111

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Г.Ф. МОРОЗОВА

В. М. Попов

Основные факторы, влияющие на контактный теплообмен

Методические указания для самостоятельной работы аспирантов

по направлению подготовки 03.06.01 Физика и астрономия (Направленность программы

Теплофизика и теоретическая теплотехника)

Воронеж 2019

УДК 541.64

Попов В. М. Основные факторы, влияющие на контактный теплообмен [Электронный ресурс]: методические указания для самостоятельной работы аспирантов по направлению подготовки 03.06.01 Физика и астрономия (направленность программы Теплофизика и теоретическая теплотехника) / В.М. Попов; М-во образования науки и высшего образования РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». Воронеж, 2019. – 7 с.

Печатается по решению редакционно-издательского совета ФГБОУ ВО «ВГЛТУ» (протокол № от )

Рецензент: д.т.н., профессор, заведующий кафедрой промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности ВГТУ, Н.В. Мозговой

ВВЕДЕНИЕ

При создании многих технических систем широко применяются неметаллические материалы и в первую очередь полимерные материалы. В целом ряде случаев условия эксплуатации таких систем требуют осуществлять процессы теплопереноса через детали и в целом узлы, которые изготовлены из полимерных материалов, как правило имеющих низкий коэффициент теплопроводности. Возникающие при этом термосопротивления приводят к перегреву конструкций и выходу из строя. Таким образом перед материаловедами стоит задача по повышению теплопроводности материалов и полимеров.

Целью самостоятельного изучения дисциплины «Основные факторы, влияющие на контактный теплообмен» является усвоение аспирантом знаний основных закономерностей теплообмена через неметаллические материалы, методов повышения их теплопроводности, мероприятий по разработке эффективного способа модифицирования полимерных материалов.

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ К ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ

Для полноценного изучения данной дисциплины помимо общетехнических дисциплин аспирант должен обладать знаниями по физике полимеров, теплофизическим свойствам неметаллических материалов и известными способами изменения теплопроводности этих материалов.

Из общего курса дисциплины в 108 часов 54 часа отводятся на самостоятельное изучение дисциплины.

Содержание разделов для самостоятельного изучения материала дисциплины.

Введение

Вданном разделе аспирант должен ознакомиться с известными на сегодняшний день способами повышения теплопроводности неметаллических материалов.

Способы повышения теплопроводности неметаллических материалов.

Взависимости от природы материала в направлении повышения его теплопроводности, можно выделить следующие технологические приемы воздействия на материал.

1. Наполнение матрицы материала металлическими порошками.

2.Обработка дисперсно-наполненного материала в жидкотекучем состоянии металлическими порошками в физических полях (магнитные, электрические, ультразвук).

3.Введение в изделие из твердого материала металлических вставок.

4.Наполнение под давлением и повышенной температурой анизотропных материалов (древесины) жидкометаллическими композициями (олово, свинец).

5.Наполнение матрицы материала (полимера) в жидкотекучем состоянии металлическими порошками.

В данном режиме аспирант самостоятельно после изучения имеющейся по данному вопросу информации должен получить навыки создания, в частности, полимерных материалов с повышенной теплопроводностью путем наполнения матрицы полимера в жидкотекучем состоянии металлическими порошками различной природы, концентрации, дисперсности. Он обязан осуществлять прогноз по величине коэффициента теплопроводности конечного продукта.

ОБРАБОТКА ДИСПЕРСНО-НАПОЛНЕННОГО МАТЕРИАЛА В ЖИДКОТЕКУЧЕМ СОСТОЯНИИ МЕТАЛЛИЧЕСКИМИ ПОРОШКАМИ В ФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЯХ (МАГНИТНЫХ, ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ, УЛЬТРАЗВУКОМ).

При создании полимерных изделий в виде прокладок, пленок, клеевых прослоек (соединений) возникает необходимость повышения теплопроводности в направлении по нормали к их поверхности. Наиболее эффективным показал себя технологический прием создания цепочечных структур из частиц наполнителя, перемыкающих наружные поверхности изделия. В качестве побудителей рекомендуются воздействия физическими полями.

