Материала поверхности

плотности передачи теплоты от матрицы к охладителю qv = = aF (Т - f)F необходимо предварительно измерить величину удельной внутрипоровой поверхности F используемого пористого материала (поверхность в единице его объема). Последнее существенно снижает значение указанных в табл. 2.5 результатов, потому что определение величины F для каждого вида материала является довольно сложной задачей и осуществляется с весьма большой погрешностью. Величины Ну и aF связаны между собой соотношением /zv = aFF. Значение F можно рассчитать аналитически для двух наиболее простых структур, изготовленных из сферических частиц одинакового диаметра d4 или длинных волокон диаметром d4 при точечном контакте между ними

Анализ изменения упругих свойств материала с увеличением направлений пространственного армирования можно проводить для каждой компоненты тензора упругих свойств (в частности, технических констант) в отдельности или для совокупности деформационных характеристик при повороте осей координат или (и) изменении поля напряжений. В первом случае анализируется деформируемость материала в «узком» смысле — на .заданную нагрузку и определенную ориентацию осей упругой симметрии материала в конструкции. Во втором случае получают интегральные оценки деформируемости материала, по существу отражающие характер анизотропии и полезные для качественного сравнения различных анизотропных материалов. В этом плане введена в рассмотрение в качестве характеристики деформируемости материала поверхность деформируемости, заданная в пространстве напряжений 1.

В реальных условиях коррозии из-за микродефектов, неоднородной структуры, неодинаковых связей между кристаллами в поверхностном слое металла, а также из-за изменения и непостоянства внешних условий поверхность раздела металл — оксид не остается постоянной и отличается от исходной поверхности материала. Поверхность раздела металл — оксид меняется также в ходе коррозии искривленных поверхностей. Такая ситуация, например, имеет место при коррозии труб поверхностей нагрева котла. Однако в реальных условиях уменьшение толщины корродирующего материала по абсолютным величинам небольшое, и поэтому при расчете удельного уменьшения массы q это обычно не учитывается. Таким образом, определяемое по соотношению Am/F удельное уменьшение массы металла от коррозии является в некоторой степени условным.

Создатели волокнистых композитов хорошо знают, что поверхность раздела волокно — матрица обеспечивает структурное единство материала. Поверхность раздела состоит из соединения между волокном и матрицей и из области, непосредственно прилегающей к этому соединению, что видно из рис. 3. При анализе обычно полагают, что поверхность раздела обладает нулевой толщиной. На поверхности раздела существуют по крайней мере три типа соединения: химический, электрический и механический; однако независимо от природы соединения передача усилия является в первую очередь механическим процессом.

Большинство критериев прочности слоистых композитов основано на свойствах отдельных слоев материала. Поверхность прочности строится по соответствующему критерию и свойствам материала для каждого слоя. Внутренняя огибающая поверхностей прочности всех слоев, построенная в системе координат композита, образует поверхность разрушения данного композита. Нагрузки, воспринимаемые композитом, определяются по теории слоистых сред, при этом по мере выхода из строя отдельных слоев производится перерасчет распределения нагрузок между слоями.

Макроскопически излом при вязком разрушении характеризуется волокнистостью, матовой, сильно шероховатой поверхностью, когда разрушение распространяется перпендикулярно направлению действия максимальных растягивающих напряжений, или имеет шелковистый вид, когда оно совпадает с направлением действия касательных напряжений. Следует иметь в виду, что термин «волокнистый излом» применяют для двух различных понятий: 1) при разрушении сильно деформированных, вытянутых в волокно в процессе нагружения зерен материала, поверхность излома при этом имеет шероховатость в виде каверн (ямок); 2) при разрушении вдоль волокна деформированных в процессе изготовления изделий, в изломе в данном случае наблюдаются вытянутые строчечные неровности, повторяющие волокнистую макроструктуру материала (изломы типа шиферных).

Изломы при скучивании, вызванные превышением предела прочности в зависимости от вязкости материала и формы валов могут проходить вдоль, поперек, под углом 45° или комбинированно. Поверхность излома имеет волокнистую структуру. Из-за небольшой пластической деформации материала поверхность излома оказывается не такой гладкой, как при динамическом изломе от сдвига. Хрупкий излом, вызванный превышением предела прочности, обычно происходит под углом 45°. Для этого вида излома характерным является большая поверхность окончательного излома. Если имеет место сильная концентрация внутренних напряжений, вызванная продольным фрезерованием, то хрупкий излом может возникать в продольном направлении.

Анализ изменения упругих свойств материала с увеличением направлений пространственного армирования можно проводить для каждой компоненты тензора упругих свойств (в частности, технических констант) в отдельности или для совокупности деформационных характеристик при повороте осей координат или (и) изменении поля напряжений. В первом случае анализируется деформируемость материала в «узком» смысле — на .заданную нагрузку и определенную ориентацию осей упругой симметрии материала в конструкции. Во втором случае получают интегральные оценки деформируемости материала, по существу отражающие характер анизотропии и полезные для качественного сравнения различных анизотропных материалов. В этом плане введена в рассмотрение в качестве характеристики деформируемости материала поверхность деформируемости, заданная в пространстве напряжений 1.

Фиг. 227. Плита ДСП-А. Все слои и волокна древесины расположены в одном направлении (вдоль плиты): а — направление прессования материала—поверхность образована из тангенциальных разрезов ствола дерева; б — поверхность образована из торцов волокон древесины (рабочая поверхность во вкладышах); в— поверхность образована из радиальных разрезов древесины (из боковых поверхностей волокон ребер).

