Обращает на себя внимание очень слабая зависимость от пористости у волокнистых материалов. По-видимому, это связано с тем, что волокна в таких материалах расположены перпендикулярно к вектору теплового потока, отсюда эффективная теплопроводность такой системы в основном определяется контактными термическими сопротивлениями между соседними волокнами. Существующие расчетные формулы для определения эффективного коэффициента теплопроводности пористых материалов описаны в работе. Экспериментальные данные указывают на зависимость коэффициента теплопроводности при одинаковой пористости от размера и формы пор. Влияние этих двух параметров связано с появлением свободной конвекции в порах и обычно лежит в пределах 10—15%. Следует отметить, что при малых плотностях пористых систем свободная конвекция может стать основным механизмом переноса тепла в них, причем коэффициент эффективной теплопроводности при уменьшении может даже увеличиваться. Однако в системах пористого охлаждения свободная конвекция не играет существенной роли из-за наличия интенсивного направленного потока фильтрующихся газов.
При высоких температурах приходится учитывать не только изменение с температурой теплопроводности твердого каркаса и теплопроводности газа, но и дополнительный перенос тепла излучением. При этом считается, что излучение входит в эффективный коэффициент в виде слагаемого. Стенки пор можно представить в виде экранов, воспринимающих энергию излучения и одновременно испускающих ее. Чем больше таких экранов, тем меньше вклад излучения в общий перенос тепла. Рассмотрим процесс «радиационной теплопроводности» на примере простейшей пористой ячейки, имеющей форму параллелепипеда высотой. Пусть температура его верхней стенки больше температуры нижней стенки, а боковые поверхности в теплообмене излучением не участвуют. Используя коэффициент «радиационной теплопроводности», можно выразить формулой, аналогичной уравнению Фурье для молекулярной теплопроводности. При этом для малых разностей температур.
При низких температурах обычно много меньше коэффициента молекулярной теплопроводности твердых веществ. Но с ростом температуры наблюдается быстрое изменение соотношения между «радиационной» и молекулярной составляющими коэффициента теплопроводности, причем увеличение размера пор приводит к существенному возрастанию вклада излучения. Геометрия пористой среды сильно влияет на величину. Иногда вводят специальный множитель, учитывающий форму пор; для вытянутых в направлении градиента температур цилиндров он равен 1, для сфер —0,66, для цилиндров, перпендикулярных потоку тепла, —0,8. Учет углового распределения излучения в кубической поре с ребром в предположении значительной степени черноты г приводит к следующему выражению.
11 июля 2012
