Приклади теплопровідності: Неприпустима назва — Вікіпедія

20 Приклади теплопровідності / Наука | Thpanorama

The водіння є одним з трьох процесів, через які тепло тіла з більш високою температурою передається в тіло з більш низькою температурою.

Цей процес відноситься до передачі теплової енергії через молекули тіла, які можуть відбуватися в твердому, рідкому або газоподібному стані.

У провідності немає реального зміщення частинок калорійної енергії, але вони змішуються і поширюються по тілу.

Передача провідності невидима: металевий інструмент нагрівається, коли він стикається з вогнем без будь-яких змін, що спостерігаються в цьому.

Коли лід тане, це про водіння. Якщо ми зігріваємо руки, тримаючи чашку кави, це теж водіння.

Коли ми одягаємо одяг, втручається теплопровідність. Навіть коли ми горимо з полум’ям, це відбувається через передачу тепла шляхом провідності.

Це показує, що в нашому повсякденному житті є сотні прикладів передачі тепла через водіння. Ось ще приклади цього процесу.

1- Від гарячої кави до чашки, що містить її

Гарячі рідини переносять тепло в контейнер, що їх містить, змушуючи його трохи прогрітися.

Наприклад, якщо в чашку налити гарячу каву, вона нагріється.

2- Від гарячої чашки до наших рук

Коли холодно, люди п’ють гарячі напої, щоб розігрітися. Якщо ви тримаєте контейнер для напою досить довго, руки людини, що його тримається, стануть трохи гарячішими.

3- Від пляжу у наших ніг

Відкладення на пляжі поглинають тепло сонця, і це тепло передається на наші ноги, якщо ми ходимо босоніж по піску.

4- Від гарячих компресів до м’язів

Компреси (гарячі водяні мішки) використовуються для розслаблення м’язів. Тепло переноситься з компресу на шкіру і звідти на м’язи.

5- Від вогню до металевих хомутів

При приготуванні барбекю інструменти, що використовуються для перетворення м’яса, виготовлені з металу. Коли ці затискачі контактують з крутопарубками, починається теплообмін.

Якщо щипці залишаються в контакті з джерелом тепла протягом тривалого часу, шкіра особи, яка її тримає, може бути травмована.

6- Від радіатора до руки

Радіатори відповідають за виробництво тепла для опалення будинків. З цієї причини поверхня цих пристроїв зазвичай гаряча. Якщо рука поміщена на радіатор, тепло буде передано, і навіть можливо, що ми відчуваємо біль, якщо тепло надмірне.

7 — Рука до кубика льоду

Якщо на руку людини покладено кубик льоду, тепло передається від шкіри до куба, що призводить до його розплавлення..

8- Від двигуна автомобіля до капота

Коли двигун автомобіля запускається, капот нагрівається внаслідок передачі тепла, що генерується приводом двигуна.

9 — Від заліза до сорочки

Пластини нагріваються для усунення зморшок в одязі. Коли праска контактує з тканиною, тепло передається.

10- Від вогню в каміні до покеру

Покер, які використовуються для переміщення деревини в камін, зроблені з металу, які є хорошими провідниками тепла. Якщо покер залишається в контакті з джерелом тепла в каміні, тепло буде передано з нього в покер.

Якщо покер залишається в контакті з вогнем досить довго, тепло буде проводитися по всій довжині металевого інструменту.

11 — Від руки до монети

Монети, як правило, холодні, або принаймні холодніші, ніж шкіра людини. Якщо ви тримаєте в руці монету, тепло переходить від шкіри до монети, роблячи її гарячою.

12 — Від однієї людини до іншої

У холодний день люди можуть обнятися, щоб зберегти тепло між ними. Тепло передається від людини з найвищою температурою до індивідуума з найнижчою температурою.

13 — Від гарячої їжі до блюда, що його містить

Гаряча їжа проводить тепло до посуду, на якому воно знаходиться (якщо це провідний матеріал, наприклад, кераміка).

14 — Рука до шматочка шоколаду

Якщо довго тримати шматочок шоколаду, він розтопиться через тепла, що передається від руки до нього.

