Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
Рассматривается подход к определению контактного термического сопротивления двуслойных материалов и результаты сопоставления аналитического определения термического сопротивления с экспериментальными данными. Показана необходимость учета контактного термического сопротивления при проектировании теплообменных аппаратов

Ключевые слова:
теплообмен, контактное термическое сопротивление, биметалл
Текст
Текст произведения (PDF): Читать Скачать

В работах [1, 2] рассматривается влияние на интенсивность теплообмена контактного термического сопротивления Rк  теплопередающей поверхности из биметалла, возникающего в микроскопическом зазоре между слоями металла, как правило, заполненном воздухом. Тепловой поток между контактирующими поверхностями проходит в основном посредством теплопроводности через среду, заполняющую зазор между выступами шероховатости в контактной зоне, и через зоны непосредственного контакта. Соответственно, контактное термическое сопротивление можно выразить соотношением:

1Rк=1Rг+1Rф ,

где Rг  – термическое сопротивление газовой прослойки, м2К/Вт; Rф  – термическое сопротивление непосредственного контакта, м2К/Вт.

Принимая допущения, что твердые поверхности соприкасаются только вершинами профилей шероховатостей и толщина зазора δ  между слоями в среднем вдвое меньше максимального расстояния между впадинами шероховатостей δmax , выразим термическое сопротивление газовой прослойки [1, 2]:

Rг=δλг ,

где λг  – коэффициент теплопроводности газа Вт/(мК).

При определении Rф  в работе [3] использовались результаты аналитического исследования термического сопротивления контактного пятна и электрического сопротивления контакта. Указывается, что при сжатии поверхностей размер контактного пятна почти не изменяется, а увеличение площади фактического контакта происходит в основном в результате увеличения их количества. В зависимости от нагрузки и чистоты обработки поверхностей изменяются относительная величина фактической площади контакта и относительное сближение поверхностей, что обусловливает изменение термического сопро тивления непосредственного контакта. Для расчета Rф , м2чК/ккал, поверхностей с чистотой обработки не выше 10 класса предложена формула:

Rф=3Sнσт2,1∙104λмN,

где Sн  – номинальная площадь контакта, мкм2; σт  – предел текучести предельно наклепанного материала, кг/см2; λм  – коэффициент теплопроводности контактирующих материалов, ккал/(мчК); N  – нагрузка, кг.

При контакте разнородных металлов σт  принимается для менее пластичного материала, а λм  рассчитывается по формуле:

λм=2λм1λм2λм1λм2,

Рисунок 1 – Зависимость контактного сопротивления R от нагрузки P: 1 - сталь 1X18H9T, класс шероховатости 5; 2 – дюраль Д-16, класс шероховатости 4; ---- - расчёт

где λ м1  и λ м2  – коэффициенты теплопроводности материалов двуслойной стенки, ккал/(мчК).

 

На рисунке 1 представлено сравнение результатов аналитического расчета контактного термического сопротивления по описанной методике и экспериментальных данных. Можно сделать вывод, что контактное термическое сопротивление шероховатых поверхностей при различных усилиях сжатия с достаточной точностью может быть определено расчетным путем.

Список литературы

1. Щербин, С.А. Особенности применения и расчета многослойных материалов в химической аппаратуре с теплообменными устройствами / С.А. Щербин, В.А. Колесниченко // Вестник АнГТУ. – 2023. – № 17. – С. 150-154.

2. Щербин, С.А. Влияние контактного термического сопротивления биметаллических материалов на интенсивность теплообмена / С.А. Щербин, В.А. Колесниченко, Д.И. Шарифулин // Современные технологии и научно-технический прогресс. – 2023. – № 10. – С. 87-88.

3. Шлыков, Ю.П. Термическое сопротивление контакта / Ю.П. Шлыков, Е.А. Ганин // Атомная энергия. – 1960. – Т. 9, вып. 6. – С 496-498.

Войти или Создать
* Забыли пароль?