Вынужденной эластичности

Вынужденная конвекция воды 500 2-Й)'1

Вынужденная конвекция газов......... 10... 500

Вынужденная конвекция воды......... 500... 2-104

Вынужденная конвекция, например, при движении нагретой жидкости под действием разности давлений на концах трубы сопровождается ее охлаждением. В общем случае вынужденная конвекция может происходить вместе с естественной (смешанная конвекция).

Естественная (свободная) конвекция возникает под действием неоднородного поля внешних массовых сил (сил гравитационного, инерционного, магнитного или электрического поля), приложенных к частицам жидкости внутри системы. Вынужденная конвекция возникает под действием внешних поверхностных сил. приложенных на границах системы, или под действием однородного поля массовых сил, действующих в жидкости внутри системы. Вынужденная конвекция может осуществляться также за счет запаса кинетической энергии, полученной жидкостью вне рассматриваемой системы.

Вентиляция 374 Влажный воздух 41 Воздухоподогреватель 159 Вторичные энергетические ресурсы 406 Вынужденная конвекция 94

При помощи анализа размерностей было найдено все, что было возможно. Для того чтобы определить а и показатели размерности а и е, потребуется произвести ряд экспериментов. В частном случае, когда происходит вынужденная конвекция в трубе круглого сечения с турбулентным потоком, результаты экспериментов будут следующими:

Теплоотдача в вынужденном потоке жидкости (вынужденная конвекция). 1. Т е -плоотдача в прямой трубе. Турбулентное движение.

конвективный теплообмен при вынужденном движении жидкости или газа (вынужденная конвекция) и свободном движении (естественная конвекция). Вынужденным называют движение жидкости (газа), обусловленное внешними силами; свободным — движение, обусловленное неравномерным распределением плотности жидкости (газа) в поле силы тяжести в связи с протеканием процесса теплообмена (температурное поле, изменение агрегатного состояния).

Различают конвективный теплообмен в однофазной среде и в двухфазной среде, в частности при изменении агрегатного состояния жидкости (или пара). По другому признаку различают конвективный теплообмен при вынужденном движении жидкости или газа (вынужденная конвекция) и свободном движении (естественная конвекция). Вынужденным называют движение жидкости (газа), обусловленное внешними силами, свободным — движение, обусловленное неравномерным распределением плотности жидкости (газа) в поле силы тяжести в связи с протеканием процесса теплообмена (температурное поле, изменение агрегатного состояния).

Разумеется, что представление о наличии на частице застойной пленки далеко не соответствует реальным условиям процесса горения частицы, особенно, когда имеет место вынужденная конвекция. Поэтому особый интерес представляют экспериментальные работы, посвященные горению угольной частицы. Из этих работ следует назвать исследования Смита и Гудтундзена [101], В. И. Блинова [102] и Ту, Дениса и Хоттеля [103].

Детали тяжелонагруженных узлов трения изготовляют из композиционных материалов на основе ароматического полиамида типа фени-лона. При этом для эксплуатации в условиях малых скоростей и больших давлений предпочтительны полиамиды с высокой молекулярной массой, в условиях повышенных скоростей и малых контактных давлений - полиамиды с малой молекулярной массой. Одной из причин невысокого коэффициента трения фенилона является наличие широкого температурного интервала вынужденной эластичности, обусловленной достаточно большой рыхлостью структуры полимера. Минимальное значение/наблюдается при температуре 50-70°С независимо от ско-

На рис. 1.34 показана кривая зависимости о (е) для стеклообразных полимеров. На ней можно выделить три области А, В, С. Область А соответствует упругой деформации и описывается законом Гука. Величина деформации на этом участке относительно невелика и измеряется единицами процентов. После снятия напряжения деформация исчезает практически мгновенно. При дальнейшем увеличении напряжения скорость роста деформации увеличивается и при достижении предела вынужденной эластичности авэ в образце начинает развиваться вынужденноэластическая деформа-

Возможность- вынужденной эластичности А. П. Александров s объясняет тем, что с увеличением приложенного напряжения происходит снижение энергии активации конформационных превраще-в'ий молекул. В первом приближении принимается, что уменьшение Ua с ростом а происходит линейно:. .

что делает возможным протекание эластической деформации с заметной скоростью. Необратимость этой деформации после снятия нагрузки обусловлена тем, что возвращение молекул в исходное со-сто'яние требует преодоления столь высокого потенциального барьера [/„, что практически происходить не может. Только при повышении температуры, когда полимер переходит в выокоэластическое состояние, вынужденноэластическая деформация снимается Полностью и образец возвращается к исходному размеру. Это явление «ашло широкое практическое применение для опрессовки кабелей и деталей РЭА полимерами.'С этой целью, например, полимерную трубку, имеющую диаметр меньший, чем у кабеля, расширяют внутренним давлением до диаметра большего, чем у кабеля. Расширенную за счет вынужденной эластичности трубку одевают на кабель и нагревают выше температуры стеклования. При этом трубка, возвращаясь к исходному размеру, плотно спрессовывает кабель..