15 — Від полум’я до нашої шкіри

Якщо ми маємо відкриту шкіру, ми торкаємося полум’я (зі свічки, з кухні, серед інших), тепло буде передаватися від вогню на нашу шкіру, змушуючи нас спалювати.

16 — Від каменів до нашої шкіри

Камені поглинають тепло сонця. Якщо ми доторкнемося до того, що тривалий час було піддано впливу сонця, тепло від нього перейде на нашу шкіру.

17 — Від лампочок до нашої шкіри

Традиційні цибулини нагріваються, коли вони вмикаються. Якщо ми торкаємося один на один, тепло передається від цибулини на нашу шкіру, викликаючи горіння.

18 — Від напоїв до льоду

Коли до напою додають лід, тепло передається шляхом провідності напою до льоду, внаслідок чого остання розморожується.

19 — Від супу до ложки

Якщо чайну ложку залишають всередині тарілки з гарячим супом, тепло передається з рідини в метал.

20 — Від полум’я до горщика і від горщика до води

Коли ми кип’ятимо воду, тепло проводиться від полум’я до горщика, що містить воду. Звідти тепло передається у воду, змушуючи його досягати своєї точки кипіння.

Список літератури

1. Теплопровідність. Отримано 18 липня 2017 року, з simple.wikipedia.org
2. Теплопровідність. Отримано 18 липня 2017 року, з en.wikipedia.org
3. Проведення Отримано 18 липня 2017 року, з bbc.co.uk
4. Що таке теплопровідність. Отримано 18 липня 2017 року, від phys.org
5. Як передається тепло? Отримано 18 липня 2017 року, з edinformatics.com
6. Теплообмін. Отримано 18 липня 2017 р., Від hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
7. Теплопровідність. Отримано 18 липня 2017 р., Від hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.

Теплообмін — види у фізиці, суть і приклади

Передача тепла або теплообмін (теплопередача) – це процес поширення внутрішньої енергії в просторі з різними температурами.

Теплопровідність – це здатність речовин і тіл проводити енергію (тепло) від частин з високою температурою до частин з низькою.

Така здатність існує внаслідок руху частинок. Енергія може передаватися між тілами і всередині одного тіла. Нагріваючи в полум’ї один кінець цвяха, ми ризикуємо обпектися об інший його кінець, що не знаходиться в полум’ї.

На початку розвитку науки про властивості тіл і речовин вважалося, що тепло передається шляхом перетікання якогось елемента між тілами. Пізніше, з розвитком фізики, теплопровідність отримала пояснення взаємодією частинок речовини.

Електрони, що нагріваються на ділянці цвяха над вогнем, рухаються активніше і через зіткнення віддають тепло повільним електронам в частині, яка не піддається нагріванню.

Види теплообміну і способи передачі тепла

У фізиці виділяють кілька видів теплообміну:

• Теплопровідність – це властивість матеріалів передавати через свій об’єм потік тепла шляхом обміну енергією руху частинок.
• Конвекція – це перенесення тепла, що здійснюється шляхом переміщенням нерівномірно прогрітих ділянок середовища (газу, рідини) в просторі.
• Випромінювання (у випадку теплопровідності) – це перенесення тепла в вакуумі або газовому середовищі за допомогою електромагнітними хвилями.

Розглянемо сутність і призначення кожного з видів теплообміну (теплопередачі).

Теплопровідність

У більшості випадків види теплообміну тісно пов’язані і проходять одночасно. Конвекція завжди доповнюється теплопровідністю, оскільки при русі об’єму середовища завжди є взаємодія частинок з різними температурами. Такий процес має назву конвективного теплообміну.

Прикладом такого типу теплообміну (теплопередачі) є охолодження гарячого чаю, налитого в холодну металеву кружку. Віддача тепла може супроводжуватися його випромінюванням, тоді в перенесенні теплоти беруть участь всі три види:

• теплопровідність;
• конвекція;
• теплове випромінювання.

Розглянемо теплопровідність більш детально.

Цей вид теплообміну притаманний твердим тілам, але присутній так само й у рідинах і газах.

