Прогнозирование эффективной теплопроводности пенополимерных материалов


DOI: 10.34759/tpt-2022-14-7-290-300

Авторы

Лавров И. В.*, Бардушкин В. В.**, Яковлев В. Б.***, Бардушкин А. В.****

Институт нанотехнологий микроэлектроники РАН, 115487, Москва, ул. Нагатинская, 18

*e-mail: iglavr@mail.ru
**e-mail: bardushkin@mail.ru
***e-mail: yakvb@mail.ru
****e-mail: i170k@yandex.ru

Аннотация

Рассмотрена задача прогнозирования эффективной теплопроводности образца неоднородного материала в случае зависимости теплопроводности его компонентов от температуры и наличия большой разницы температур на границах. Предложен метод вычисления эффективной теплопроводности образца неоднородного материала, имеющего форму диска, противоположные основания которого поддерживаются при постоянных существенно различающихся температурах. С помощью разработанного метода проведено вычисление эффективной теплопроводности тонкого слоя и всего образца пенополимерного материала на основе эпоксидной смолы ЭД-20 со сферическими порами, заполненными фреоном-21, в зависимости от кажущейся плотности пеноэпоксида. Расчеты выполнены на основе обобщенного сингулярного приближения, а также по асимметричной формуле Бруггемана. Показано, что эффективная теплопроводность слоя пеноэпоксида существенно зависит от его температуры, а также от размеров пор. Установлено, что как для тонкого слоя, так и для всего образца пеноэпоксида все исследованные зависимости эффективной теплопроводности от кажущейся плотности материала являются нелинейными и монотонно возрастающими.

Ключевые слова:

эффективная теплопроводность, пенополимер, композит, матрица, включение, приближение Максвелла − Гарнетта, обобщенное сингулярное приближение

Библиографический список

  1. Чухланов В.Ю., Панов Ю.Т., Синявин А.В., Ермолаева Е.В. Газонаполненные пластмассы. Владимир: Владимирский государственный университет, 2008. 152 с.
  2. Берлин А.А., Шутов Ф.А. Пенополимеры на основе реакционноспособных олигомеров. Москва: Химия, 1978. 296 с.
  3. Клемпнер Д. Полимерные пены и технологии вспенивания / перевод с английского А.М. Чеботаря. Санкт-Петербург: Профессия, 2009. 600 с.
  4. Трофимов А.Н. Высокотехнологичные эпоксидные связующие, полимерные композиты и инновационные технологии получения радиопрозрачных изделий специального назначения из конструкционных стеклопластиков: дисс. ... док-ра тех. наук. Москва: НПО Стеклопластик, 2018. 305 с.
  5. Зарубин В.С., Кувыркин Г.Н., Савельева И.Ю. Математическая модель теплопереноса в сферопластике // Электронное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана «Математика и математическое моделирование», 2016. № 4. С. 42–58.
  6. Лыков А.В. Теория теплопроводности. Москва: Высшая школа, 1967. 600 с.
  7. Карташов Э.М., Кудинов В.А. Аналитические методы теории теплопроводности и ее приложений. Москва: ЛЕНАНД, 2018. 1072 с.
  8. Лавров И.В., Кочетыгов А.А., Бардушкин В.В., Яковлев В.Б. Об учете контактного термосопротивления между включениями и матрицей при прогнозировании эффективной теплопроводности композитов // Тепловые процессы в технике. 2020. Т. 12. № 2. С. 78–86. DOI: 10.34759/tpt-2020-12-1-78-86
  9. Зарубин В.С., Кувыркин Г.Н., Савельева И.Ю. Радиационно-кондуктивный теплоперенос в шаровой полости // Теплофизика высоких температур. 2015. Т. 53. № 2. С. 243–249.
  10. Шермергор Т.Д. Теория упругости микронеоднородных сред. Москва: Наука, 1977. 399 с.
  11. Бардушкин В.В., Лавров И.В., Яковлев В.Б., Яковлева Е.Н. Моделирование диэлектрических свойств поликристаллов и композитов // Оборонный комплекс — научно-техническому прогрессу России. Москва: ВИМИ. 2013. № 1. С. 58–65.
  12. Bruggeman D.A.G. Berechnung verschiedener physikalischer Konstanten von heterogenen Substanzen. I. Dielektrizitätskonstanten und Leitfähigkeiten der Mischkörper aus isotropen Substanzen. Annalen der Physik. 1935. Band 24. S. 636–664.
  13. Stroud D. Generalized effective-medium approach to the conductivity of an inhomogeneous material. Physical Review B. 1975, vol. 12, no. 8, pp. 3368–3373.
  14. Зигель Р., Хауэлл Дж. Теплообмен излучением. Москва: Мир, 1975. 934 с.
  15. Лавров И.В., Бардушкин В.В., Сычев А.П., Яковлев В.Б., Кочетыгов А.А. О вычислении эффективной теплопроводности текстурированных матричных композитов с высокой объемной долей включений // Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества. 2018. Т. 15. № 3. С. 92–101. DOI: 10.31429/vestnik-15-3-92-101
  16. Борен К., Хафмен Д. Поглощение и рассеяние света малыми частицами. Москва: Мир, 1986. 660 с.
  17. Колесников В.И., Яковлев В.Б., Бардушкин В.В., Лавров И.В., Сычев А.П., Яковлева Е.Н. Об объединении методов оценки эффективных диэлектрических характеристик гетерогенных сред на основе обобщенного сингулярного приближения // Доклады Академии наук. 2013. Т. 452. № 1. С. 27–31. DOI: 10.7868/S086956 5213260083
  18. Березин И.С., Жидков Н.П. Методы вычислений. Москва: ГИФМЛ, 1962. Т. 2. 640 с.
  19. Чэнь Я., Мараховский П.С., Малышева Г.В. Определение теплофизических свойств эпоксидных материалов в процессе их отверждения // Электронный научно-технический журнал «Труды ВИАМ». 2018. № 9 (69). С. 119–123. DOI: 10.18577/2307-6046-2018-0-9-119-123
  20. Григорьев И.С., Мейлихов Е.З. Физические величины: справочник. Москва: Энергоатомиздат, 1991. 1232 с.
  21. Чернин И.З., Смехов Ф.М., Жердев Ю.В. Эпоксидные полимеры и композиции. Москва: Химия, 1982. 232 с.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024