Особенности определения коэффициента теплопроводности немонолитных загрузок

1.1.2. Особенности определения коэффициента  теплопроводности немонолитных загрузок

Коэффициент теплопроводности l [Вт/(м·К)], характеризующий способность тела проводить теплоту, зависит от природы вещества, его структуры, температуры и некоторых других факторов. Значения l для сталей различных марок можно взять из справочных таблиц.

Для немонолитных загрузок, состоящих из нескольких слоев деталей (рулонов листового металла, пакетов листов, прутков, труб, насыпных загрузок и т.п.), пользуются понятием эффективной теплопроводности (l_эф).

При определении l_эф  в неоднородных телах применяют закон суммирования либо термических сопротивлений - при тепловом потоке, перпендикулярном слоям, либо тепловых проводимостей - при потоке, параллельном слоям.

Так при определении эффективной теплопроводности листов (рулонов), у которых плоскость листов расположена перпендикулярно направлению теплового потока, рекомендуется формула:

l_эф =   ,                                                                   (1.25)

где  n - число листов;  d₁ -  толщина листов, м;  l₁ - коэффициент теплопроводности металла листов, Вт/(м·К);  (n - 1) - количество газовых прослоек между листами; d₂- толщина газовой прослойки, м ;

l₂ - коэффициент теплопроводности газовой прослойки, Вт/(м·К).

Передача тепла через газовую прослойку будет происходить не только теплопроводностью, но и конвекцией, а также (особенно при высоких температурах) излучением.

Для определения коэффициента теплопроводности газовой прослойки дается формула:

l₂ = l_G   +   ad₂,                                                                              (1.26)

где  l_G - коэффициент теплопроводности газа, находящегося в зазорах между листами,  Вт/(м К);   a = 4С_O·10^-8e_PR.Т³, Вт/(м² К); 

e_PR.=  ; e - степень черноты листов.

Теплопроводность пакета листов, у которого плоскость листов расположена параллельно направлению теплового потока, определяют по формуле:

l_эф=  ,                                                          (1.27)

Здесь обозначения те же, что и в формуле (1.26).

Для определения эффективной теплопроводности загрузок из деталей округлой формы  можно использовать формулу:

l_эф= l_G,(1.28)

где  e_P  -  степень черноты поры.

Для загрузки из мелких и средних изделий произвольной формы можно пользоваться формулой:

l_эф =  ,                                                             (1.29)

Значение пористости  p  определяется для различных загрузок экспериментально. Для загрузки в виде хаотически уложенных цилиндрических деталей длиной  l  и диаметром  d  получена формула

p = 0,326  +   0,148 ( l/ d   -   1,25 )^0,371 ,                                      (1.30)

              1,25   <   l / d   <   10

На рис. 1.3 приведены экспериментальные данные по эффективной теплопроводности загрузок из хаотически уложенных стальных цилиндров различных размеров и чугунных деталей.

Данные по эффективной теплопроводности упорядоченно уложенных прутков и труб приведены на рис. 1.4 , а загрузок из стальных шаров на    рис. 1.5.

 Ряд  данных по эффективной теплопроводности  некоторых промышленных загрузок приведен в табл. 1.1.

                                                                                  Таблица  1.1

Эффективная теплопроводность промышленных загрузок

Поскольку в этих данных отсутствует зависимость теплопроводности от температуры, они могут быть использованы только для упрощенных расчетов.