Теплообмен в зоне контакта разъёмных и неразъёмных соединений Попов В.М. (1013700), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Таким образом, контактное термическое сопротивление на границе раздела твердых тел обусловливаетси несовершенством нх контакта. Вследствие дискретного характера контакта процесс передачи тепла через зону контактирующих поверхностей твердых тсл представляет собой довольно стожную и картину. В псрвом приближении можно считать, что передача тепла через зону контакта при наличии теплопроводпой греды осуществляется одновременно тремя путями: теплопроводностью непосрсдствснно через пятна фактического контакта материалов, теплопроводностью через среду, заполняя>щую впадины иеровностсй и, наконец, излучсцием между поверхностями.
Ввиду того, что для болыпннства разновидностей контактов твердых тел высота неровностей мала по граянению с общей площадью соединения, целесообразно пренебрсчь тсплообмецом п зоне контакта как от теплопроводпогти влоль зазора, так и от свободной конвскции. До температур в контактной зопс порядка 700 †7' К теплообмспом путем излучения можно также пренебречь, так как по оценкам экспериментальных работ его величина незначительна. При температурах выше 700 — 750' К наиболее цслгсооГ>разно вводить так называсный эффективный коэффициент теплопроводпости, С учетом указанных яьцпе допущений общая проводимость контакта может быть прслгтанлсна суммой проводимости мест фактического контакта а„и проводимости мг>ккоцтзктпой гредь> п„т.
е. п„.=а„+а„ (1-1) нлн, вь>разин проводимости через термические сопрот;щлсния контакта, получихн ! 1 ! /~н 11-2) Согтавляю>цие общего термического сопротивления Р-, контакта имеют различный механизм образования. Пгрвая гоставляюп!ая образуетгя я резулыате стягивания линий теплоного тока к пятнам фактического коп.
такта, т. с. сопротивления Р„, н наличия препятствий на их пути н аиде малотецлопроводной окисной пленки, т. е, сопротивления Р,. Следовательно, образу>отгя два добавочных тсрннчегких сопротивления, включенных погледовательно: Р„ и Р„. Термическое сопортивленне фактического контакта Р„ /риг. 1-1,6) равно гумме со.
противлений для нерхнего и нижнего тел. т. е. Р„= =Р„„+Р„„. Втопая составляющая общего термического сопротивления Р, является следствием >наличия нало. теплопрояодной среды в зоне контакта, препятствую>цей распространению тепла. и действует пара табельно первой I составляющей. Как показывает практика работы узлов и деталей конструкций, их контактирующие поверхности зачастую испытывают однозначныс либо циклические механические и тепловые нагрузки. Очевидно, что прн изменении условий сжатия поверхностей будет наблюдаться перераспределение линий теплового потока. Увеличение нагрузки привсдст к снижению термического гопротивлсния контакта за счет увеличения фактической клогцадн касания поверхностей и, наоборот.
уменьшение пагпузкн повысит термическое гопротнвление. Можно также утверждать, что цовьппенне температуры в зоне раздела приведет к снижению термического сопротнвленяя за счет понижения твердости материалов и увеличения теплопроводногтн мсжконтактной газовой среды. Судить же о величине термического сопротивления контакта в каждом частном случае можно на основе эксперимента илн расчета. К работе современных машин послъявляются повышенные требования по интенсификации процессов охлаждения их рабочих зон.
Одним нз резервов на пути чвеличения количества отводимого нз рабочей зовя объекта тепла предстанляютгя мероприятия по снижению термического сопротивления составных конгтрх кций. Так, для нормальной работы радиоэлектронных чстройстн большое значение ппидаетсн созданию оптимального теплового режима.
Во избежание перегрева тсталсй опи в большинстве слччагн охлаждаются конлгктивно пятен крепления н чстройствам с вазнгрнчтой теп коотланяпсй поверхносткно ~п1асся, радиаторы\. В местах посадки деталей на шасси нлн ралпятор, кзк правило, имеет место воздушная прослойка переменной толщины за счет дискретного хапзктера касания повея». ностсй.
Следствием наличия в зоне посадки легаль — радиатор яли шасси воздушной прослойки является термическое сопротивление. препятствующее охкажденн1о радиоэлектронных устройств. Одним нз главных направлений повьнпепия эконо. мнчпости газотурбинных двигателей считается создание компактных теплообмсннкнх аппаратов. Для этих целей примени|отса пластипчатые повепхностн нагрева, соединенные припоем. Крепление пластинчатых поверхностей к разделительным пластинам на припое нс исключаег дискретного механического контакта я наличия газовь1х прослоек.
Возникающее при этом термическое сопротня. ление в зоне соединения пластин оказывает отрицательное влияние на пррцесс теплообмена. Еще более остро атавнтся вопрос по интенсификации процесса теплообмена от тепловыделяющих элементов ядерных реакторов, из рабочей зоны летательных аппаратов, а также в тех областях новой техники, где контактный теплообмсн оказывает значительное влияние на тепловой режим работы теплонапряжепных узлов и деталей.
11риведенпые выше особенности теплообмена в зоне контакта узлов н деталей конструкций позволяют судить о том большом значении, которое играет контактный тсплообмсн в технике.' Более углубленное исследование контактного тепло- обмена в настоящее время пызыпается нсобходимостью решения ряда практических задач. 1-2.
