Выравнивание температуры

Выравнивание температур. Определять температуру точек тела в процессе выравнивания, когда источник теплоты прекратил свое действие, можно двояко.

Во-первых, начальное неравномерное распределение температуры Ти можно рассматривать как некоторую температуру, возникшую вследствие выделения теплоты мгновенными элементарными источниками теплоты в момент времени / = 0. Зная закон распределения температуры от отдельного мгновенного источника теплоты, можно путем интегрирования по объему тела определить температуру от суммарного действия всех элементарных источников, т. е. описать процесс выравнивания температуры. Рассмотрим в качестве примера выравнивание температуры в бесконечном стержне сечением F, который при ^=0 был нагрет до Ти на участке длиной 2/; будем полагать, что остальная часть стержня находилась при Т = 0 (рис. 6.4). Выде-

Аналогично можно определить выравнивание температур после окончания действия линейного или плоского неподвижного источника теплоты.

Температурное поле при движении точечного источника теплоты по поверхности сплошного цилиндра описывается сложными зависимостями. Формулы оказываются проще, если исходить из предположения, что источник теплоты быстродвижущийся. Тогда при наплавке по образующей цилиндра процесс распространения теплоты можно представить как выравнивание температур от мгновенного источника Q, расположенного в точке ф — 0 тонкого диска радиусом г0, торцы которого теплоизолированы, а теплота отдается лишь с цилиндрической поверхности (рис. 6.20, а). В этом случае результаты подсчетов для точек по линии наплавки (г = АО, ф = 0) представлены на рис. 6.21, а, где

При наплавке на полый толстостенный цилиндр по винтовой линии малого шага также можно использовать схемы быстродви-жущегося источника теплоты. Принципиально ход рассуждений при выводе формул тот же самый, что и в случае сплошного цилиндра. Приращения температур определяют по формулам, структура которых аналогична структуре формул (6.60) и (6.62). Отличие заключается в том, что вместо функции Фп(г, tn), выражающей выравнивание температур в сплошном тонком диске, в формулу входит функция Фя(г, /п) [см. формулу (6.52)], выра-

Выравнивание температур может быть определено численно с использованием указаний п. 6.3.

— диффузионный 531, 533, 543 Вольтамперная характеристика 38 Внешний фотоэффект 61 Выравнивание температур 165, 167

1. Отвод тепла от деталей машин, соприкасающихся с горячими газами. Система охлаждения должна'обеспечивать" выравнивание температур для уменьшения термических напряжений и сохранения механической прочности деталей.

Коэффициент пропорциональности а, м2/с, в уравнении (1-28) называется коэффици е н том температуропроводности и является физическим параметром вещества. Он существен для нестационарных тепловых процессов и характеризует скорость изменения температуры. Если коэффициент теплопроводности характеризует способность тел проводить теплоту, то коэффициент температуропроводности является мерой теплоинерционных свойств тела. Из уравнения (1-28) следует, что изменение температуры во времени dt/дт для любой точки пространства пропорционально величине а. Иначе говоря, скорость изменения температуры в любой точке тела 'будет тем больше, чем больше коэффициент температуропроводности а. Поэтому при прочих равных условиях выравнивание температур во всех точках пространства будет происходить быстрее в том теле, которое обладает большим коэффициентом температуропроводности. Коэффициент - температуропроводности зависит от природы вещества. Например, жидкости и газы обладают большой тепловой инерционностью и, следовательно, малым коэффициентом температуропроводности. Металлы обладают малой тепловой инерционностью, так как они имеют большой коэффициент температуропроводности. Далее, если система тел не содержит внутренних источников тепла (<7 = 0), тогда выражение (1-28) принимает форму уравнения Фурье:

Однако в реальных условиях температуры системы и среды чаще бывают разными, например, в камере сгорания ДВС — порядка 3000 К, а в атмосфере — 300 К, причем разность их характеризует запас тепловой энергии системы. Поэтому в конце XIX в. Ж. Гюи и А. Стодола ввели понятие технической работоспособное^ — максимальной технической работы, которую может совершить система при переходе из данного состояния в состояние равновесия с окружающей средой, включающего и выравнивание температур. В 1956 г. Р. Рант по тем же со-

вая временные циркуляционные контуры. Чем больше расход газа (его скорость), тем больше размер и частота пузырей, тем интенсивней перемешивание твердой фазы. В нежелательных во многих отношениях неоднородных кипящих слоях изотермичность лучше и выравнивание температур происходит быстрее.

