Теплопровідність пористих тіл

На ефективну теплопровідність пористих матеріалів при інших рівних умовах впливає теплопровідність твердої фази. При цьому для одних пористих матеріалів коефіцієнт теплопровідності з ростом температури зменшується, в той час, як для інших, виготовлених на основі Si02, Zr02, – збільшується. Вирішальний вплив робить пористість, оскільки самі пори внаслідок низької провідності газу є ефективним бар'єром на шляху поширення тепла. Виходячи із структури матеріалу, характеру кладки його зерен, можна побудувати модель передачі тепла шляхом теплопровідності і на її основі обчислити коефіцієнт теплопровідності. По-видимому, першої теорією, використаної для розрахунку коефіцієнта теплопровідності була теорія електротеплового аналогією.

У своєму класичному курсі електрики і магнетизму Максвелл дав розрахунок електропровідності системи, що містить сферичні частинки з відмінною електропровідністю. Природно, що у наступних дослідників виникла думка поширити ці розрахунки на випадок теплопровідності, оскільки аналогія між цими двома процесами досить очевидна. Пізніше з'явилася велика кількість робіт, присвячене аналізу структури пористої системи. Пористий матеріал умовно можна розглядати як систему, що складається з чергуються між собою плоских шарів твердого та газоподібного речовин. При цьому зазвичай аналізуються два граничних випадки. У першому варіанті тепловий потік передається перпендикулярно шарам. Інакше кажучи, термічна зв'язок між окремими елементами тіла в напрямку потоку тепла абсолютно відсутній. У другому випадку тепловий потік направлений паралельно шарах, тобто умови контакту між окремими частинками в напрямку потоку тепла ідеальні. Формули для теплопровідності пористих тіл, які відповідають цим двом випадкам, мають такий вигляд. Теплопровідність металу, з якого виготовляється пористий каркас, набагато перевершує теплопровідність газу, що заповнює пори, тому формулу можна спростити до наступної залежності.

Таким чином, модель пористого тіла у вигляді паралельних тепловому потоку твердих пластин призводить до лінійної залежності коефіцієнта ефективної теплопровідності від величини пористості. Розглянемо порівняння розрахункових та експериментальних даних в залежності від пористості. Видно, що лінійна залежність зберігається, проте нахил цієї прямої для пресованих порошків набагато більше, ніж випливає з теорії. Це пов'язано з наявністю контактних термічних опорів на кордонах між частинками або волокнами пористого каркаса. Для розрахунку коефіцієнта теплопровідності порошкових матеріалів можна рекомендувати проксімаціонную залежність типу.

11 липня 2012

Джерело: www.stroysovet.ru

MAXCACHE: 0.48MB/0.00112 sec