Коэффициент теплопроводности металлов и диэлектрических материалов при высоких давлениях и температурах

• Автор: Голышев, Андрей Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 107 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
§1.1 Температурная зависимость коэффициента теплопроводности
диэлектрических материалов
§1.2 Температурная зависимость коэффициента теплопроводности чистых металлов
§1.3 Эксперименты по температурной зависимости коэффициента теплопроводности твёрдых тел при высоких давлениях в изотермических
условиях
§ 1.4 Определяющие соотношения для полуэмпирического описания коэффициента теплопроводности твердых тел при высоких давлениях и
температурах
§1.5 Уравнения состояния твёрдых тел и краткие сведения из физики
ударных волн
ГЛАВА 2. Уравнения состояния при высоких давлениях и температурах для
исследуемых металлов и диэлектрических материалов
§2.1 Калорическое уравнение состояния для периклаза, рингвудита,
индия и скандия
§2.2 Термическое уравнение состояния
§2.3 Тестирование построенных уравнений состояния
§2.4 Уравнение состояния расплава индия
ГЛАВА 3. Теплопроводность металлов при высоких температурах и
давлениях
§3.1 Экспериментальная методика создания высоких давлений ударного сжатия и измерения электросопротивления ударно сжатых
металлов
§3.1.1 Взрывные пушки
§3.1.2 Измерительная ячейка
§3.1.3 Регистрация профиля давления и электросопротивления
образца в условиях динамического сжатия
§3.2 Электропроводность и теплопроводность ударно-сжатых индия,
его расплава
§3.2.1 Электросопротивление ударно сжатого индия в твёрдом
состоянии
§3.2.2 Расчёт термодинамических параметров ударно сжатого
индия
§3.2.3 Удельная электропроводность и теплопроводность индия
при высоких давлениях и температурах
§3.2.4 Удельная электропроводность и теплопроводность расплава индия при высоких давлениях и температурах
§3.3 Электропроводность и теплопроводность ударно сжатого
скандия
ГЛАВА 4. Коэффициент теплопроводности диэлектрических материалов при
высоких давлениях
§4.1 Температурная зависимость коэффициента теплопроводности тугоплавких оксидов (и02, М§0, А1203, ВеО) при высоких
температурах
§4.2 Температурная зависимость теплопроводности М§0 при высоких
давлениях
§4.3 Температурная зависимость теплопроводности при
высоких давлениях
§4.3.1 Термическое уравнение состояния рингвудита
§4.3.2 Коэффициент теплопроводности рингвудита при сжатии и
растяжении
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Экспериментальные и теоретические результаты свидетельствуют о том, что теплопроводящие свойства твёрдых тел существенно зависят не только от температуры, но и от давления. Соответственно изменение коэффициента теплопроводности твёрдых тел при сжатии становится определяющим там, где необходимо принимать во внимание тепловые потоки или непосредственно решать уравнение теплопроводности при высоких давлениях и температурах.
Актуальность исследований температурной зависимости коэффициента теплопроводности твёрдых тел при высоких давлениях подтверждают ряд важных научных и прикладных проблем. Так, в области давлений до десятков ГПа, увеличение коэффициента теплопроводности минералов с давлением существенно влияет на механизм глубинных землетрясений [1]. В области давлений 100-200 ГПа изменения коэффициента теплопроводности необходимо учитывать в оконной методике [2] измерения температуры ударного сжатия твёрдых тел. Анализ тепловой релаксации при детонации смесевых систем требует знание коэффициентов теплопроводности компонентов при давлениях 10-30 ГПа [3]. Оценка влияния давления на коэффициент теплопроводности металлов требуется при анализе разрушения тонких преград, взаимодействующих с субмикросекундными лазерными импульсами, когда необходимо учитывать процессы обмена энергией между решеткой и электронами в области больших (порядка теоретической прочности на разрыв) растягивающих давлений [4]. Наконец, можно отметить развивающуюся область по обработке давлением пищевых продуктов, где, несмотря на относительно невысокие (десятые и менее доли ГПа) .давления, также возникает потребность в оценке зависимости коэффициента теплопроводности от давления (см. [5]).
Подробное описание механизма теплопроводности и расчёт абсолютных значений коэффициента теплопроводности при различных температурах и давлениях требует использования сложных теоретических
где Р/, - расчётное значение для монолитного материала (1.29)
Ударная адиабата в координатах массовая скорость и - скорость ударной волны 1> определяется соотношениями, которые следуют из законов сохранения массы, импульса и энергии
Наконец, температура Гй вдоль ударной адиабаты находится как корень уравнения
где, Е/, определяется законом сохранения энергии (1.28), в выражение для которого подставлена величина /*/, из (5.10), функция CV=CV(7),) представляет собой зависящую от температуры теплоемкость при постоянном объёме. Для случая больших температур Cy~3R = const, где R — удельная газовая постоянная, хорошим приближением является формула
Таким образом, уравнение состояния Ми-Грюнайзена, записанное с опорой на комнатную изотерму (1-23) позволяет рассчитывать термодинамические и кинетические параметры плоского одномерного ударного сжатия согласно формулам (1.29)-(1.35). Эти соотношения являются следствием уравнения состояния Ми-Грюнайзена и законов сохранения энергии, импульса и массы и, следовательно, достоверны. Поэтому достоверность практической реализации этого подхода целиком
(1.32)
(1.33)
(1.34)
[Eh-Es)
(1.35)