ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы ТЕОРИЯ ОБОБЩЕННОЙ ПРОВОДИМОСТИ Методы теоретического исследования теплопроводности смесей из "Теплопроводность смесей и композиционных материалов " Смеси веществ широко распространены в природе и используются в различных технических устройствах. Термин смеси следует понимать в самом широком смысле это могут быть смеси газообразных, жидких, твердых тел и их комбинаций гетерогенные и гомогенные системы. К смесям можно отнести смеси газов и жидкие растворы, твердые пористые системы с газовыми или жидкими включениями, зернистые, волокнистые, спеченные материалы, гетерогенные материалы с твердыми компонентами сплавы металлов и неметаллов и т. д. [c.5] Особую группу составляют так называемые композиционные материалы, полученные методами керамической технологии или иной технологической обработкой. К композиционным отнесем также металломинералы и стеклокерамики, металлопласты, армированные и некоторые другие материалы, нашедшие широкое применение в качестве конструкционных, строительных, теплоизоляционных материалов. [c.5] Авторами рассматриваются аналитические методы, позволяющие с единых позиций рассчитывать значения коэффициентов тепло- и электропроводности смесей. Исходными для расчета во всех случаях являются данные об этих коэффициентах веществ, из которых состоит смесь, их объемные концентрации, а также некоторые общие сведения о структуре изучаемой системы. Результаты расчета сопоставлены с обширным экспериментальным материалом по теплопроводности и частично электропроводности смесей. Эти коэффициенты зависят от многих параметров, что делает проблематичным использование широко принятой в справочной литературе табличной или графической формы представления результатов. Известно, что наиболее емким является аналитическое (формульное) выражение зависимости искомого коэффициента от определяющих параметров. [c.5] Существенное внимание обращено на обоснование моделей структуры и расчетных формул, оценку их точности и пределов применения. Анализируется достоверность исходной информации, необходимой для расчета. [c.5] Замечания и пожелания по книге просьба направлять по адресу 192041, Ленинград, Марсово поле, д. 1. Ленинградское отделение издательства Энергия . [c.6] Принято считать, что достаточно достоверные сведения о физических свойствах подавляющего большинства веществ может дать только опыт, а о свойствах новых материалов лучше всего судить после того, как они будут созданы и изучены. К сожалению, из-за отсутствия надежной теоретической базы эта точка зрения близка к истине. Усилия многих физиков, химиков, технологов направлены на разработку веществ и материалов с заранее заданными свойствами. Отсюда понятно, почему в настоящее время создание методов, позволяющих рассчитать свойства существующих и вновь создаваемых материалов, является актуальной задачей, особенно если принять во внимание обилие неизученных веществ. Сейчас насчитывается несколько миллионов различных веществ, смесей и композиционных материалов, причем ежегодно создается порядка ста тысяч новых, большинство из которых можно отнести к многокомпонентным смесям. Интерес к теоретическим исследованиям процессов переноса вызван также и рядом других причин. [c.7] Во-первых, исследователи все чаще вторгаются в экстремальные области (высокие и низкие температуры и давления). При экстремальных значениях температур и давлений проведение экспериментов для определения теплопроводности и других коэффициентов переноса связано с большими трудностями, а порой пока еще и невозможно. [c.7] Во-вторых, в настоящее время назрела необходимость поиска путей и способов обобщения информации по теплопроводности смесей накопившийся громадный фактический материал необходимо осмыслить с единых позиций и найти удобные формы компактного представления информации. [c.8] В-третьих, возникшее противоречие между большим числом неизученных материалов и ограниченными возможностями экспериментальных исследований можно снять, либо увеличивая фронт экспериментальных работ, либо развивая теорию (последнее гораздо рентабельнее). [c.8] Наконец, изучение механизма процессов переноса должно переместить центр тяжести работ по созданию материалов с наперед заданными свойствами из области лабораторного эксперимента в область физических и математических исследований. До сих пор, как правило, изучались вещества, предоставленные нам природой или созданные химиками и технологами. В ближайшем будущем работа, наверное, будет начинаться с определения того, какой материал хочет получить человек, и первые шаги по созданию нового материала будут делать физик и математик. [c.8] Методы исследования. Расчет теплофизических свойств веществ, смесей, композиционных материалов производится обычно с помощью формул, найденных либо на основе физических моделей, либо путем аппроксимации опытных данных. В основу одних аппроксимаций положена та или иная теория (например, идеи термодинамического подобия), другие — целиком опираются на эмпирические данные. [c.8] Различные физические модели условно разделим на три типа корпускулярные, континуальные, корпускулярно-континуальные (комбинированные). [c.8] В корпускулярных моделях изучаются физические свойства тел в зависимости от их строения, сил взаимодействия между образующими тела молекулами, атомами и ионами, от характера теплового движения этих частиц. Методы исследования этих процессов широко используются в различных разделах молекулярной физики. [c.8] В континуальных моделях вещество представлено в виде сплошной среды и анализ основан на феноменологических представлениях о процессе переноса. В частности, теория обобщенной проводимости базируется на моделях этого типа. [c.8] Рассмотрим более подробно возможности корпускулярных моделей. В настоящее время наиболее полно изучены свойства газов и их смесей. Современная молекулярно-кинетическая теория позволяет довольно надежно рассчитывать теплопроводность, вязкость, молекулярную диффузию, коэффициент термодиффузии и другие физические свойства газовых смесей. [c.9] Как пишут Р. Рид и Т. Шервуд [91], ... хотя и все известно о молекулах, оказывается, что молекулярная теория позволяет рассчитывать физические свойства вещества только в том случае, когда известны данные по другим физическим свойствам. Теоретические же расчеты, основанные только на знании молекулярной структуры, пока неосуществимы . [c.9] Выше отмечалось, что в континуальных моделях смесей отдельные компоненты рассматриваются в виде сплошной среды (континуума) и на основании фопоменологического анализа процесса переноса устанавливается зависимость эффективного коэффициента переноса от структуры смеси, от коэффициентов переноса отдельных компонент и от их концентрации. В свою очередь, коэффициенты переноса отдельных компонент определяются либо экспериментально, либо на основании теоретических представлений. [c.9] Исследования теплопроводности смесей методами теории обобщенной проводимости (континуальные модели) проводятся начиная с конца прошлого века. Интенсивность работ в данном направлении в последние годы резко возросла. В настоящее время для теории обобщенной проводимости характерны обилие формул, частных приемов решения задач, разноречивость мнений в оценке надежности самого метода и границ его применимости. Известны отдельные работы, результаты которых показывают большие возможности метода, и в то же время некоторые исследования столь же убедительно приводят к противоположному выводу. [c.9] Все это требует четкого изложения основных приемов исследования континуальных моделей и определения границ применения теории обобщенной проводимости. [c.9] Классификация различных структур. Прежде чем переходить к существу проблемы, остановимся иа некоторых определениях и приведем классификацию различных смесей. [c.10] Вернуться к основной статье