Фиг. ?28. Плита ДСП-Б. Волокна древесины перекрещиваются под углом 90° через 10—20 слоев: а — направление прессования материала — поверхность образована из тангенциальных разрезов ствола дерева; -б — поверхность образована из 90—05% торцов и из 5—10% ребер волокон древесины (рабочая поверхность вкладышей); в — поверхность образована из 5—10% торцов и до 95% ребер волокон древесины.

Фиг. 229. Плита ДСП-В. Волокна древесины пе-. рекрещиваются под углом 90' через слой: а — направление прессования материала — поверхность образована из тангенциальных разрезов ствола дерева; бив- поверхности образованы из 50% торцов и 50% ребер волокон древесины.

Теплоотдача при конденсации пара не зависит от материала поверхности теплообмена в тех случаях, когда конденсат смачивает поверхность и она достаточно чистая и гладкая. Однако в условиях эксплуатации трубы покрываются слоем окиси. На окисленных стальных трубах коэффициенты теплоотдачи ниже, чем на чистых. Это объясняется как термическим сопротивлением слоя окиси, так и затормаживающим действием окисленной поверхности (вследствие увеличения ее шероховатости) на движение кон-денсатной 'пленки. По данным Клюева и Чиркина [160], для труб из углеродистых сталей поправочный множитель к коэффициентам теплоотдачи, рассчитанным по приведенным выше формулам, следует принимать:

30. Городов А. К., Ягов В. В. Влияние материала поверхности нагрева на теплоотдачу при кипении в области давлений ниже атмосферного. — В кн.: Низкотемпературные процессы и криогенные системы. — Труды МЭИ, 1977, вып. 347, с. 113—118.

Наиболее часто процессы старения протекают в поверхностных слоях. При этом поверхность детали может подвергаться температурным, химическим, механическим и иным воздействиям внешней среды, В результате могут происходить явления, связанные с потерей материала поверхности, в результате коррозии, эрозии, кавитации и других процессов, которые объединены одним термином — разъедание поверхности.

.К процессам, приводящим к потере материала поверхности, относится также прогар, характерный для деталей, работающих в условиях высоких температур и соприкасающихся с горячей

FC/F и чем больше величина краевого угла 6. Следовательно, наиболее вероятными местами возникновения пузырьков на тепло-отдающей поверхности будут элементы шероховатости в виде углублений, впадин и именно те из них, в которых местные условия смачивания по каким-либо причинам ухудшены. Локальное ухудшение смачивания (увеличение Э) может вызываться неоднородностью материала поверхности, инородными включениями, различными загрязнениями и, в частности, трудноудаляемыми адсорбционными пленками масел и жиров, механическими напряжениями и т. п. Снижение давления при прочих равных условиях приводит к уменьшению абсолютной величины первого слагаемого правой части зависимости (13-5), т. е. к увеличению работы на образование парового пузырька. Вследствие этого при уменьшении давления начало процесса парообразования сдвигается в область более высоких перегревов жидкости.

здесь <7с(т) — плотность теплового потока на границе раздела газ — стенка в твердом теле; qC(r) — то же, но в газе; (pwy)c — плотность потока массы смеси на границе раздела фаз; hc — энтальпия газовой смеси на границе раздела; /ГЕ(Т)С -"- то же для материала поверхности, находящегося в твердой фазе.

где гя — удельная теплота испарения материала поверхности с химическим символом Е.

Число циклов п зависит от напряженного состояния и стойкости (прочности) материала поверхности образца и изменяется в широком диапазоне. Весь расчет по существу сводится к определению величины п.

оказывается более высокой по сравнению с tc.Kpi, на поверхности устанавливается переходный режим кипения, и отвод тепла начинает снижаться. В итоге разность между подводимым и отводимым количеством тепла быстро нарастает во времени. Соответственно увеличивается скорость разогрева поверхности. Развитие процесса приобретает кризисный характер. За доли секунды температура материала поверхности нагрева возрастает на сотни градусов, и лишь при условии, что стенка достаточно тугоплавкая, кризис заканчивается благополучно новым стационарным состоянием, отвечающим области пленочного кипения при весьма высокой температуре поверхности. На рис. 4-3 этот кризисный переход от пузырькового режима кипения к пленочному условно показан стрелкой как «перескок» с кривой пузырькового кипения на линию пленочного кипения при той же тепловой нагрузке gKpi-Однако обычно кризис сопровождается расплавлением и разрушением поверхности нагрева (ее пережогом).

При этом в опытах было обнаружено, что если кипящий металл находится под давлением инертного газа, то теплоотдача обычно оказывается более высокой (примерно в 1,5 раза), чем тогда, когда металл находится под давлением своего насыщенного пара. По-видимому, это объясняется тем, что газ, частично растворяясь в жидкости, облегчает вскипание и увеличивает число действующих центров парообразования. Инертный газ также способствует более раннему переходу от неустойчивого к развитому режиму кипения. Теплоотдача при кипении металлов зависит также от физико-химических свойств и материала поверхности нагрева, ее однородности. Все это приводит к тому, что опытные данные, полученные разными исследователями, значительно различаются.

чеством теплоты быстро нарастает во времени, Соответственно увеличивается скорость разогрева поверхности. Развитие процесса приобретает кризисный характер. За доли секунды температура материала поверхности нагрева возрастает на сотни градусов, и лишь при условии, что стенка достаточно тугоплавкая, кризис заканчивается благополучно новым стационарным состоянием, отвечающим области пленочного кипения при весьма высокой температуре поверхности. На рис. 4-3 этот кризисный переход от пузырькового режима кипения к пленочному условно показан стрелкой как «перескок» с кривой пузырькового кипения на линию пленочного кипения при той же тепловой нагрузке дкр1. Однако обычно кризис сопровождаегся расплавлением и разрушением поверхности нагрева (ее пережогом).