ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Механизм процесса теплопроводности из "Экспериментальное исследование процессов теплообмена " Аналитическая теория теплопроводности представляет собой теорию распространения тепла в различных неравномерно нагретых телах. Эти материальные тела рассматриваются как сплошные среды, непрерывно заполняющие пространство, без учета молекулярного строения и молекулярных свойств вещества. [c.7] В соответствии с этим тела характеризуются так называемыми макросвойствами. К ним относятся коэффициенты теплопроводности и температуропроводности, удельная теплоемкость, объемный вес, вязкость вещества, коэффициенты диффузии и др. [c.7] Здесь будут рассмотрены лишь тепловые характеристики, кото-ры включают первые три макросвойства. [c.7] Коэффициент теплопроводности изменяется в весьма широких пределах в зависимости от природы тела, что объясняется различным механизмом переноса тепла, который имеет место в этих телах. Теплопроводность любого твердого вещества состоит из электронной проводимости, обусловленной движением свободных электронов, и так называемой ионной проводимости, связанной с тепловыми колебаниями кристаллической решетки. Удельный вес указанных проводимостей в различных телах различен. [c.7] Для большинства чистых металлов распространение тепла, обусловленное колебаниями решетки, можно считать пренебрежимо малым по сравнению с переносом за счет движения свободных электронов. Тепловая скорость движения этих электронов очень велика. Поэтому металлы являются лучшими проводниками тепла по сравнению с другими телами. Различные металлы различно проводят тепло. [c.7] Теплопроводность металлов зависит от температуры. При увеличении температуры движение положительных ионов и электронов в решетке становится интенсивнее. В связи с этим переход электронов с одной орбиты на другую или проталкивание между ионами затрудняется, поэтому теплопроводность с увеличением температуры уменьшается. Теплопроводность чистых металлов уменьшается с увеличением содержания в них различных примесей, так как они вызывают существенное нарушение структурной однородности чистых металлов. С увеличением температуры влияние примесей на теплопроводность металлов уменьшается. [c.7] Теплоп1эовод11Ссть Металлов изменяется в зависимости от термической обработки, так как она также вызывает соответствующие изменения в структурном состоянии. [c.8] С повышением температуры это влияние уменьшается например, при температуре выше 500° С коэффициент теплопроводности сталей практически не зависит от вида термообработки [Л. 6]. Механическая обработка металла также влияет на коэффициент теплопроводности. После таких видов обработки, как волочение, прокатка, металл может приобрести слоистый характер и его теплопроводность может получить анизотропный характер, т, е. изменяться с направлением. [c.8] Для расчета Л, надо знать См, с , р. т. [c.8] Теплопроводность большинства расплавленных чистых металлов меньше, чем в твердом состоянии, за счет уменьшения плотности. [c.8] Теплопроводность различных твердых сплавов меньше, чем теплопроводность чистых металлов. Так. например, какой бы сорт стали ни рассматривался, ее теплопроводность оказывается всегда меньшей, чем теплопроводность чистого железа. Зависимость теплопроводности сплавов от температуры может иметь различный характер. [c.8] К ним относятся слюда, фарфор, эбонит, кварц и др. [c.8] Полупроводниковые твердые тела , содержащие слабо связанные электроны, по величине электропроводности занимают промежуточное положение между металлами — хорошими проводниками тепла и электричества и дизлентриками — плохими проводниками тепла и электричества. Чистые полупроводники обладают смешанной (электронной и дырочной) проводимостью. С повышением температуры число свободных электронов увеличивается, в соответствии с этим увеличивается и доля электронной проводимости. При достаточно низких температурах все полупроводники становятся диэлектриками. В этом случае теплопроводность обусловливается главным образом упругими колебаниями решетки. Поэтому отличие полупроводников от диэлектриков носит скорее количественный, чем качественный характер. [c.9] Коэффициент теплопроводности для большинства неметаллических твердых тел линейно изменяется с температурой. Ряд керамических веществ (окись бериллия, алюминия, двуокись титана и др.) имеет сложную температурную зависимость для коэффициента теплопроводности. Его велчина вначале падает, а затем возрастает за счет увеличения лучистого переноса тепла внутри этих тел. Указанные керамические. вещества являются твердыми диэлектриками и одновременно пористыми телами. Кроме них, многие твердые тела имеют не сплошное, а пористое или волокнистое строение Различные пористые материалы характеризуются наличием пустых промежутков (пор) между отдельными твердыми частицами. Часть этих пор представляет собой небольшие замкнутые объемы, а некоторые из них сообщаются между собой, образуя открытую пористость. Наполнителем пор может являться различная среда. Распространение тепла обусловливается совокупностью различных явлений. Внутри твердых частиц тела, а также в местах непосредственного контакта между ними тепло переносится за счет теплопроводности. В среде, заполняющей поры, перенос тепла осуществляется также теплопроводностью и, кроме того, за счет конвекции и теплового излучения. С увеличением размеров пор роль конвекции увеличивается. При уменьшении размеров пор и увеличении их количества имеет место одновременное уменьшение размеров твердых частиц, составляющих пористое тело. Это приводит к уменьшению поверхности соприкосновения между частицами, соответствующему увеличению контактного теплового сопротивления, а следовательно, уменьшению коэффициента теплопроводности. [c.9] На рис. 1-1 представлена зависимость коэффициента теплопроводности грунта от температуры при отрицательных и положительных ее значениях, полученная автором. Из нее следует, что при отрицательных температурах коэффициент теплопроводности выше, чем при положительных, так как теплошровсдность замерзшей воды, содержащейся в порах, выше, чем незамерзшей. Переход из одной указанной области в другую совершается, в виде скачка при температуре —5° С [Л. 4]. [c.10] ВИЯХ вакуума по данным, полученным в работе автора, проведенной совместно с А. В. Елисеевым и В. А. Андриановой. Поскольку гелий отличается большей теплопроводностью, чем воздух, то теплопроводность материала в этом случае больше, чем для пор, заполненных воздухом. В условиях вакуума коэффициент теплопроводности резко уменьшается. Во всех трех случаях теплопроводность увеличивается с температурой. Это объясняется увеличением роли излучения и конвекции в газовой среде. Теплопроводность пористых тел в некоторых случаях настолько сильно увеличивается с температурой, что они практически перестают играть роль теплоизоляционных материалов. [c.10] Влиягше ко.нвективного переноса тепла в лорах зависит не только от физических свойств среды, но и от температурного напора. Влияние температурного напора для мелкозернистого пористого тела, меньше, чем при крупнозернистой структуре. [c.10] Здесь принято, что число Рг. и динамическая вязкость 1 х не зависят от температуры. Из приведенного соотношения следует, что оивек-тивный перенос тепла в среде при дайной температуре пропорцио- ален температурному напору ДГ, квадрату давления р, квадрату молекулярного веса газа М и кубу линейного размера пор I. [c.11] В противоположность конвекции перенос тепла путем теплопроводности в газах и жидкостях уменьшается с увеличением молекулярного веса (см. ниже). [c.11] Вернуться к основной статье