На рис. 1.43 показана схематическая кривая прочностных состояний аморфного полимера. По оси абсцисс отложена температура Т,.по оси ординат— истинное напряжение в образце, равное отношению растягивающего усилия к фактическому сечению образца, соответствующему данной степени его растяжения. До температуры хрупкого разрушения Гхр полимер обладает хрупкой прочностью ахр, слегка понижающейся с ростом температуры; в этом интервале температур предел вынужденной эластичности авэ, показанный штриховой линией, выше хрупкой прочности схр. Выше ТХр в полимере возникает вынужденная эластическая деформация, вызывающая преимущественную ориентацию молекул вдоль оси растяжения и связанное с этим упрочнение полимера. Поэтому в этом диапазоне температур прочность полимера растет, а предел вынужденной эластичности падает и при температуре стеклования Гст обращается в нуль — полимер переходит в высокоэласти-

Для эксплуатации полимеров наибольшее значение имеют область вынужденной эластичности, в которой полимер, обладая высокой прочностью, «е является хрупким, и область высокоэластической деформации, позволяющей использовать полимеры как эластомеры (резины). Область, лежащая выше температуры пластичности Гт, используется для переработки полимеров в изделия.

е — амплитуда или величина деформации при данной низкой темп-ре, а в20 — при 20°. Деформация может измеряться статич. и динамич. методами. Начиная от низких темп-р, когда резина или каучук находятся в стеклообразном состоянии, и до 20—25° К меняется примерно от 0,001 до 1. Каждому заданному значению К •соответствует темп-pa Т^. Обычно принимают в качестве показателя М. резины темп-ру 7\>,, при к-рой резина теряет 90% высокой эластичности. Эта темп-pa практически не зависит от габаритов образца, от условий скольжения на торцах образца, от вида деформации (растяжение, сжатие и сдвиг) и от степени деформации. Т% зависит от режима механич. испытания (при динамич. нагрузках испытания проводятся на частотном приборе, а при статических — на динамометрич. весах). Эта зависимость выражается формулой 1/ Т%= =А—Blgv, где А и В константы материала, v — частота периодич. деформации, Т к выражена в °К. С М. каучуков и резин непосредственно связан процесс механического (но не структурного) стеклования. Сущность механич. стеклования заключается в потере высокоэластич. св-в с увеличением частоты деформации или с понижением темп-ры при данной частоте силового воздействия. Материал переходит из высокоэластич. в обычное для твердых тел упругое состояние с высоким модулем упругости. М. изделий из пластмасс определяется по растрескиванию и переходу в хрупкое состояние (потеря вынужденной эластичности), т. е. харак-

Для твердых П. характерно, что при напряжениях выше т. п. предела вынужденной эластичности ств развивается высокоэластич. деформация и П. из изотропного переходит в твердое анизотропное состояние (деформация высокоэластич. вынужденная). При напряжениях ниже предела 0В стеклообразный П. испытывает в основном упругую деформацию. Только под вынуждающим действием внешних сил при напряжениях выше ов развивается высокоэластич. деформация.

Рис. 2. Диаграмма деформационно-прочностных состояний аморфных полимеров: Тхр — граница перехода от температурной области хрупкости к температурной области разрушения в ориентированном состоянии; Тя — температура стеклования; ТП — граница перехода от температурной области высокой эластичности к области пластичности; Tf — температура текучести; охр — хрупкая прочность; ав — предел вынужденной эластичности; а — прочность высокоэластического материала (напряжение рассчитано на поперечное сеченяе образца при разрыве); а — • предел текучести.

ПРЕДЕЛ ВЫНУЖДЕННОЙ ЭЛАСТИЧНОСТИ — величина напряжения 'в момент образования шейки в наиболее слабом месте при растяжении полимера (рис.). П. в. э. обозначается Ст;,- В кри-сталлич. полимерах (см. Прочность полимеров) возникновение

темп-ры пластичности Тп. Эти области разделены Тg. Если ниже Гхр полимер испытывает хрупкий разрыв, то выше ее разрыву предшествует высокоэластич. деформация, развивающаяся при напряжениях, превышающих предел вынужденной эластичности аь. Выше Tg в области высокой эластичности разрыву тоже предшествует высокоэластич. деформация, но ее развитие начинается с момента приложения нагрузки. Выше Тп при переходе через предел текучести 0„ развивается остаточная деформация, пока не наступит потеря устойчивости течения с образованием сужения и разрыв. Как правило, с увеличением скорости деформации и уменьшением времени действия нагрузки границы температурных областей смещаются к высоким темп-рам. Особенно сильное смещение наблюдается при ударных нагрузках. Из схемы деформационно-прочностных св-в (рис. 2) следует, что полимер, в зависимости от темп-ры, напряжения и скорости деформации, может испытывать упругие,