пренебрежимо мал по сравнению с теплоотдачей теплопроводностью от нагретой частицы к соседним холодным. Экспериментальные данные и расчеты [2] позволяют принять для такого контактного теплообмена в слое неметаллических частиц Nu = а б/ Кт =* 10.

Коэффициент контактного теплообмена а* зависит от большого числа факторов [15], так как теплота между соприкасающимися поверхностями в общем случае может передаваться кондукцией через места фактического контакта выступающих неровностей, кондукцией и конвекцией через среду, заполняющую свободное пространство между поверхностями, и излучением.

где Т* - неизменная по толщине прокладки h* температура; rij и п2 - направления нормалей, внешних по отношению к соприкасающимся поверхностям первого и второго элементов; ос^ и а"- коэффициенты контактного теплообмена между элементами и прокладкой; с„ - удельная объемная теплоемкость прокладки; q* - поверхностная мощность источников энерговыделения, которые в общем случае могут действовать в прокладке или на ее поверхностях; t - время.

В том случае, когда тепловой контакт между теплоизолируемой поверхностью и слоем термоизоляции не является идеальным, к суммарному термическому сопротивлению в формулах (3.19)-(3.22) следует добавить слагаемое 1/аот где а^ - коэффициент контактного теплообмена (см. § 2.2).

Рассмотрим плоский слой термоизоляции толщиной h с постоянным значением К теплопроводности термоизолятора. Слой нанесен на плоскую поверхность теплоизолируемой конструкции с заданным значением температуры Т^. Тепловой контакт между слоем термоизоляции и теплоизолируемой поверхностью конструкции не является идеальным и характеризуется коэффициентом контактного теплообмена о^. К внешней поверхности слоя термоизоляции подводится тепловой поток с осесимметричным распределением плотности по закону

Рассмотрим процесс изменения во времени t одномерного распределения температуры T(z, t) в плоском слое термоизоляции толщиной h (рис. 3.10). Как и в §3.4, примем, что слой нанесен на плоскую поверхность теплоизолируемой конструкции с заданной постоянной во времени температурой Т±, причем тепловой контакт на этой поверхности неидеальный и характеризуется коэффициентом контактного теплообмена оск. На внешней поверхности слоя происходит конвективный теплообмен со средой, имеющей температуру Тс, и подводится тепловой поток плотностью q. Интенсивность конвективного теплообмена определяется коэффициентом теплоотдачи «.

где осп - коэффициент контактного теплообмена между слоями с номерами п - 1 и п.

К недостаткам метода следует также отнести трудности, связанные с устранением термического сопротивления, возникающие в местах контакта образца с поверхностями нагревателя и холодильника. Ошибка в определении теплопроводности за счет контактного сопротивления может достигать 10. .. 20% при толщине образца 1,5. ..3,0 мм и становится еще больше при увеличении теплопроводности исследуемого материала. С целью уменьшения контактного термического сопротивления поверхности образца и теплообменников подвергаются тщательной обработке, а для обеспечения хорошего контакта создают значительные сжимающие усилия.

tJrs. — Для контактного термического сопротивления RR;

12. Кириллов П. Л. Учет контактного термического сопротивления при теплоотдаче к жидким металлам. Препринт ФЭИ—248. Обнинск, 1971.

Влияние дискретной структуры пакета учтено [56] путем введения контактного термического сопротивления RK = bd/2 А.п.ф, где А.п ф -теплопроводность плотной фазы (принимается равной теплопроводности слоя частиц с порозностыо на пределе ожижения); Ъ - коэффициент, равный единице для регулярной укладки частиц. С учетом R^ средний за время тс соприкосновения пакета с поверхностью коэффициент теплоотдачи Од^ к нему выражается интерполяционной формулой*

температура стенки, найденная по профилю температур, оказалась ниже, чем измеренная непосредственно. Авторы объясняют это наличием контактного термического сопротивления на границе раздела. Данные по локальной теплоотдаче приведены на рис. 5.59. Можно отметить значительное расхождение опытных точек, рас-

считанных двумя способами, особенно в области Ре<10я. Зависимость контактного термического сопротивления от числа Re для рассматриваемых опытов приведена на рис. 5.60.

Рис. 5.60. Зависимость контактного термического сопротивления при течении тяжелого жидкого металла в трубе из стали 1Х18Н9Т от числа Re ]53[.

При течении натрия в обогреваемых трубах и содержании кислорода, превышающем предел растворимости, наблюдалось уменьшение контактного термического сопротивления и увеличение теплоотдачи с ростом чисел

Для тяжелых металлов при течении в трубе из стали 1Х18Н9Т [53] замечено снижение контактного термического сопротивления по мере возрастания чисел Re при одинаковом среднем содержании окислов в потоке.

проводности паров металла (в отличие от паров веществ с Pr^l) происходит существенное перераспределение термических сопротивлений между пленкой конденсата, диффузионной областью около поверхности конденсата и областью раздела конденсат — поверхность охлаждения. В связи с этим обычное в теории пленочной конденсации предположение о том, что температура на поверхности пленки практически точно равна температуре насыщения в ядре потока пара, для процесса конденсации паров металла не оправдывается. Возникает необходимость в учете термического сопротивления фазового перехода. Так называемое контактное термическое сопротивление на границе конденсат — поверхность охлаждения изучено слабо. В работе [161] по конденсации калия не было обнаружено контактного термического сопротивления между сталью 1Х18Н9Т и неподвижным чистым калием.

и в двойном оптическом окне поддерживалась с помощью двух ультратермостатов. Нагревательный блок состоял из медного теплового клина с зоной теплоотвода диаметром 40 мм. Максимальная мощность нагревателя составляла 1700 Вт, а максимальная плотность теплового потока в зоне теплоотвода — 135-104 Вт/м2. Электрический нагреватель был выполнен из двух нихромовых проводов, в качестве электроизоляции служил тонкий напыленный слой АЬОз, внешняя поверхность нагревателя теплоизолировалась. Для измерения теплового потока в медный блок зачеканивались термопары. Теплоотвод от медного блока к исследуемому образцу осуществлялся через механический контакт с помощью прижимного устройства. С целью устранения контактного термического сопротивления поверхность соприкосновения смазывалась тонким слоем теплопроводной пасты. На нижнюю поверхность образца зачеканивались также термопары, Образец уплотнялся с помощью фторопластового кольца. Датчики температуры размещались на поверхности испарения, в паровом пространстве и в жидкости.