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
теплообмен, контактное термическое сопротивление, биметалл
В работах [1, 2] рассматривается влияние на интенсивность теплообмена контактного термического сопротивления 
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:
где 
– термическое сопротивление газовой прослойки, м2К/Вт; 
– термическое сопротивление непосредственного контакта, м2К/Вт.
Принимая допущения, что твердые поверхности соприкасаются только вершинами профилей шероховатостей и толщина зазора 
между слоями в среднем вдвое меньше максимального расстояния между впадинами шероховатостей 
, выразим термическое сопротивление газовой прослойки [1, 2]:
где 
– коэффициент теплопроводности газа Вт/(мК).
При определении 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 , м2чК/ккал, поверхностей с чистотой обработки не выше 10 класса предложена формула:
где 
– номинальная площадь контакта, мкм2; 
– предел текучести предельно наклепанного материала, кг/см2; 
– коэффициент теплопроводности контактирующих материалов, ккал/(мчК); 
– нагрузка, кг.
При контакте разнородных металлов принимается для менее пластичного материала, а рассчитывается по формуле:
|
Рисунок 1 – Зависимость контактного сопротивления R от нагрузки P: 1 - сталь 1X18H9T, класс шероховатости 5; 2 – дюраль Д-16, класс шероховатости 4; ---- - расчёт |
где 
и 
– 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.
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.
