Перенос теплоты в вакууме

Тепловой поток теплопроводностью Вт между параллельными пластинами в условиях низкого вакуума определяется из соотношения

, (5.1)

где Т₁ и Т₂ – температура "теплой" и "холодной пластины", К; F – площадь поверхности пластины,м²; λ - коэффициент теплопроводности газа при средней температуре, Вт/(м·К); – расстояние между пластинами, м.

Коэффициент теплопроводности газа может быть рассчитан из соотношения:

где = 0,5, 1,9 и 1,75 соответственно для одноатомных, 2-х атомных и многоатомных газов; – плотность газа, кг/м³; – удельная изохорная теплоемкость газа, Дж/(кг·К); – средняя арифметическая скорость молекул, м/с; – средняя длина свободного пути молекул, м.

Тепловой поток теплопрводностью Вт между параллельными пластинами в условиях высокого вакуума запишется так:

(5.2)

где Т – средняя температура пластин, К; М – молекулярная масса, кмоль/кг; – среднее давление, Па; – коэффициент аккомодации, выражающий поправку на то, что молекула газа, ударяясь о нагретую или холодную поверхность, не успевает приобретать энергию, соответствующую температурам пластин.

Коэффициент аккомодации можно вычислить по формуле:

где α₁,α₂ – коэффициенты аккомодации при температуре Т₁ и Т₂ соответственно.

В таблице 5.1 приведена зависимость коэффициента аккомодации от температуры.

Таблица 5.1

Зависимость коэффициента аккомодации от температуры

Температура,К	Коэффициент аккомодации
Воздух	Н2	Не
	0,8…0,9	0,3	0,3
	1,0	0,5	0,6
	1,0	1,0	0,6

Тепловой поток i ^го газа Вт, обусловленный конденсацией, определяют по формуле

, (5.3)

где – вероятность конденсации i ^го газа; – газовая постоянная i ^го газа, Дж/(кг·К) – парциальное давление i ^го газа, Па; Т – температура "холодной" поверхности, К; – среднее изменение энтальпии при конденсации, Дж/кг.

Тепловой поток излучением Вт такой же как в лучепрозрачных средах и не зависит от степени вакуума и для 2-х произвольных поверхностей может быть рассчитан из соотношения

(5.4)

где Т₁ и Т₂ – температуры "теплого" и "холодного" тела соответственно; ; – коэффициент облученности 2-го первым телом; – постоянная Стефана-Больцмана.

Тепловой поток Вт излучением между параллельными пластинами примет вид

(5.5)

где .

Значения степеней черноты некоторых материалов в зависимости от температуры приведены в таблице 5.2

Таблица 5.2

Степени черноты материалов в зависимости от температуры

№ п/п	Материал	Степень черноты при температуре, К
		4,2
	Медь	0,03	0,019	0,015
	Алюминий	0,03	0,018	0,011
	Коррозионно-стойкая сталь	0,10	0,06	–
	Углеродистая сталь	0,6	–	–
	Серебро	0,03	0,01	–

Тепловой поток по тепловым мостам Вт может быть приближенно рассчитан по формуле

(5.6)

где – площадь сечения теплового моста, м²; – длина теплового моста, м; – теплопроводность материала теплового моста при средней его температуре, Вт/(м·К).

Для уменьшения теплопритоков, вследствие теплопроводности обычно применяют длинные тонкостенные трубки из металлов с малой теплопроводностью – коррозионно-стойкой стали, нейзильбера, мельхиора (см. таблицу 5.3).

Таблица 5.3

Теплопроводность некоторых материалов в зависимости от температуры

Сплав Состояние образца	Теплопроводность, Вт/(м·К) при температуре, К
Нейзильбер необработанный
0,7	1,3	2,8	7,4
Коррозионно-стойкая сталь необработанная	0,25	0,4	0,7	2,0	4,6	8,0