Исследование и анализ температурных полей в трубчатых оксидных теплообменниках

• Автор: Кустарева, Юлия Николаевна
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 113 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Теплофизические свойства окислов металлов

1.1. Теплопроводность окислов

1.2. Теплопроводность пористых тел.

ГЛАВА 2. Анализ механизмов теплопроводности окислов металлов

2.1. Окись бериллия

2.2. Двуокись титана.

2.3. Пятиокись ванадия

2.4. Закись никеля

2.5. Окись кальция.

2.6. Окись алюминия
ГЛАВА 3. Расчетное определение температуры внешней поверхности трубчатых керамических теплообменных аппаратов
ГЛАВА 4. Экспериментальное исследование температуры внешней поверхности трубчатого алундового теплообменника
4.1. Конструкция лабораторного стенда для исследования теплообмена в каналах трубчатого оксидного теплообменника
4.2. Описание тепловизионной системы.
4.3. Результаты и анализ испытаний керамического теплообменного аппарата с алундовыми трубками
ЛИТЕРАТУРА


Энергия может переноситься либо одной из этих частиц, либо одновременно несколькими частицами, причём вклад каждой из них в этом случае будет различным. Сложность такого механизма упрощается тем, что вклады составляющих теплопроводности в общий тепловой поток подчиняются закону аддитивности. А это позволяет рассмотреть независимо каждый механизм теплопроводности в отдельности. В основе механизма передачи теплоты теплопроводностью лежит представление о переносе энергии частицами газа. Металлы в рамках этих представлений рассматриваются в- виде электронного газа, в котором передача энергии осуществляется частицами-электронами. Изоляторы могут быть представлены в виде фононного газа, и передача теплоты в них происходит квазичастицами-фононами. В современной теории твёрдого тела под фононами понимается энергия колеблющейся системы атомов. Более строго можно сказать, что современная теория твёрдого тела позволяет рассматривать энергию колебательных состояний решетки как набор частиц-фононов различной частоты. Л - теплопроводность, с- теплоемкость* и - средняя тепловая скорость частиц, / - средняя длина их свободного пробега. Для описания механизма теплопроводности твёрдых тел одной из наиболее распространенных является молекулярная модель. Она основана на предположении, что тепло теплопроводностью передаётся столкновениями молекул друг с другом. При этих столкновениях или актах рассеяния молекул происходит передача энергии, которая определяется наличием градиента температур. Практически все окислы являются ионными полупроводниками с большой шириной запрещенной зоны (3 эв и более). Учитывая такие размеры ширины запрещенной зоны, практически во всех окислах теплопроводность целиком определяется фононной составляющей. Фф - частота колебания фононов; 1ф — длина свободного пробега фононов. Как известно, для твердых тел теплопроводность в основном определяется переносом тепла носителями тока (у чистых металлов) и фононами (у изоляторов). Фононная теплопроводность определяется переносом энергии упругими волнами атомов решетки из более интенсивных мест в менее интенсивные. Теория переноса тепла упругими волнами основана на их взаимодействии,, и, следовательно, этим определяется значение теплопроводности твердого тела. Упругие волны, движущиеся в полупроводнике, рассеиваются на неоднородностях теплового движения, но так как времена релаксации тех и других одного порядка, то важную роль в теплопроводности играет дискретность структуры полупроводника. Дж . Рассеяние упругих волн возможно на примесях, несовершенствах решетки, границах и т. После того как было показано, что упругие волны атомов решетки обладают и корпускулярными свойствами (отсюда и название «фононы»), стало возможным рассматривать перенос тепла как процесс столкновения и рассеяния фононов. Исчезновение или появление фонона начали рассматривать как изменение энергии колебания решетки. Пайерлс показал, что фононы рассеиваются, если число их не менее трех. Теплопроводность тела при этом существенно зависит от процессов переброса, т. Исходя из уменьшения вероятности переброса при низких температурах, было показано, что теплопроводность твердого тела с повышением температуры экспоненциально растет. Такой ход теплопроводности при низких температурах объясняется рассеянием фононов на дефектах кристаллической структуры и на электронах проводимости. Рассеяние фононов на границах приводит к пропорциональности Лф кубу температуры [ Лф ~ 1/Т; Лф~Т*; Лф ~Т* ] являются наиболее общими и действительными в довольно широком интервале температур. В области высоких температур (выше дебаевской) фононная теплопроводность определяется в основном средней длиной свободного пробега фононов, так как теплоемкость и скорость звука от температуры практически не зависят. А. Ф. Иоффе [1]. Этот множитель различен для разных тел, но можно ожидать, что для веществ с одинаковым характером связи и с одинаковым типом кристаллической решетки он будет иметь близкие значения. С применением постоянной решетки и атомного веса множитель Аа должен изменяться закономерно. У1р=АаТЫТ (1. Г-0/3). Подставив это выражение в формулу Дебая, А. А/—^- (1. V, - скорость звука.