ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Теплопроводность капиллярнопористых тел и дисперсных сред из "Тепломассообмен " Исследование теплопроводности капиллярнопористых тел и дисперсных сред проводится двумя путями. Первый путь — экспериментальное исследование теплофизических характеристик материалов при помощи известных методов, базирующихся на решении задач теплопроводности для тел различной формы. Хотя теоретические предпосылки при этом в большинстве случаев соблюдаются с некоторым приближением, этот путь дает возможность определить эффективные значения теплофизических характеристик с достаточно высокой точностью. [c.402] Надежные измерения теплопроводности капиллярнопористых тел и дисперсных материалов необходимы не только для получения количественных данных, но и для понимания основных явлений переноса тепла в таких системах, так как хорошо поставленный эксперимент дает возможность изучить зависимость тепловых свойств материалов от температуры, давления и рода газа в порах, пористости, величины зерен твердой фазы и других факторов. [c.402] Поэтому весьма распространенным является второй путь, основанный на рассмотрении реальной структуры капиллярнопористого или дисперсного материала, моделировании такой системы и последующем расчете ее эффективной теплопроводности для реальных условий работы материала. [c.403] Несмотря на большое разнообразие реальных гетерогенных пористых систем по их химическому составу, пористости, размерам частиц и пор, их различной ориентации по отношению к тепловому потоку и сложности теоретического анализа и математического описания тепловых процессов, происходящих в таких материалах, в настоящее время уже существуют теоретические зависимости, позволяющие с большей или меньшей точностью рассчитать эффективную теплопроводность пористых гетерогенных систем. Однако наряду с этим необходимо подчеркнуть, что все еще отсутствуют достаточно надежные соотношения, которые можно было бы использовать, а тем более такие соотношения, которые были бы общепринятыми для расчета эффективной теплопроводности капиллярнопористых и дисперсных систем определенных классов материалов. Развитие работ в этой области может привести к нахождению таких соотношений, что позволит сократить необходимость проведения сложных, зачастую длительных, трудоемких и дорогостоящих экспериментальных исследований. [c.403] Широко распространенным и достаточно эффективным методом теоретического исследования теплопроводности капиллярнопористых тел и дисперсных сред является использование для этой цели принципа обобщенной проводимости [Л.5-23, 5-24], базирующегося на аналогии между дифференциальными уравнениями стационарного потока тепла, электрического тока, электрической и магнитной индукции, потока массы. Такая аналогия дает возможность использовать для расчета тепловой проводимости системы основные соотношения электростатики и электродинамики. [c.403] Необходимо отметить, что использование принципа обобщенной проводимости оказывается наиболее эффективным, если оно сопровождается рассмотрением структуры материала, оценкой пористости системы, размеров частиц и пор, способов контактирования частиц между собой, оценкой влияния кондуктивной, конвективной и радиационной составляющих на эффективную теплопроводность системы. [c.403] Даже простое перечисление всех видов переноса в дисперсных системах делает очевидным тот факт, что эф ктивная теплопроводность такой системы является сложнейшей функцией температуры, давления газа, химического состава материала и газа, пористости, размеров и формы частиц и пор, степени черноты и температуры граничных поверхностей, коэффициента аккомодации поверхности частиц по отношению к газу-наполнителю и многих других факторов. [c.404] Составление, анализ и решение уравнений, учитывающих все виды переноса тепла и все указанные выше факторы, встречает очень большие трудности. Поэтому все полученные к настоящему времени расчетные соотношения выведены на основе некоторых принципиальных и частных допущений, на основе упрощения физической картины рассматриваемого процесса и идеализированного представления о структуре материала. [c.404] Огромное количество расчетных соотношений, выведенных для определения эффективной теплопроводности дисперсных систем, можно чисто условно разделить на три группы соотношения, позволяющие оценить эффективную теплопроводность дисперсных материалов при давлении, близком к атмосферному, при низких и умеренных температурах соотношения, учитывающие зависимость теплопроводности газа от давления и поэтому используемые для расчета эффективной теплопроводности материалов в разреженной среде соотношения, учитывающие лучистую теплопередачу и используемые при расчете эффективной теплопроводности при повышенных температурах. [c.406] Позднее Бургер [Л.5-31] и Фрик 1Л.5-32] распространили теорию Максвелла на эллипсоидальные частицы, а Эйкен [Л.5-11] рассмотрел случай, когда в дисперсной среде имеется несколько видов частиц различной формы. [c.408] Радиус контактного пятна для двух сферических частиц может быть определен по формуле Герца [Л.5-45]. [c.411] О — обработка экспериментальных данных [Л. 5-71] 0 — тоже [Л.5-57, 5-70, 5-73] с — то же [Л. 5-74] в — то же [Л. 5-59] -то же [Л. 5-75] линия — результаты расчета по формуле [Л. 5-55]. [c.411] Сравнение расчетных и экспериментальных данных, приведенное в [Л.5-47, 5-48], показало, что методика Л. Л. Васильева находится в хорошем согласии с экспериментом. [c.412] Вопрос о роли излучения в процессе передачи тепла в капиллярнопористых и дисперсных системах чрезвычайно сложен и наименее изучен. [c.412] Трудности при расчете теплообмена излучением в дисперсных и капиллярнопористых телах заключаются в гетерогенной структуре этих материалов. Излучение в дисперсных системах зависит от коэффициентов излучения, поглощения и рассеяния частиц, от их формы, размеров и взаимного расположения. Для того чтобы получить возможность производить техничес1 ие расчеты, необходимы определенные допущения. [c.412] Широко распространен метод, отождествляющий процесс лучистого теплообмена между двумя соседними частицами с процессом лучистого теплообмена между двумя бесконечными параллельными пластинами. Вполне очевидно, что такой подход весьма ориентировочен. [c.412] Расчеты по (5-6-10) с использованием указанных коэффициентов в ряде случаев дают хорошее совпадение с экспериментальными данными, однако рекомендовать какую-либо из формул как наилучшую пока не представляется возможным. [c.412] Существенное влияние на эффективную теплопроводность дисперсных и капиллярнопористых систем оказывает давление газа в порах. Из кинетической теории газов известно, что теплопроводность газа при нормальных условиях от давления газа не зависит, однако эта зависимость начинает проявляться с понижением давления, когда средняя длина свободного пробега молекул газа одного порядка с расстоянием б между обменивающимися теплом поверхностями или больше него, т. е. когда критерий Кнудсена (Кп = Я/б) близок к единице или больше нее. [c.412] Существуют различные оценки величины критерия Кнудсена, при которой теплопроводность газов начинает зависеть от давления. [c.412] Например, Р. С. Прасолов [Л.5-55] и некоторые другие авторы рассматривают три области область континуума (Кп 1), область свободно-молекулярного потока (Кп 1), где теплопроводность газа от давления не зависит, и так называемую переходную область (10 Кп 10 ), где теплопроводность газа существенно зависит от давления. [c.413] Вернуться к основной статье