2015-04-23
5408
Выше при анализе теплопроводности многослойных стенок мы считали, что контакт между соприкасающимися поверхностями является идеальным и поэтому температуры этих поверхностей одинаковы. Однако на реальных поверхностях всегда имеются микроскопические неровности. Поэтому соприкосновение тел происходит не по всей поверхности, а лишь по отдельным небольшим зонам (рис. 9.9.); остальные участки поверхностей контактирующих тел разделены прослойкой газа (или жидкости, если тела погружены в жидкость).
Рис. 9.9. Модель неидеального контакта между телами
Поэтому теплообмен между телами происходит частично через зоны фактического контакта, а частично – через газовую или жидкую прослойку. Это приводит к появлению теплового сопротивления в месте соприкосновения поверхностей (контактное тепловое сопротивление). Опыт показывает, что в месте контакта происходит скачок температуры, обусловленный указанным тепловым сопротивлением (рис. 9.10.).
Рис. 9.10. К объяснению контактного теплового сопротивления
|
|
|
Этот скачок температуры (∆ t к) связан с плотностью теплового потока q и контактным тепловым сопротивлением (R к) следующим уравнением:
(9.42)
где 
, 
– температуры контактирующих поверхностей;
R к – контактное тепловое сопротивление.
Величина R к зависит от природы, чистоты обработки (рис. 9.11.) и твердости контактирующих поверхностей.
С ростом силы сжатия (давления p) тепловое сопротивление уменьшается, так как при этом увеличивается площадь фактического контакта (рис. 9.12.).
Рис. 9.11. Зависимость R к от чистоты Рис. 9.12. Зависимость R к от силы
обработки поверхности сжатия поверхностей
Сопротивление контакта уменьшается, если пространство между поверхностями заполнить более теплопроводной средой (например, водородом вместо воздуха).
Повышение температуры в зоне контакта обычно понижает величину R к,так как с ростом температуры повышается коэффициент теплопроводности газов. Уменьшение величины R к можно достигнуть применением покрытий или тонких металлических прокладок, имеющих малую твердость и высокий коэффициент теплопроводности.
Когда величина R ксоизмерима с тепловым сопротивлением самих стенок, то её следует учитывать в расчётах. Для плоской двухслойной стенки уравнение теплопроводности с учётом сопротивления контакта имеет вид:
. (9.43)
Значения R к определяют по опытным данным или расчётным путём с помощью полуэмпирических методов.