Пуансон типа Т наиболее прост по конструкции, но у него возможно неполное выравнивание температуры по образующей, а также необходима толстостенная обечайка малого диаметра для изготовления .

Ступенчатая закалка. При выполнении закалки по этому способу (рис. 137, а) сталь после нагрева до температуры закалки охлаждают в среде, имеющей температуру несколько выше точки М„ (обычно 180—250 "С), и выдерживают в neii сравнительно короткое время. Затем изделие охлаждают до комнатной температуры на воздухе. В результате выдержки в закалочной среде достигается выравнивание температуры по всему сечению изделия, но эта выдержка должна быть ограничена и не должна вызывать превращения аустенпта с образованием бейпита.

Во-первых, начальное неравномерное распределение температуры Ти можно рассматривать как некоторую температуру, возникшую вследствие выделения теплоты мгновенными элементарными источниками теплоты в момент времени / = 0. Зная закон распределения температуры от отдельного мгновенного источника теплоты, можно путем интегрирования по объему тела определить температуру от суммарного действия всех элементарных источников, т. е. описать процесс выравнивания температуры. Рассмотрим в качестве примера выравнивание температуры в бесконечном стержне сечением F, который при ^=0 был нагрет до Ти на участке длиной 2/; будем полагать, что остальная часть стержня находилась при Т = 0 (рис. 6.4). Выде-

- интенсивная циркуляция расплава в тигеле, обеспечивающая выравнивание температуры по объему ванны и получение однородных по химическому составу сплавов;

.М е т а л л ы и сплавы. В металлах основным передатчиком теплоты являются свободные электроны, которые можно уподобить идеальному одноатомному газу. Передача теплоты при тельных движений атомов или ,в виде упругих звуковых волн не исключается, но ее доля незначительна по сравнению с переносом энергии электронным газом. Вследствие движе-яия свободных электронов происходит выравнивание температуры во всех точках нагревающегося или охлаждающегося металла. Свободные электроны движутся как из -областей, более нагретых, в области, менее нагретые, так я в обратном направлении. В первом случае они отдают энергию атомам, во втором отбирают. Так как в металлах носителем тепловой и электрической энергии являются электроны, то коэффициенты тепло- и электропроводности пропорциональны друг другу. При -повышении температуры

Для обеспечения высокой точности результатов высокотемпературных испытаний проведен большой комплекс мероприятий по обеспечению корректного нагрева образцов разных видов. Разрабатывались захваты для проволочных, ленточных [44, 42] и малых образцов, устанавливались размеры нагревателя и тепловых экранов, их форма и расположение, обеспечивающее определенный тепло-отвод от наиболее горячей зоны и выравнивание температуры по рабочей длине образцов.

Выравнивание температуры. Вследствие малости теплового сопротивления металлический корпус создает вокруг преобразователя как бы изотермическую оболочку. При этом значения температурных градиентов, которые могут появляться в преобразователе, как правило, уменьшаются.

где Т — абсолютная температура, р — плотность и с — удельная теплоемкость (значения дляДБ'/Б' см. в табл. 3.1). При однородных напряженных состояниях (например, у сжимаемых упругих элементов) выравнивание температуры происходит за счет теплового обмена с окружающей средой, а при изгибе — в основном внутри самого упругого элемента. При напряжениях чистого кручения и сдвига не возникает изменения объема, так что в соответствующих упругих элементах термические явления релаксации отсутствуют.

Прибор 2026РОС (рис. 6) предназначен для испытания резин на релаксацию напряжения при осевом сжатии. Прибор состоит из привода, подъемного винта /, механизма 2 перемещения струбцины 3, термокамеры 5 и силоиз-мерителя 6. В камере смонтированы трубчатые электронагреватели и установлен вентилятор, обеспечивающий улучшение теплообмена и выравнивание температуры.

В универсальной машине фирмы MTS (США) проблема достижения высокой температуры решается с помощью индукционного нагрева, а выравнивание температуры по длине образца — неоднородным продольным распределением плотности витков индуктора, увеличенной у концов образца. В отличие от устройств, рассмотренных выше, здесь, no-существу, имеет место односекционная конструкция, так как нельзя регулировать мощность отдельных зон индуктора. Это один из существенных недостатков метода.

Во время переноса детали из первой закалочной среды (циркулирующая вода) во вторую (масло), на который затрачивается около 3 сек, произойдет частичное выравнивание температуры по сечению зуба, что приведет к некоторому повышению температуры в 1, 2 и 4-й зонах и, как следствие, — к частичному отпуску ранее образо-