У твердих тілах теплопровідність є основним видом теплообміну (теплопередачі) і безпосередньо залежна від природи речовини, його щільності, хімічного складу, вологості, температури.

Різні тіла і речовини мають різну теплопровідність. Кількісним показником теплопровідності служить коефіцієнт теплопровідності, він позначається буквою λ (лямбда). Чим вище щільність, вологість і температура тіла, тим більше λ.

Проведення тепла відбувається шляхом взаємодій між частинками. Кінцевою метою процесу буде вирівнювання внутрішньої температури по всьому тілу. Теплопровідність рідин менше, ніж у твердих тіл, у газів – менше, ніж у рідин. Причиною є велика відстань між молекулами в рідинах, особливо в газах.

Низька теплопровідність повітря здавна використовується при виготовленні подвійних віконних рам. Теплопровідність повітря набагато нижче теплопровідності скла. Повітряний прошарок між склами захищає від зимової холоднечі.

Шерсть, пух, волосся, жир мають дуже низьку теплопровідність. Саме тому ми не мерзнемо взимку в теплих шкарпетках, песці можуть спати на снігу, а моржі виживають в умовах Арктики коштом жирового прошарку.

У таблиці наведені приклади матеріалів, речовин і середовищ з найменшою і найбільшою теплопровідністю.

Коефіцієнт теплопровідності деяких середовищ

Виходячи з даних, наведених в таблиці, можна зробити деякі висновки:

• У вакуумі тепло не проводиться (його теплопровідність дорівнює нулю). Передача тепла у вакуумі може відбуватися за допомогою випромінювання. Таким способом тепло сонця доходить до нашої планети.
• Матеріал з найвищою теплопровідністю називається графен, який активно використовується в наноелектроніці.
• Метали теж досить теплопровідні. Відомо, як швидко нагрівається металева ложка в гарячому супі.
• Будівельні матеріали мають низьку теплопровідність, що і обумовлює їх використання для зведення теплих і надійних жител.

З поняттям теплопровідності тісно пов’язане поняття теплоємності.

Теплоємність

Теплоємністю називають кількість тепла, яке поглинуло тіло (речовина), щоб його температура підвищилася на 1 градус. Дійсно, для підвищення температури металевого стрижня на 1 градус, необхідно, щоб він володів теплопровідністю для рівномірного нагрівання всього обсягу.

Знання про теплопровідність речовин і матеріалів необхідні в будівництві, промисловості, побуті.

Ступінь теплопровідності матеріалу обумовлює його застосування в тій чи іншій сфері. Розробка і пошук нових речовин з унікальними теплоізоляційними властивостями – одне з найважливіших завдань сучасної науки.

Конвекція

При конвекції енергія передається потоками, що виникають в різних середовищах.

Залежно від причини виникнення, процеси цього типу теплообміну (теплопередачі) ділять на природну і вимушену конвекцію:

• Природна конвекція виникає під впливом природних сил: нерівномірного прогріву, сили тяжіння. Процеси природної конвекції відбуваються на планеті щохвилини. Поява хмар, формування атмосферних фронтів, циклонів і антициклонів в атмосфері можливо завдяки цьому процесу. Води Світового океану так само схильні до процесів конвекції, в результаті утворюються океанічні течії. Рух тектонічних плит так само обумовлений конвективними процесами.
• Вимушена конвекція – це залежить від присутності зовнішніх сил. Наприклад, при помішуванні ложкою гарячий чай остигає саме внаслідок цього явища.

Випромінювання

Випромінювання тепла є електромагнітним процесом. Тепло виділяють будь-які тіла, температура яких вище 0 К.

Тепло випромінюється тілами завдяки тому, що будь-яка речовина складається з молекул і атомів, а вони, своєю чергою, із заряджених протонів і електронів. Таким чином, будь-яке тіло пронизане електромагнітним полем.

Теплопровідність і конвекція

Теплопровідність – перехід енергії дельта Q від більш нагрітих T1 частин тіла до менш нагрітих T2.

Закон теплопровідності: теплота дельта Q, що переноситься через елемент площі дельта S за час дельта t, пропорційна градієнту температури dT/dx, площі дельта S і часу дельта t

Дельта Q = -X*(dT/dx)*дельта S*дельта t

X – коефіцієнт теплопровідності.