Аспирант обязан обладать в процессе самостоятельного изучения проблемы знаниями по физике процессов воздействия магнитными, электрическими полями и ультразвуком на дисперсно-наполненный полимер. Он должен обладать знаниями по влиянию на этот процесс напряженности полей, концентрации наполнителя, его дисперсности и природы.

ВВЕДЕНИЕ В ИЗДЕЛИЕ ИЗ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВСТАВОК.

Для повышения эффективного коэффициента теплопроводности изделия из неметаллических материалов (полимер, древесина, древпластик и др.) применяется технологический прием, в основу которого заложено введение в изделие вставок из высокотеплопроводных материалов и сплавов (бронза, медь, латунь). Особенно широкое применение нашел этот прием для подшипников скольжения из неметаллических материалов. В таких подшипниках для интенсификации процесса теплоотвода из зоны трения подшипник изготавливается в сборном варианте, когда секции из неметаллического материала чередуются с секциями из металлов и сплавов.

Аспирант обязан самостоятельно проработать технологию изготовления подобных изделий, уметь провести тепловой расчет процесса теплоотвода из зоны трения объекта с учетом таких факторов, как природа материалов объекта и вставок системы, свойств материала вставок и др.

НАПОЛНЕНИЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ И ПОВЫШЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРОЙ АНИЗОТРОПНЫХ МАТЕРИАЛОВ (ДРЕВЕСИНА)

ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИМИ КОМПОЗИЦИЯМИ (ОЛОВО, СВИНЕЦ).

Данный технологический прием модифицирования материалов с анизотропной структурой (древесина, древпластик, прессованная древесина) является достаточно перспективным в плане повышения теплопроводности малотеплопроводных материалов.

Аспирант обязан изучить самостоятельно по имеющейся технической литературе данный технологический прием. Он должен самостоятельно осуществлять прогноз по изменению теплопроводности конечного продукта, рассчитать параметры воздействующих факторов (давление, температуру в автоклавке), время воздействия на материале, пористость материала, природу наполнителя, его свойства с повышением температуры.

Технико-экономические показатели предлагаемой технологии. Реализация на практике данной технологии требует от аспиранта

знаний по самостоятельному расчету технико-экономических показателей. Аспиранту необходимо в самостоятельном варианте с учетом имеющихся методик получить данные по конечной продукции, которые отвечают современным требованиям по теплопроводности.

Вопросы для самоконтроля:

1.В чем заключается основа физики процесса повышения теплопроводности неметаллических материалов?

2.В чем заключается основной недостаток способа повышения теплопроводности неметаллических материалов путем их наполнения металлическими порошками?

3.За счет чего интенсивно растет теплопроводность материала с дисперсным металлическим наполнителем при физическом воздействии?

4.Какое физическое поле рекомендуется применять для обработки полимера с наполнителем ферромагнитной природы?

5.Как влияет дисперсность наполнителя на теплопроводность полимерного материала при воздействии магнитным или электрическим полем?

6.Чем объясняется повышение теплоотвода из зоны трения подшипника скольжения из древесины с металлическими вставками?

7.За счет чего растет теплопроводность неметаллического анизотропного материала, наполненного под давлением жидкометаллической композицией?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Кудинов, В.А. Техническая термодинамика и теплопередача [Текст] / В.А. Кудинов, Э.М. Карташов, Е.В. Стефанюк. М.: Юрайт, 2013. – 566 с.

2.Шатров, М.Г. Теплотехника [Текст] / М.Г. Шатров, И.Е. Иванов, С.А. Пришвин и др. М.: Академия, 2012 – 288 с.

3.Воронежцев, Ю.И. Электрические и магнитные поля в технологии полимерных композитов [Текст] / ЮБ.И. Воронежцев, В.А. Гольдаде, Л.С. Пинчук, В.В. Снежков // сМинск: Наука и техника, 1990. – 263 с.

Виктор Михайлович Попов Основные факторы, влияющие на контактный теплообмен.

Методические указания по самостоятельной работе аспирантов по направлению подготовки 03.06.01 Физика и астрономия (направленность программы теплофизика и теоретическая теплотехника)