МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИФИ»

ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ И ТЕХНОЛОГИЙ КАФЕДРА «ТЕПЛОФИЗИКИ»

Курс лекций «Основы теории тепломассообмена»

Лекция №6. Контактное термическое сопротивление

Москва 2026

Курс лекций «Основы теории тепломассообмена».

Основные понятия о контактном теплообмене

Реальный контакт поверхностей двух твердых тел происходит в отдельных точках и характеризуется неравенством температур на границе раздела этих тел; Часть теплового потока устремляется к пятнам фактического контакта, поскольку теплопроводность

материалов тел обычно существенно больше теплопроводности среды в зазорах между границами контакта этих тел;

Проводимость контакта:

αк – проводимость контакта; αм – проводимость мест фактического контакта;

αс – проводимость межконтактной среды.

Курс лекций «Основы тепломассообмена». Контактное термическое сопротивление.

2/14

Основные понятия о контактном теплообмене

Проводимость контакта:

Rк – термическое сопротивление контакта; Rм – термическое сопротивление мест

фактического контакта (указывается для верхней и нижней границы, обусловлена стягиванием линий теплового потока;

Ro – термическое сопротивление окисной пленки; Rc – термическое сопротивление среды в зазоре.

Курс лекций «Основы тепломассообмена». Контактное термическое сопротивление.

3/14

Основные понятия о контактном теплообмене

В современных механизмах и тепловых машинах величина температурного скачка составляет в большинстве случаев десятки градусов, в ядерных реакторах, газовых турбинах летательных аппаратов температурный скачок достигает сотен градусов;

Повышение температуры в зоне раздела приведет к снижению термического сопротивления за счет снижения твердости материалов и увеличения теплопроводности межконтактной газовой среды;

Теплообмен в межконтактной среде путем излучения существенен лишь при температурах свыше 700- 750 К

Курс лекций «Основы тепломассообмена». Контактное термическое сопротивление.

4/14

Особенности поверхности твердого вещества

На поверхности любого твердого тела всегда имеются неровности, величина которых определяется методом обработки поверхности. Характерные величины неровностей 0,03 – 200 мкм;

Крайняя граница поверхностного слоя вещества имеет переходную граничную зону, на которой возможно адсорбирование молекул воздуха и водяных паров толщиной порядка 10-7 – 10-6 мм;

Большинство металлов и сплавов окисляется в воздухе уже при комнатной температуре, реальные поверхности твердых тел также загрязнены масляными включениями, частицами пыли и абразивами;

При описании поверхности выделяют микронеровности (шероховатость), волнистость (периодически повторяющиеся, близкие по размерам неровности) и макронеровности (отклонения формы поверхности, определяющие общую форму тела)

Курс лекций «Основы тепломассообмена». Контактное термическое сопротивление.

5/14

Особенности поверхности твердого вещества

Пример отклонений форм цилиндрических поверхностей

Курс лекций «Основы тепломассообмена». Контактное термическое сопротивление.

6/14

Особенности поверхности твердого вещества

Курс лекций «Основы тепломассообмена». Контактное термическое сопротивление.

7/14

Особенности поверхности твердого вещества

Основные параметры шероховатых поверхностей:

•Средняя высота неровностей hср – среднее расстояние между находящимися в пределах базовой длины пятью высшими точками выступов и пятью низшими точками впадин, измеренное от линии, параллельной средней линии;

•Наибольшая высота неровностей hмакс – расстояние между линией впадин и линией выступов;

•Коэффициент заполнения профиля m = hср/hмакс – отношение площади в плоскости профиля, занимаемой металлом, к площади, заключённой между линиями выступов впадин.

•Несущая длина профиля – сумма отрезков, отсеваемых линией параллельной средней линии профиля на участках профилограммы, заполненной материалом;

•Шаг неровностей – расстояние между вершинами характерных неровностей профиля.

Курс лекций «Основы тепломассообмена». Контактное термическое сопротивление.

8/14

Особенности поверхности твердого вещества

При обработке поверхностей и их контактировании происходит пластическая деформация поверхностного слоя материала, распространяющаяся на некоторую зону, расположенную под обработанной поверхностью. Физическое состояние этого слоя материала характеризуется поверхностной твердостью деформированного слоя, величиной, знаком и характером распределения остаточных напряжений, а также микроструктурой этого слоя.

Процессы пластической деформации, имеющие место при механической обработке поверхностей, разделяются на деформации с неполным и полным упрочнением. Процесс пластической деформации с неполным упрочнением сопровождается одновременно упрочнением и разупрочнением;

Все перечисленные особенности поверхностного слоя твердого тела оказывают влияние на формирование фактической площади контакта двух твердых тел.

Курс лекций «Основы тепломассообмена». Контактное термическое сопротивление.

9/14