Зависимости теплопроводности

Особый случай расчета тепловых процессов, который может быть выполнен только с использованием крупных ЭВМ, — расчет с учетом зависимости теплофизических характеристик металла от температуры. Достаточно обратиться к рис. 5.3 и 5.5, чтобы убедиться в том, что использование в расчетах средних значений ср, К и а, а также а (см. рис. 5.6) и Ъ, зависящего от а, сопряжено со значительными неточностями, достигающими нередко десятков процентов от результата. Качественно картина тепловых процессов, рассчитанных при переменных теплофизических свойствах, сохранится безусловно той же самой, что представлена в гл. 6 формулами, полученными при постоянных значениях теплофизических коэффициентов. Количественные результаты, получаемые по формулам, которые приведены в разд. II настоящего учебника, могут существенно отличаться от результатов, которые получены экспериментально.

"Критически проанализированы экспериментальные данные об основных теплофизических свойствах титана и промышленных титановых сплавов, изложены методы определения наиболее достоверных Значений. Рассмотрены температурные зависимости теплофизических характеристик, влияние легирования на свойства указанных материалов. Приведены таблицы температурной зависимости термодинамических свойств титана, предлагаемые в качестве стандартных' справочных данных.

Для точного расчетного определения температурного поля в стенке трубы, возникающего в цикле водной очистки, Т. М. Лаус-маа и Р. В. Тоуартом представлена трехмерная модель расчета изменяющегося со временем температурного поля в стенке трубы с учетом зависимости теплофизических свойств металла от температуры [173]. Расчет включает решение нелинейного параболического дифференциального уравнения теплопроводности методом дробных шагов на ЭВМ. Этот расчет можно использовать и для оценки точности разных более простых формул и способов определения температурного поля.

В работах [Л. 16, 25, 28] показано, что основной Закономерностью процесса радиолиза полифенялов при температурах до 400 °С является вырождение зависимости состава В'К продуктов, а следовательно, и отсутствие зависимости теплофизических свойств от температуры облучения.' На рис. 2-19 приведены данные [Л. 16], характеризующие влияние температурного фактора и дозы облучения на вязкость дифенила. Как видно из рис. 2-19, экспериментальные значения вязкости, соответствующие различным температурам и дозам облучения, лежат па одной кривой, зависящей только от дозы облучения. Полученная однозначная зависимость от дозы облучения подтверждает, что до 370 °С при облучении полифенилов температура практически не влияет на разложение, выражающееся в изменении состава, а следовательно, и вязкости.

3) аналитическое представление температурной зависимости теплофизических параметров;

Рассмотренный вариант МКЭ позволяет решать задачи нестационарной теплопроводности в линейной постановке, а также с учетом зависимости теплофизических констант от температуры и времени. В последнем случае время счета значительно увеличивается, так как при этом необходимо вычислять матрицы [С]пп, [К]пп и {R} п на каждом шаге интегрирования по времени.

Матрицы [G] и [Р] , зависящие от температуры, должны быть перевычислены для каждого временного шага с использованием устанавливаемой экспериментально зависимости теплофизических свойств материала от температуры или времени. Эта зависимость может быть представлена в ЭВМ в функциональной форме, основанной на интенсивно развиваемой в последние годы теории онлайновых функций [3, 6] . Алгоритмы решения уравнений (5.10), (5.11) и описание программ для ЭВМ приведены в работах [1,5].

Нелинейные зависимости теплофизических свойств и коэффициента теплоотдачи а2 — заданные таблично функции температуры.

Простейшее уравнение теплопроводности с учетом граничного условия на разрушающейся поверхности позволяет получить представление о многих качественных сторонах процесса переноса тела внутри покрытия (например, о квазистационарном режиме прогрева) и даже произвести некоторые количественные оценки. Заметим, однако, что в основе любых оценок нестационарного прогрева заложены те или иные предположения о зависимости теплофизических свойств от температуры.

Соотношения (3-49) легко обобщаются на случай произвольной зависимости теплофизических свойств от температуры. В частности, можно показать, что при квазистационарном прогреве и разрушении теплозащитного материала тепловой поток, идущий на нагрев внутренних слоев, в общем случае записывается как

Важно учесть, что современный уровень измерительной техники пока не позволяет с достаточной достоверностью получать зависимости теплофизических или кинетических характеристик веществ от температуры во всем желаемом диапазоне ее изменения. Поэтому попытки провести единичные расчеты по таким характеристикам, используя даже самые сложные теоретические модели, обречены на неудачу. Только серии расчетов с широким диапазоном изменения основных параметров, тщательное излучение всех возможных физико-химических процессов, сравнение отдельных моделей между собой, создание и оценка комбинированных моделей разрушения — вот единственно правильный путь изучения разрушающихся теплозащитных покрытий.

ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС - сопоставление прихода и расхода тепловой энергии при анализе тепловых процессов в разл. тепловых устройствах (котлах, паровых и газовых турбинах, печах и пр.). В Т.б. котла полезно использованная теплота - теплота, пошедшая на нагревание воды в водогрейном котле или на произ-во и перегрев пара в паровом котле. Потерянная теплота - это потери с уходящими дымовыми газами в окружающую среду и с теплотой нагретого шлака, удаляемого из топки. По Т.б., составл. на осн. испытаний агрегата, определяют его экономичность. ТЕПЛОВОЙ ВАКУУММЕТР - вакуумметр, действие к-рого осн. на зависимости теплопроводности разреженных газов от давления. При изменении давления в системе изменяется отвод теплоты от нити датчика Т.в. и, следовательно, её темп-pa, к-рую определяют обычно с помощью термопары (термопарные Т.е.), термометра сопротивления (терморези-сторные Т.в.), либо по изменению частоты нагретой нити - струнным методом (термочастотные Т.в.). Измеряемые давления до 10~2 Па. ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ - двигатель, в к-ром тепловая энергия преобразуется в механич. работу. Т.д. используют природные энергетич. ресурсы в виде хим. или ядерного топлива. Т.д. подразделяются на поршневые двигатели (см. Поршневая машина}, роторные двигатели и реактивные двигатели. Возможны комбинации конструкций Т.д., напр, турбореактивный двигатель. По способу подвода теплоты для нагрева рабочего тела Т.д. подразделяются на двигатели внутреннего сгорания и двигатели внеш. сгорания (см., напр., Стирлин-га двигатель). Эффективный кпд Т.д. (отношение механич. работы на его выходном валу к подведённой тепловой энергии) составляет 0,1-0,6.

Таким образом, для того, чтобы определить теплопроводность исследуемого материала К, необходимо измерить в стационарном режиме тепловой поток Q, проходящий через исследуемый образец, и температуры его изотермических поверхностей. Уравнение (11.2) описывает распределение температуры в твердых телах, а также в жидкостях и газах при отсутствии других (кроме теплопроводности) способов переноса теплоты. В случае зависимости теплопроводности от температуры уравнением (11.2) можно пользоваться при условии, что в исследуемом образце будет иметь место небольшой перепад температур. В этом случае полученные средние значения теплопроводности будут близки к его истинным значениям.

Содержание работы. Определение методом плоского слоя теплопроводности материала с низкой тепловой проводимостью и зависимости теплопроводности от температуры.

ТЕПЛОВОЙ ВАКУУММЕТР — вакуумметр, действие к-рого основано на зависимости теплопроводности разрежённых газов от давления. При изменении давления в системе изменяется отвод тепла от нити датчика Т. в. и, следовательно, её темп-ра. Темп-ру нити определяют с помощью термопары (термопарные Т.н.) или термометра сопротивления (теп-лоэлектрич. Т. в.). Т. в. применяют для измерений давления до ЮмПа (~^10-4 мм рт. ст.).

Определим качественный характер температурной зависимости теплопроводности чистых металлов. Поставив Сэл из (4.31) в (4.45), получим

Работа катарометрического датчика в течеискателе основана на использовании зависимости теплопроводности газовой смеси от концентрации одного из компонентов смеси (индикаторного газа), теплопроводность которого отлична от теплопроводности остальных компонентов, и заключается в сравнении теплопроводностей смеси с индикаторным газом или чистого индикаторного газа и воздуха.

зависимости теплопроводности газа от давления. Такими вакуумметрами по сути дела определяется температура платиновой нити, находящейся в специальном термопарном манометрическом преобразователе, объем которого включается в рассматриваемую систему, а через платиновую нить пропускается электрический ток неизменного значения. По мере снижения остаточного давления в процессе откачки воздуха и газов в системе температура нити возрастает, так как потери тепла за счет переноса молекулами газа, имеющегося в системе, снижаются. К платиновой нити прикреплен спай термопары, выводы которой присоединены к гальванометру. По показаниям последнего осуществляется непрерывный контроль остаточного давления в откачиваемой системе.

На рис. 6 приведены температурные зависимости теплопроводности высоко- и низкотеплопроводных материалов.

мышленных лабораториях. Этот метод характеризуется простотой конструктивного выполнения установки и возможностью получения за один опыт температурной зависимости теплопроводности во всем интервале изменения температуры.

кристаллитов, т. е. совершенства материала, расхождение увеличивается: для L =300 А оно достигает 100%. Определенные из температурной зависимости теплопроводности и рентгеновским методом диаметры кристаллитов в материалах, полученных по обычной электродной технологии (типа ГМЗ), имеют почти одинаковые значения (табл. 3.1). Для материалов с более высокой степенью совершенства кристаллической структуры разница может быть значительной.

Для облученного графита характер зависимости теплопроводности от температуры измерения изменяется: чем выше тем-