ОБЗОР ЗКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧГгСКИХ РАБОТ ПО КОНТАКТНОМУ ТЕПЛООБМЕНУ 11о когпакгвому тсзлоабмсву правсдсно большос количсство исслсдоввпий кик зкспсримснтвльиаго, тэк и гсарсгичсского харак. тсрв !Л. !†!ЗР Е монографии Шлыкова и Ганина !.1. !4! приведен тщательный взвлиз рвзультатов работ отсчсстввнпых и зарубсжэних истледовэтслсй контзктиого тснлообмснв и нсхашшсского кагшэкти поверхностей 1Л. ! †!3!. Обзор укаэанных работ, шкящих в основном экспсрнмэнтзльньгй хирвктвр, позволитт сделать следующие практические выводы; 1.
1!ри тепловом конгикгв лиук твердых тсз в зопс рвззслв имсст мссго гврмичсскос сопротивлении контакта. 2. Тсрмичсскос сопратпвлсние контакта понижается с увеличи. писк нагрузки на соприкасающиеся паверкиосги па лиивйпачу зэ. нану длв высокотвсрзых и чалотсплопроводиых чс~эллав !сгвчы н ло экспапситс для мягких и вмсохотвплозрововпых мствзлои !алючииий, мсдь, брапзв!.
3. Тврмнчсскос сопротивление контакта мало эзвисщ аг эшэру'зки дзи павэрхностсн с высакаи ива~агой обрвоотки. 4. Тсрмичсскос сопротивланис «антакта гэанггжзегса с уэсшшаиисм гистагы аорибагкн контактных зовсрхкастзй. б. Тэрмичсскос сапротивлснис контакта учвиьшзвтся ари ~гоньи шепни тсчзарвтуры в юнс разлила. б.
Величина тврмгшсскога сопротивления кангвктя иогкст быть сннжсиэ пугин эвсдсиия в контактную зону газов с болот высокаи ,каэффнниснгом твплотроводпости, ывсзэ или фольги ю майских Мстиллои. У. Оствстси открытым иаэграс а ваэмажкосги тсорсгичсгко~о Решвпня проблемы. !1 Рнс. 1-2. Схема установки для исследования кангак~ного теплообнена при гетисвых температурах. à — шы ныа образок, схлаыдаемыа телком: т — ооытныа образок с нагревателем; 3 — корпус; Ч вЂ” стеябрмтовая тоубка: 3— олатмьоьыо выводы; б — трубно лля оро.
мыокн. 12 И сслс.швв ня ьтншк по:» теплообмсца затрагивают самые рз ншмгратя м огчшстп чзукн и:ехнини. В этой связи следует от. метить исс.гедование Заварицкого [Л. !51, отвечающее нуждам нзмсэкгельпой техники. Нсобхьгнтшсть постановки исследования была нызввчн слстучяпзчн прн ншскп При определении теплоенкостн ргэлк шо-о рээа ыатериалоо лля гелисчых температур зачастую необходимо осупгествля ь вначале тепловой контакт материала с окружаюгцей средой, восле чего необходима его о о полная тепловая изоляцзя. Геиловой контакт со средой производится за счет теплопроводпостн газа, а тепловая изоляция — путем создания в измерительной кю мере еыгокого вакуума. Трудоемкость указашгой ооерании заставн,гз искзть полее рациональные решения. Автор ставит задачу замены тенуюво~о контакга через газ механическим коп. т а к ."он.
4 Для исследовании ари. ценилась установка, схема которой приведена на рнс 1 2. Объектом иссленовлина избирались медные образцы т' н 2 с конусообразными повсрхностпми, расположенные внутри латунного цилиндра 3. Через стсйбрнтовую трубку 4 осуществлялось иагруженне образцов ! путем подвешивания грузов к рычагу. На образце 2 бы- ли намотаны нагреватель и !' термометр сопротивления. Вывод проводов осущест- Н .-2 влился через платиноные выводы б. 11осредством трубки б намсра 8 в нагре том состоянии промывалась углекислотой для удалении остатков гелия. В камере создзвалось остаточное дав.,снне порядка 1О т мм рг. гт.
Во время опыта измерялась температура образца 2 с помощью термометра сопротивления. Теплован проводимость через зону ноитакта образцов вычислнлась по форму. ле ам= йгГЬТ8, где йт— мощность выдетцюц!аяся в нагревателе; АТ вЂ” разность температур чежлу ооразцом 2 и гелием; 5 — площадь контактирующих павгр. косте н. В результате зксцеримсвцов было ныязлецо, что тепловая цроьоднмость контакта чрйыо пропорциональна иа:рузкс и квадрату абсолютной температуры верн одном ц тоц же зцачезии нагрузки. В работе !Л.
15! считается что тепловая прозолимость коптзкта ццределястся в осцаывом передачей телла через места пепосредстчсниого нонтяктя при давлении,в камере порядка 1О-е мл рт. сг. В то же время отмечается, что повышение давления гслнп зо 10-' нм рт. ст, поня!и~нет тепловую цроводиыость кщгтакта при загрузке р=30 ° 10' и!мя в 3 рава. Это объясняется тем, что при давлении в камере !О-' ми рг. ст. значительно увеличивается пезеляча тепла через газоную прослойку. К сожалению, отсутствие дан. пых по чистоте контактирующих поверхностей ие даст позможности провести какие-либо сопоставления.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