суть теплопровідності
Теплопровідність відбувається через рух тепла і взаємодії його складових часток один з одним. Процес теплопровідності призводить до того, щоб температура всього тіла була однакова.

Як правило енергія, яка підлягає перенесенню, визначається в якості щільності теплового потоку, пропорційному градієнту температури. Такий коефіцієнт пропорційності називається коефіцієнтом теплопровідності.

Теплопровідність це властивість тіл передавати тепло, засноване на теплообміні яке відбувається між атомами і молекулами тіла.

При теплопровідності не відбувається перенесення речовини від одного кінця тіла до іншого. У рідин теплопровідність невелика, виняток состовляет ртуть і розплавлені метали.

Все це через те що молекули розташовані далеко один від одного на відміну від твердих тіл. У газів теплопровідність ще менше тому його молекули знаходяться на ще більшій відстані, ніж у рідин.

Поганий теплопровідністю володіє шерсть, волосся, папір. Це пов’язано з тим, що між волокнами цих речовин повітря. Теплопровідність в різних речовин різна

Будинки будують з цегли і колод, тому що вони володіють поганою теплопровідністю і можуть зберегти прохолоду або тепло в приміщенні. Для сковорідок роблять пластмасові ручки для того, щоб люди не обпікалися, тому що вони володіють поганою теплопровідністю.

суть конвекції
Конвекція – ще один вид теплопередачі, при якій енергія переноситися самими струменями рідин і газу.

Приклад: у опалювальній кімнаті із за конвенції тепле повітря піднімається вгору, а холодний опускається вниз.

Тепловий потік Q – кількість теплоти W, ДЖ прохідні за час Т, С через дану поверхню в напрямку нормалі до неї

Q = W/t

Якщо кількість переданої теплоти W віднести до площі поверхні F і часу Т то отримаємо величину:

q = W/Ft = Q/F

Щільність теплового потоку вимірюється в Вт/м2

Існує два види конвекції – природна і вимушена.

До природної конвекції відноситься нагрівання приміщення, нагрівання тіла під час спеки (природним шляхом).

До вимушеної конвекції відноситься мішаних чаю ложкою, використання вентилятора, що б охолодити приміщення (неприродним шляхом)

Конвекція не відбувається якщо нагрівати рідини зверху (правильно знизу), тому що нагріті шари не можуть опуститися нижче холодних тому вони більш важче.

Конвекція у твердих тілах відбуватися не може, тому що частинки в твердих тілах коливаються біля певної точки і утримуються сильним взаємним притяганням. Енергія в твердих тілах може передаватися теплопровідністю.

Про чисельний розв’язок стаціонарної задачі теплопровідності методом скінченних елементів на решітці тетраедрально-октаедральної структури

DSpace preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets

Learn More

Please use this identifier to cite or link to this item:
http://rep. ksma.ks.ua/jspui/handle/123456789/536

Title:	Про чисельний розв’язок стаціонарної задачі теплопровідності методом скінченних елементів на решітці тетраедрально-октаедральної структури
Other Titles:	О численном решении стационарной задачи теплопроводности методом конечных элементов на решетке тетраэдрально-октаэдральной структуры About numerical solution of the finite element method stationary heat conduction problem on the lattice tetrahedral-octahedral structure
Authors:	Мотайло, А.П. Motailo, A.P.
Keywords:	октаедр кусково-лінійні вузлові функції тетраедрально-октаедральна решітка октаэдр кусочно-линейные узловые функции тетраэдрально-октаэдральная решетка octahedron piecewise linear nodal function the lattice of tetrahedral-octahedral structure
Issue Date:	2014
Publisher:	НИУ «БелГУ» Издательский дом «Белгород» (Россия)
Citation:	Мотайло А. П. О численном решении стационарной задачи теплопроводности методом конечных элементов на решетке тетраэдрально-октаэдральной структуры. Научные ведомости БелГУ. Математика. Физика. Белгород, 2014. №25(196). С.119—127.
Series/Report no.:	УДК: 519.6;
Abstract:	У роботі встановлено збіжність методу скінченних елементів на решітці тетраедрально-октаедральної структури з застосуванням кусково-лінійних координатних функцій шестивузлового октаедра. На прикладі стаціонарної задачі теплопровідності показано ефективність використання октаедра як комірки просторової решітки. В работе установлена сходимость метода конечных элементов на решетке тетраэдрально-октаэдральной структуры с применением кусочно-линейных координатных функций шестиузлового октаэдра. На примере стационарной задачи теплопроводности показана эффективность использования октаэдра в качестве ячейки пространственной решетки. In this paper, the convergence of the finite element method is established on a lattice of tetrahedral-octahedral structure using the six nodal octahedron with piecewise linear functions of. The efficiency of the octahedron as a cell of the space lattice is showed on an example of a stationary heat conduction problem.
URI:	http://rep.ksma.ks.ua/jspui/handle/123456789/536
ISSN:	2075-4639
Appears in Collections:	Кафедра природничо-наукової підготовки

