1
УДК 536.24
Неизменность основного допущения
моделей переноса теплоты в контактах
© М.В. Мурашов, С.Д. Панин
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 105005, Россия
Номинальная площадь контактирующих поверхностей является основным допуще-
нием в моделях переноса теплоты для шероховатых тел. На возникшие при этом
вопросы получены результаты численного решения задачи переноса теплоты при
контакте газа с шероховатой поверхностью в режиме гидродинамически гладкой
шероховатости, а также пространственной задачи теплопроводности при упруго-
пластическом контакте двух шероховатых поверхностей под давлением.
Ключевые слова:
шероховатость, контакт, метод конечных элементов, теплообмен,
упругопластическое деформирование.
Введение.
В составных конструкциях перенос теплоты проходит
через контакты твердых тел и от газа (жидкости) к твердому телу или
наоборот. Для границы раздела двух твердых тел характерно наличие
шероховатости поверхностей. На перенос теплоты от газа (жидкости)
к твердому телу также оказывает влияние шероховатость поверхности
тела.
Результаты первых исследований особенностей тепловых контакт-
ных задач опубликованы более 100 лет назад. Данные эксперименталь-
ных исследований обобщены в работе [1]. Влияние шероховатости
на контактные явления сейчас изучают в сформировавшемся к концу
прошлого века разделе механики сплошной среды, названным «Микро-
механика»: характерный размер явлений находится в диапазоне значе-
ний 1…1000 мкм. При этом до сих пор основным допущением в моде-
лях переноса теплоты является использование в расчетах номинальной
площади, ограниченной геометрическими размерами соприкасающихся
тел. Вероятно, именно по этой причине до сих пор не внесена ясность
в тонкости переноса теплоты, особенно для конструкций приборов, при
расчете температур которых требуется точность ~0,1 К.
Для теплообменных аппаратов выполнено огромное число работ.
Например, в [2] по выбору формы элементов теплообменников иссле-
довано влияние различных профилей шероховатости поверхностей тру-
бок на перенос теплоты именно в целях интенсификации теплообмена
в аппаратах. Однако отсутствие четких моделей шероховатости поверх-
