ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы ТВЕРДЫЕ СМЕСИ И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ 4- 1. Структура связанных материалов из "Теплопроводность смесей и композиционных материалов " Результаты расчета эффективной теплопроводности по формулам (3-9), (3-41) сопоставлены на рис. 3-13 — 3-20 и в табл. 3-2 с экспериментальными данными для различных природных и искусственных зернистых материалов в широком диапазоне изменения параметров. [c.97] Теплопроводность зерен изменялась от 0,2 вт/ м град) (дифениламин) до 50 вт/(М град) (сталь). Теплопроводность компоненты в порах изменялась от ЫО- вт/(м-град) (вакуум, низкие температуры) до 0,6 вт/(м-град) (вода). Пористость зернистых материалов от 0,3 до 0,96. Давление газа-наполнителя колебалось от 1,33-до 1,33-10 н/ж . Диапазон изменения температур составлял от 90° К до 1400° К. [c.97] Влияние пористости. С ростом пористости заполненных газом зернистых систем в состоянии свободной засыпки эффективная теплопроводность падает (см. рис. 3-1). Это вызвано уменьшением объемной доли зерен, обладающих более высокой теплопроводностью. Если пористость засыпки близка к единице (т2 0,96), то теплопроводность зернистого материала может существенно увеличиться, что связано с сильным возрастанием лучистого потока тепла. Амплитуда всплеска и положение его максимума зависят от свойств материала (размер зерен и степень черноты их поверхности), от толщины слоя засыпки, от степени черноты ограничивающих поверхностей и от средней температуры слоя (рис. 3-13). [c.97] Качественный характер изменения эффективной теплопроводности засыпок с ростом температуры, предсказываемый расчетом, совпадает с наблюдаемым в опыте во всех рассмотренных случаях. [c.99] Влияние размера частиц. Если поры заполнены газом, то увеличение размера частиц приводит к росту лучистой составляющей коэффициента теплопроводности компоненты в порах, что, в свою очередь, увеличивает эффективную теплопроводность. [c.99] М 34 вт/[м-град), т2=0,42) вызывает изменение эффективной теплопроводности менее чем в два раза. [c.100] Изменение теплопроводности компоненты в порах (рис. 3-17) от 2,4-10 2 вт/(м-град) (воздух) до 17,3-10- вт/(м-град) (водород) вызывает увеличение эффективной теплопроводности с 0,24 вт/(м-град) до 1,3 вт/(м-град). [c.100] Влияние давления газа-наполнителя. На рис. 3-17—3-21 сопоставляются результаты расчета с опытными данными при изменении давления и рода газа-наполнителя, материала и размеров частиц, пористости и температуры. Для всех рассмотренных зернистых систем ход расчетных кривых К(Н) совпадает с результатами измерений, причем уменьшение эффективной теплопроводности засыпок с понижением давления газа-наполнителя происходит быстрее, чем падение теплопроводности самого газа при тех же давлениях. Особенно заметный спад эффективной теплопроводности наблюдается для засыпок из мелких частиц (с/ 0,2 мм), заполненных высокотеплопроводным газом с большой длиной свободного пробега молекул (рис. 3-17, 3-19). [c.100] Существенное влияние на ход зависимости Х(Я) может оказывать величина коэффициента аккомодации, что особенно заметно в системах с резким отличием молекулярных весов компонент, таких, как засыпка урана в гелии (рис. 3-19). [c.103] По результатам сопоставления построена гистограмма расхождений расчетных и опытных значений эффективной теплопроводности, показанная на рис. 3-22. В рамках проведенной работы не наблюдается каких-либо систематических отклонений. Характер гистограммы близок к кривой нормального распределения. Среднеквадратичное расхождение для 200 точек составляет около 10%. Качественное и количественное совпадение можно считать вполне удовлетворительным во всем диапазоне изменения параметров. [c.103] Пример расчета эффективной теплопроводности дробленого корунда в воздухе при атмосферном давлении (Я=760 мм рт. ст.), при температуре 7 =273°К, в состоянии свободной засыпки. Исходные параметры для расчета приведены в табл. 3-3. [c.103] Если принять высоту шероховатостей Лш=0, то плоский зазор отсутствует (теплопроводность в нем Ям.з = 0) и уг = У1 — 2,05- 0- . [c.104] Вычислим теплопроводаость газа в зазоре между зернами по формулам (3-36), (3-34) и (3-33) бс.з=0,19-10-=(0- -1/7,09) =2,68-10- л, л=4-IX X5,7- 10-8(273)3.2,68- 10-5=1,24- 10- вт (м-град), Я .з=0,0241-f0,00012= = 0,0242 вт (м-град). [c.104] Аналогичным образом рассчитывается минимальное значение эффективной теплопроводности системы ьмин=0,29 вт/(м-град). [c.105] Общие сведения. Металле-, минерале- и стеклокерамика и металлопласты (композиционные материалы) представляют собой большие группы твердых систем, используемых в качестве конструкционных, строительных и теплоизоляционных материалов, а также для специальных целей. В структурах композиционных материалов можно увидеть признаки общности, что позволяет свести до минимума число моделей структур и разработать единые методы расчета их коэффициентов обобщенной проводимости. По технологии производства композиционные материалы можно разделить на два класса материалы, полученные прессованием и спеканием компонент в твердом состоянии, и материалы, полученные на основе разжиженных связующих компонент, переходящих затем в твердое состояние. [c.106] Принятая классификация не охватывает группу композиционных материалов, армированных волокнами, сетками, лентами и нитевидными кристаллами, часть из них будет рассмотрена в гл. 5. [c.106] К первому классу относится все многообразие материалов, получаемых прессованием смесей порошков с последующей температурной обработкой (обжиг, спекание). Число и род компонент, давление прессования и число повторных опрессовываний существенно влияют на характер структуры. [c.106] Композиционные материалы второго класса технологически отличаются лишь родом связующей компоненты и диапазоном температур жидкого состояния связующей компоненты. Минеральные (цементы, жидкое стекло) и органические связующие вещества (смолы, пластмассы) позволяют вести производство строительных и теплоизоляционных материалов, абразивов, компаундов при температурах, близких к комнатным. Высокотемпературная обработка требуется для многих стеклокерамик и композиционных материалов иа фосфорорганических связующих. [c.106] Композиционные материалы входят в более обширную группу, которая объединяет так называемые связанные материалы. Термин связанные материалы (от английского термина onsolidated materials) является родовым понятием, объединяющим большие группы природных и искусственных материалов различного происхождения спрессованных, спеченных, сцементированных, слепившихся и т. п. [c.107] В способе возникновения различных связанных материалов содержится много общего. В начальный момент большинство из них существует в виде свободной засыпки зерен, контакт которых носит точечный характер. Далее в процессе естественного или искусственного изменения исходных внешних условий (температуры, давления на слой засыпки, отложений твердого вещества в точках контакта из жидкой или газовой компоненты, заполняющей поры) происходит увеличение размеров пятна контакта. Если этот процесс протекает без существенного изменения общего объема, то исходная зернистая система преобразуется в ранее известную структуру с взаимопроникающими компонентами (твердое тело с сообщающимися порами). Если процесс роста пятен контакта сопровождается уменьшением общего объема за счет уменьшения пористости, то исходная засыпка зерен может быть превращена в конце концов в твердый непористый монолит. [c.107] Вернуться к основной статье