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.

Дослідження методу асинхронних клітинних автоматів при застосуванні в задачах теплопровідності

Системи обробки інформації, 2018, випуск 1 (152) ISSN 1681-7710

References

1. Ames, W. (1992), Numerical Methods for Partial Differential Equations, Academic Press, Boston, 380 p.

2. Coleman, M.P. (2013), An Introductin to Partial Differential Equations with Matlab, Chapman & Hall / CRC, Boston,

669 p.

3. Morton, K.W. and Mayers, D.F. (1994), Numerical Solution of Partial Differential Equations: An Introduction, Cam-

bridge University Press, Cambridge, 278 p.

4. Kolesnikova, S. (2015), “Metody reshenija osnovnyh zadach uravnenij matematicheskoj fiziki: uch. posobie” [Methods

for solving the basic problems of equations of mathematical physics], MIPT, Moscow, 345 p.

5. Arinshtein, E.A. (2010), “Promerzanie vlazhnogo grunta” [Freezing of wet soil], Bulletin of the Tyumen State University,

No. 6, pp. 11-14.

6. Bandman, O.L. (2009), “Diskretnoe modelirovanie fiziko-himicheskih processov” [Discrete modeling of physical and

chemical processes], Applied Discrete Mathematics, No. 3, pp. 33-49.

7. Wolfram, S. (2002), A New Kind of Science, Wolfram Media, Champaign, IL., 458 p.

8. Janssens, K.G.F. (2010), An introductory review of cellular automata modeling of moving grain boundaries in polycrys-

talline materials, Mathematics and Computers in Simulation, Vol. 80(7), pp. 1361-1381.

9. Golab, R., Bachniak, D., Bzowski, K. and Madej, L. (2013), Sensivity Analysis of the Cellular Automation Model for

Austenite-Ferrite Phase Transformation in Steels, Applied Mathematics, No. 4, pp. 1531-1536.

10. Zhikharevich, V. and Shumilyak, L. (2013), “Ispol’zovanie nepreryvnyh kletochnyh avtomatov dlja modelirovanija

processov teploprovodnosti v sistemah s fazovymi perehodami pervogo roda” [The use of continuous cellular automata for mod-

eling thermal conductivity processes in systems with first-order phase transitions], International Journal of Computing, No. 12,

pp. 142-150.

11. Ezhovsky, Yu.K. and Denisova, O.V. (2005), “Fiziko-himicheskie osnovy tehnologii poluprovodnikovyh materialov:

ucheb. posobie” [Physicochemical basis of semiconductor materials technology], SZTU, St. Petersburg, 467 p.

12. Burton, J.A., Prim, R.C., and Slichter, W.P. (1991), The Distribution of Solute in Crystals Growth from the Melt. Part I.

Theoretical, J. Chem. Phys., 21 (11), pp. 254-271.

13. Zhikharevich, V.V., Shumilyak, L.M., Strutinskaya, L.T. and Ostapov, S.E. (2013), “Postroenye y yssledovanye nepre-

rivnoi kletochno-avtomatnoi modely protsessov teploprovodnosty s fazovimy perekhodamy pervoho roda” [Construction and

investigation of a continuous cellular automaton model of thermal conductivity processes with phase transitions of the first kind],

Computer studies and modeling, 5 (2), pp. 141-152.

