Cтраница 1
Порошковые и волокнистые материалы в насыпном состоянии имеют малую прочность на сдвиг, но оказывают значительное сопротивление сжатию. По-видимому, из возможных колебательных движений решетки ( фононов) только продольные колебания эффективно передаются от одной частицы к другой. [1]
Рассматривая теплопередачу через порошковые и волокнистые материалы, мы будем пользоваться термином эффективный коэффициент теплопроводности k, поскольку термин коэффициент теплопроводности обычно относится к сплошным твердым телам и в данном случае является неподходящим. В порошковых и волокнистых материалах происходит совместное действие носителей тепловой энергии с коротким и длинным средним свободным пробегом. [2]
Удаление газов из порошковых и волокнистых материалов связано с некоторыми трудностями, которые не встречаются при обычном вакуумировании; часто трудности, которыми обычно пренебрегают, становятся весьма существенными. В этом случае столкновение молекул друг с другом происходит редко и молекулы газа пролетают от одной поверхности к другой. При столкновении молекулы с поверхностью она не отскакивает сразу, а оказывается временно адсорбированной. Впоследствии молекула отделяется от одной поверхности без предпочтительного выбора направления ( закон косинусов) и попадает на другую поверхность. Время задержки молекулы зависит от температуры и теплоты адсорбции. Зависимость между этими величинами приближенно выражается уравнением Френкля t A. Q / RT), где R - универсальная газовая постоянная; Q - теплота адсорбции; Т - температура, К; t - время адсорбции и Л - функция колебательных движений адсорбированной молекулы и кристаллической решетки поверхности. [3]
Однако экспериментальное определение теплопроводности порошковых и волокнистых материалов в зависимости от нагрузки оказывается очень трудным, потому что значение Q обычно очень мало, а уплотнение и разрушение частиц порошка под нагрузкой может вызвать также значительные изменения лучистого теплопритока. [4]
В табл. 2 приводятся результаты проведенных авторами измерений теплопроводности некоторых порошковых и волокнистых материалов. [5]
При распространении тепла в порошках принцип наложения не действует, так как в порошковых и волокнистых материалах отдельные составляющие теплопритока нельзя просто складывать. Например, присутствие газа в порошке увеличивает теплопроводность твердых частиц, потому что газ улучшает тепловой контакт между соседними частицами, а при низких давлениях газа существует термомеханическая связь между газом и температурными градиентами в порошках и волокнах. [6]
Уравнение ( 6) может служить для определения зависимости коэффициента теплопроводности газа от его давления в порошковых и волокнистых материалах, если известны расстояния между частицами. И наоборот, если известна зависимость теплопроводности материала от давления газа, то можно вычислить расстояние между частицами. [7]
Снеговая шуба, немедленно покрывающая трубу, служит до некоторой степени изоляцией. Порошковые и волокнистые материалы, используемые при атмосферном давлении в изолирующем пространстве, интенсивно поглощают водяные пары из воздуха и быстро увлажняются, утрачивая изолирующие свойства. Потери на охлаждение линии при этом значительно возрастают. [8]
Рассматривая теплопередачу через порошковые и волокнистые материалы, мы будем пользоваться термином эффективный коэффициент теплопроводности k, поскольку термин коэффициент теплопроводности обычно относится к сплошным твердым телам и в данном случае является неподходящим. В порошковых и волокнистых материалах происходит совместное действие носителей тепловой энергии с коротким и длинным средним свободным пробегом. [9]
Для изоляции больших сосудов уже давно применяются порошковые и волокнистые материалы при атмосферном давлении, а изолирующее пространство с высоким вакуумом, впервые предложенное Джеймсом Дьюаром, было использовано в небольших сосудах. Оба эти способа находят широкое применение и в настоящее время, но оба имеют недостатки. На фиг 1 показано значительное уменьшение эффективного коэффициента теплопроводности перлита) при понижении давления. При таком методе изоляции пространство между двумя оболочками заполняется тонким порошком с последующей откачкой из него воздуха; в настоящее время этот метод используется почти во всех больших сосудах. [10]
С 1935 г. Американское общество испытаний материалов при определении коэффициента теплопроводности пористых материалов рекомендует использовать поверхности с высокой степенью черноты. Это требование отражает значение теплового излучения, которое может составлять значительную часть от полного теплопритока через порошковые и волокнистые материалы. При использовании вакуумированной изоляции для низких температур устойчивые результаты можно получать только между поверхностями с большой степенью черноты, так как поверхности с высокой отражательной способностью могут потерять свои качества за счет вымораживания на них остаточного газа или загрязнения летучими материалами из порошков. [11]