Файл: Лебедев Д.П. Тепло- и массообмен в процессах сублимации в вакууме.pdf

В работах |Л. 2-5, 2-7, 2-17, 2-18], применяя метод максимального давления пузырьков и закон Пуазейля, получены диаметры и распределения пор по размерам для целого ряда капиллярно-пористых материалов — огнеупоров, керамики и т. п. Эксперименты проводились на установках, описанных в і[Л. 2-5]. Нами методом максимального давления пузырьков получены для целого ряда проницаемых металлических пластин распределе­ ния нор по размерам на установке, близкой к описанной

Рис. 2-22. Явление гистерезиса у пластин различ­ ной пористости.

а — титан-1А; б — бронза-13; в — алюминий-4.

в [Л. 2-2]. В качестве примера на рис. 2-22 представлен

женному в [Л. 2-6] и модифицированному автором, по­ зволила построить для рассмотренных проницаемых пла­ стин распределение пор по диаметрам n = f(d) и срав­ нить его с максвелловским распределением n — F{r), где г — радиус пор (рис. 2-23).

57

Для бронзы 13

F (г) =0,159 [ехр (—0,033 • 108 г^г2• 1012.

Явление гистерезиса. При течении газа через насы­ щенную водой проницаемую пластину наблюдается явле­ ние гистерезиса, заключающееся в отставании изменения

в пределах 30—90 мкм, в то время как у титана состав­ лял 3—7 мкм.

Гистерезис в пористых металлокерамических пласти­ нах является сложным физическим процессом. Детальное рассмотрение этого явления требует учета поверхност­ ных и электростатических сил, играющих заметную роль внутри пористой среды, а также различных физико-хи­ мических процессов на поверхностях пор.

Теплофизические свойства пористых металлов. Тепло­ физические свойства пористых металлов сложным обра­ зом зависят от химических свойств и технологии изго­ товления (давления прессования, температуры спекания и т. п.).

Для определения теплофизических свойств пористых металлов нами [Л. 2-61] использовался как стационар-

58

пый метод продольного теплового потока, так и неста­ ционарный метод монотонного разогрева.

Схема экспериментальной установки для определе­ ния теплопроводности пористых металлов стационарным методом показана на рис. 2-24. Исследуемые образцы 9 располагались симметрично между основным нагревате­ лем 4 и теплоприемниками 2. Толщина основного на­ гревателя составляла 1,5 мм.

Рис. 2-24. Прибор для определения X (симметричная схема).

а — конструкция нагревателя.

Использование двух образцов сокращало время экс­ перимента практически в 2 раза и обеспечивало эффек­ тивную тепловую защиту нагревателя.

Контакт образцов с нагревателем производился с по­ мощью винтов 6 через стальной шарик 7. С помощью нагревателя 3 и холодильников 5 на охранном цилиндре 8 поддерживалось такое же распределение температур, что и на испытуемых образцах.

Коэффициент теплопроводности определялся из со­

59

=s

о

я

оя .

<Т) рэ

о

аз С

S ч

О) 03

х н

и I

Si's

н

о

о §. s ё>

CU с ■

60

не превышала 1—2%); / — расстояние между термопа­ рами в каждом образце; F — площадь образцов.

Прибор для исследования теплофизических свойств пористых металлов по стационарному методу помещался в вакуумную камеру (рис. 2-25). Откачка камеры до заданного вакуума ІО-5 мм рт. ст. производилась с по-

Рис. 2-26. Я-калориметр.

1 — электрический нагреватель; 2 — основание;

мощью механического 10 и диффузионного 3 насосов. Вакуум измерялся при помощи вакуумметра 8 в ком­ плекте с датчиками 7.

Для получения низких температур применялся уль­ тратермостат, с помощь.ю которого обеспечивались тем­ пературы до —50°С. Для измерения температур были использованы хромель-копелевые термопары в комплек­ те с низкоомным потенциометром.

В последние годы особый интерес вызывают методы скоростного определения теплофизических свойств мате-

61

риалов. Для исследования теплофизических свойств по­ ристых металлических пластин использовался метод монотонного разогрева Ш. 2-15].

На рис. 2-26 приведена схема калориметра для опре­ деления коэффициента теплопроводности пористых ме-

Во втором случае

,(Сэтэ + 0 ,5с0т0) I

62

среднеобъемной скорости разогрева образца; Ат —вре­ менное запаздывание термопар.

В качестве материала эталона использовалась техни­ чески чистая медь, теплоемкость которой определялась с достаточно высокой точностью. Погрешность измере­ ния коэффициента теплопроводности не превышала 8%.

На рис. 2-27 представлены значения теплопроводно­ сти никеля, нержавеющей стали и титана в зависимости от температуры [Л. 2-10].

Рис. 2-28. Зависимость коэффициента теплопроводности и тепло­

Автором, Ю. Чаркиным и В. Алексеевым были ис­ следованы теплопроводность и теплоемкость различных пористых металлов (титан, алюминий, никель, нержаве­ ющая сталь, бронза и т. л.) в зависимости от их пори­ стости, насыщения влагой и физико-химических свойств. На рис. 2-28 приведены зависимости теплопроводности от температуры некоторых образцов пористого никеля (при различной пористости), а также для сравнения дан-

63

ные по теплопроводности компактного металла (99,4% никеля).

Из анализа результатов установлено, что теплопро­ водность пористого никеля приближенно может опреде­ ляться по формуле

но увеличивает шейки контакта и деформирует монолит­ ную пористую структуру образца, в частности опреде­ ляющуюся конфигурацией металлического порошка,

64