14. Tiller, W.A., Rutter, J.W., Jackson, A.A. and Chalmers, B. (1953), The redistribution of solute atoms during the solidi-

fication of metals, Acta Met., 8 (4), 428 p.

Надійшла до редколегії 15.01.2018

Схвалена до друку 20.03.2018

Відомості про авторів:

Шумиляк Лілія

асистент кафедри Чернівецького національного

університету ім. Ю. Федьковича,

Чернівці, Україна

https://orcid.org/0000-0002-6593-7334

e-mail: [email protected]

Жихаревич Володимир

кандидат фізико-математичних наук доцент кафедри

Чернівецького національного

університету ім. Ю. Федьковича,

Чернівці, Україна

https://orcid.org/0000-0003-4882-2954

e-mail: [email protected]

Остапов Сергій

доктор фізико-математичних наук професор

завідувач кафедри

Чернівецького національного університету

ім. Ю. Федьковича,

Чернівці, Україна

https://orcid.org/0000-0002-4139-4152

e-mail: sergey. [email protected]

Information about the authors:

Liliya Shumylyak

Assistant of Department of Yurij Fedkovych

Chernivtsi National University,

Chernivtsi, Ukraine

https://orcid.org/0000-0002-6593-7334

e-mail: [email protected]

Volodymyr Zhikharevich

Ph.D. Associate Professor of Department

of Yurij Fedkovych Chernivtsi National University,

Chernivtsi, Ukraine

https://orcid.org/0000-0003-4882-2954

e-mail: [email protected]

Sergiy Ostapov

Doctor of Physics and Mathematicsl Sciences Professor

Head of Department of Chernivtsi National University,

Chernivtsi, Ukraine

https://orcid.org/0000-0002-4139-4152

e-mail: [email protected]

78

Які речовини мають найбільшу або найменшу теплопровідність. Презентація: Температура та теплова рівновага

Внутрішня енергія, як і всякий, інший вид енергії, може передаватися від одного тіла до іншого. Ми вже розглянули один із прикладів такої передачі   — передачу енергії від гарячої води до холодної ложці. Такий вид теплопередачі називається: теплопровідністю.

Теплопровідність можна спостерігати на наступному досвіді. Закріплюють один кінець товстої мідного дроту в штативі, а до дроту прикріплюють воском кілька цвяхів (рис. 183). при нагріванні вільного кінця дроту в полум’ї спиртівки віск   плавиться, і гвоздики поступово відпадають від дроту. Спочатку відпадуть ті, які розташовані ближче до полум’я, потім по черзі всі інші.

Як відбувається передача енергії по дроті?

Спочатку гаряче полум’я викликає посилення коливального руху частинок металу в одному кінці дроту і температура його підвищується. Потім це посилення руху передається сусіднім частинкам, і швидкість їх коливань також збільшується, т. Е. підвищується температура наступній частині дроту. Потім збільшується швидкість коливання наступних частинок і т. Д. При цьому дуже важливо помітити, що при теплопровідності саме речовина не переміщується від одного кінця тіла до іншого.

Різні речовини мають різну теплопровідність. У цьому можна переконатися на досвіді, в якому енергія передається по стрижнях з різних металів (рис. 184). І з життєвого досвіду ми знаємо, що одні речовини мають велику теплопровідність, ніж інші.Залізний цвях, наприклад, не можна довго нагрівати, тримаючи в руці, а запалений сірник можна тримати до тих пір, поки полум’я не торкнеться руки.

Велику теплопровідність мають метали, особливо срібло і мідь.

У рідин, за винятком розплавлених металів, наприклад ртуті, теплопровідність невелика. У газів теплопровідність ще менше. адже молекули їх знаходяться далеко один від одного   і передача руху від однієї молекули до іншої утруднена.

Шерсть, пух, хутро та інші пористі тіла між своїми волокнами містять повітря і тому мають погану теплопровідність. Ось чому шерсть, хутро, пух захищають тварин від охолодження. Захищає тварин від охолодження і жировий шар, який є у водоплавних птахів, у китів, моржів, тюленів.

