Анализ зависимости коэффициента теплопроводности от температуры

Коротко рассмотрим анализ зависимости коэффициента теплопроводности от температуры для различных теплозащитных материалов, ограничимся лишь общими схематическими представлениями. Для сравнения будут использованы также общие сведения из теории переноса тепла в жидкостях и газах. Обычно у твердых непористых материалов различают три участка в зависимости коэффициента теплопроводности от температуры. В диапазоне очень низких температур резко увеличивается с ростом температуры, начиная с нулевого значения, а затем начинает падать. Второй участок простирается от максимума теплопроводности до дебаевской температуры и характеризуется высокими значениями коэффициента теплопроводности кристаллических веществ. Обычно дебаевская температура близка к комнатной, однако есть целый ряд отклонений. Так, у бериллия она составляет 1160 К, а для алмаза дебаевская температура равна 1850 К.

Для теплозащитных материалов наиболее важен третий участок области твердого состояния материала — диапазон высоких температур,, который простирается от температуры Дебая до температуры плавления или сублимации данного вещества. В соответствии с данными рис. 3-12 для большинства чистых веществ — проводников электричества (в основном это металлы) можно принять, что коэффициент теплопроводности в этом диапазоне практически не изменяется с температурой. У кристаллических диэлектриков, например окислов и т. д., теплопроводность в этой области падает обратно пропорционально температуре. У большинства аморфных материалов (стекло, некоторые полимеры) заметно некоторое увеличение коэффициента теплопроводности с ростом температуры. Интересно отметить, что разность между теплопроводностью кристаллических и аморфных диэлектриков быстро убывает с ростом температуры и в точке плавления исчезает совсем. При плавлении материалов их. теплопроводность должна падать.

С ростом температуры упорядоченность строения уменьшается и соответственно уменьшается коэффициент теплопроводности (исключение составляет вода, глицерин и некоторые водные растворы). Заметим, однако, что применительно к теплозащитным материалам, теплопроводность их расплава часто» связана не столько с молекулярным, сколько с радиационным переносом тепла. Теплопроводность газов в первом приближении пропорциональна произведению вязкости на теплоемкость при постоянном давлении, причем с ростом температуры отмечается значительное увеличение коэффициента теплопроводности %8 практически у всех газов. Тем не менее теплопроводность все же остается ниже, чем теплопроводность твердой фазы, и ею можно пренебречь, если только пористость твердого теплозащитного материала не слишком велика.

11 июля 2012