При проектировании теплонапряженных узлов в отраслях машиностроения, авиации, космонавтики, энергетики зачастую возникает необходимость иметь информацию о формировании контактного термосопротивления, возникающего в результате дискретного характера соприкосновения металлических поверхностей деталей. При прохождении через зоны раздела тепловых потоков повышается градиент температуры, что снижает теплопередающую способность контактного перехода и приводит к термическому расширению составных элементов систем, относительным сдвигам и короблениям. В работе рассматривается процесс теплообмена через зону контакта металлических поверхностей, имеющих отклонение формы в виде неплоскостности или волнистости при условиях приложения малых механических нагрузок. Предложена модель формирования контактного термосопротивления (КТС) при условии двойного стягивания теплового потока сначала к контактным макропятнам, вызванным неплоскостностью или волнистостью, и затем к микропятнам, обусловленным шероховатостью. С учетом положений из теории механического контактирования твердых тел выведены теоретические зависимости, описывающие контактные термосопротивления для соединений с поверхностями, имеющими макроотклонения или волнистость, функционирующих в режиме малых механических нагрузок. Результаты физических экспериментов дают удовлетворительную сходимость с расчетными данными. Установлено, что наличие на поверхностях контакта неплоскостности или волнистости значительно повышает КТС по сравнению с шероховатыми поверхностями. Повышение КТС объясняется увеличением высоты волн или эквивалентной неплоскостности.
контактное термосопротивление, поверхность, неплоскостность, шероховатость, волнистость, тепловой поток, нагрузка.
1. Шлыков, Ю.П. Контактное термическое сопротивление [Текст] / Ю.П. Шлыков, Е.А. Ганин, С.Н. Царевский. – М.: Энергия, 1977. – 328 с.
2. Попов, В.М. Теплообмен в зоне контакта разъемных и неразъемных соединений [Текст] / В.М. Попов. – М.: Энергия, 1971. – 216 с.
3. Мадхусудана, К.В. Контактная теплопередача. Исследования последнего десятилетия [Текст] / К.В. Мадхусудана, Л.С. Флетчер // Аэрокосмическая техника. 1987. – № 3. – С. 103 – 120.
4. Меснянкин, С.Ю. Современный взгляд на проблемы теплового контактирования твердых тел [Текст] / С.Ю. Меснянкин, А.Г. Викулов, Д.Г. Викулов // Успехи физических наук. 2009. – Т. 179. – № 9. – С. 945–970.
5. Демкин, Н.Б. Контактирование шероховатых поверхностей [Текст] / Н.Б. Демкин. М.: Наука, 1970. – 226 с.
6. Измайлов, В. В. Контакт твердых тел и его проводимость [Текст] / В. В. Измайлов, М. В. Новоселова. Тверь: ТГТУ, 2010. – 112 с.
7. Клаузинг, А. Термическое сопротивление контакта в вакууме [Текст] / А. Клаузинг, Б. Чао. Теплопередача. – 1965. – № 2. – С. 98–116.
8. Timoshenko, S. Theory of elasticity [Text] / S. Timoshenko, J. Coodier. – Mc. Graw–Hill Boon Co. – 1951. – no. 7. – 386 р.
9. Попов, В.М. Моделирование процесса контактного теплообмена через соединения с анизотропными поверхностями [Текст] / В. М. Попов, О. Л. Ерин, И. Ю. Кондратенко, А. А. Карпов // Вестник Воронежского государственного технического университета. – 2012. – Т. 8. – № 3. – С. 74-78.
10. Yovanovich, M. Thermal Contact Resistance across Elastically Deformed Sphers [Тext] / M. Yovanovich // Journal of Spacecraft and Rockets. – 1967. – Vol. 4. – no. 1. – pр. 119–122.
11. O’Callaghan, P.W. “Research Note: The Thermal Behavior of Gauzes as Interfacial inserts between Solids” [Тext] / P.W. O’Callaghan, A.M. Jones, S.D. Probert // Journal of Mechanical Engineering Science. – 1975. – Vol. 17. – pp. 233–236.