Найменшу теплопровідність має вакуум — сильно розріджений газ. Пояснюється це тим, що теплопровідність, т. Е. Перенесення енергії від однієї частини тіла до іншої,   здійснюють молекули або інші частинки, — отже, там, де немає часток, теплопровідність здійснюватися не може.

Речовини з малою теплопровідністю застосовують там, де необхідно зберігати енергію. Наприклад, цегляні стіни допомагають зберігати внутрішню енергію в приміщенні. Можна, можливо оберегти тіла, і від нагрівання, наприклад лід в погребі зберігають,обкладаючи льох соломою, тирсою і землею, які мають погану теплопровідність.

Питання. 1.На якому досвіді можна спостерігати передачу внутрішньої енергії твердим тілом? 2. Як відбувається передача енергії по металевій дроті? 3. Які речовини мають найбільшу і найменшу теплопровідність? Де їх застосовують?

Вправи. 1.Чому глибокий пухкий сніг оберігає озимі хліба від вимерзання? 2. Поясніть, чому солома, сіно, сухе листя володіють поганою теплопровідністю. 3. Підраховано, що теплопровідність соснових дощок в 3,7 рази більше, ніж соснових тирси, теплопровідність льоду в 21,6 рази більше, ніж свіжого снігу (сніг складається з дрібних кристаликів льоду). Чим пояснити таку різницю? 4. Чому вираз «шуба гріє» невірно?   5. Ножиці і олівці, що лежать на столі, мають однакову температуру. Чому ж на дотик ножиці здаються холодніше? 6. Поясніть, яким чином хутро, пух, пір’я на тілі тварин, а також одяг людини захищають від холоду.

У попередньому параграфі ми з’ясували, що при опусканні металевої спиці в склянку з гарячою водою дуже скоро кінець спиці ставав теж гарячим. Отже, внутрішня енергія, як і будь-який вид енергії, може бути передана від одних тіл до інших. Внутрішня енергія може передаватися і від однієї частини тіла до іншої. Так, наприклад, якщо один кінець цвяха нагріти в полум’ї, то інший його кінець, що знаходиться в руці, поступово нагріється і буде палити руку.

Явище передачі внутрішньої енергії від однієї частини тіла до іншої або від одного тіла до іншого при їх безпосередньому контакті називається теплопровідністю.

Вивчимо це явище, виконавши ряд дослідів з твердими тілами, рідинами та газами.

Внесемо в вогонь кінець дерев’яної палиці. Він запалає. Інший кінець палиці, що знаходиться зовні, буде холодним. Значить, дерево володіє поганою теплопровідністю.

Піднесемо полум’ї спиртівки кінець тонкої скляної палички. Через деякий час він нагріється, інший же кінець залишиться холодним. Отже, і скло має погану теплопровідність.

Якщо ж ми будемо нагрівати в полум’ї кінець металевого стержня, то дуже скоро весь стрижень сильно нагріється. Утримати його в руках ми вже не зможемо.

Значить, метали добре проводять тепло, т. Е. Мають велику теплопровідність. Найбільшою теплопровідністю володіють срібло і мідь.

Розглянемо передачу тепла від однієї частини твердого тіла до іншого на наступному досвіді.

Закріпимо один кінець товстої мідного дроту в штативі. До дроту прикріпимо воском кілька цвяхів. При нагріванні вільного кінця дроту в полум’ї спиртівки віск буде танути. Гвоздики почнуть поступово відвалюватися (рис. 5). Спочатку відпадуть ті, які розташовані ближче до полум’я, потім по черзі всі інші.

Мал. 5. Передача тепла від однієї частини твердого тіла до іншого

З’ясуємо, як відбувається передача енергії по дроті. Швидкість коливального руху частинок металу збільшується в тій частині дроту, яка ближче розташована до полум’я. Оскільки частки постійно взаємодіють один з одним, то збільшується швидкість руху сусідніх частинок. Починає підвищуватися температура наступній частині дроту і т. Д.

Слід пам’ятати, що при теплопровідності не відбувається перенесення речовини від одного кінця тіла до іншого.

Розглянемо тепер теплопровідність рідин. Візьмемо пробірку з водою і станемо нагрівати її верхню частину. Вода у поверхні скоро закипить, а у дна пробірки за цей час вона тільки нагріється (рис. 6). Значить, у рідин теплопровідність невелика, за винятком ртуті і розплавлених металів.

Мал. 6. Теплопровідність рідини

Це пояснюється тим, що в рідинах молекули розташовані на великих відстанях один від одного, ніж в твердих тілах.

Досліджуємо теплопровідність газів. Суху пробірку одягнемо на палець і нагріємо в полум’ї спиртівки денцем вгору (рис. 7). Палець при цьому довго не відчує тепла.

Мал. 7. Теплопровідність газу

Це пов’язано з тим, що відстань між молекулами газу ще більше, ніж у рідин і твердих тіл. Отже, теплопровідність у газів ще менше.

Отже, теплопровідність у різних речовин різна.

Досвід, зображений на малюнку 8, показує, що теплопровідність у різних металів неоднакова.

Мал. 8. Теплопровідність різних металів

Поганою теплопровідністю мають шерсть, волосся, пір’я птахів, папір, пробка та інші пористі тіла. Це пов’язано з тим, що між волокнами цих речовин міститься повітря. Найнижчою теплопровідністю володіє вакуум (звільнене від повітря простір). Пояснюється це тим, що теплопровідність — це перенесення енергії від однієї частини тіла до іншої, який відбувається при взаємодії молекул або інших частинок. У просторі, де немає часток, теплопровідність здійснюватися не може.

Якщо виникає необхідність захистити тіло від охолодження або нагрівання, то застосовують речовини з малою теплопровідністю. Так, для каструль, сковорідок ручки виготовляють з пластмаси. Будинки будують з колод або цегли, що володіють поганою теплопровідністю, а значить, що оберігають приміщення від охолодження.

питання

1. Як відбувається передача енергії по металевій дроті?
2. Поясніть досвід (див. Рис. 8), що показує, що теплопровідність міді більше, ніж теплопровідність сталі.
3. Які речовини мають найбільшу і найменшу теплопровідність? Де їх застосовують?
4. Чому хутро, пух, пір’я на тілі тварин і птахів, а також одяг людини захищають від холоду?

Вправа 3

1. Чому глибокий пухкий сніг оберігає озимі хліба від вимерзання?
2. Підраховано, що теплопровідність соснових дощок в 3,7 рази більше, ніж соснових тирси. Чим пояснити таку різницю?
3. Чому вода не замерзає під товстим шаром льоду?
4. Чому вираз «шуба гріє» невірно?

завдання

Візьміть чашку з гарячою водою і одночасно опустіть у воду металеву і дерев’яну ложки. Яка з ложок швидше нагріється? Яким способом здійснюється теплообмін між водою і ложками? Як змінюється внутрішня енергія води і ложок?

, 10 клас
Тема: «
Температура і теплова рівновага
»

теплові явища

Які види теплопередачі ви знаєте?

Конвекція;

теплопровідність;

Випромінювання.

Що таке теплопровідність?

Відповідь: перенесення тепла при взаємодії частинок.

Які речовини мають найбільшу і найменшу теплопровідність?

Відповідь: найбільша — у металів, найменша — у газів.

В чому полягає явище конвекції?

Відповідь: перенесення тепла потоками рідини або газу.

Чим пояснюється конвекція?

Відповідь: рух потоків теплого газу і рідини пояснюється архимедовой силою.

Які види конвекції ви знаєте?

Відповідь: природна і вимушена.

Енергія, яку отримує або втрачає тіло при теплопередачі, називається . ..

кількістю теплоти.

1. Що таке віддалена теплоємність речовини?

— величина, що показує, яка кількість теплоти потрібно для зміни температури речовини масою 1 кг на 1 0С.

2. У різних речовин питома теплоємність …

3. У речовин в різних агрегатних станах (лід, вода, пар) Питома теплоємність …

Завдання.   Розрахуйте кількість теплоти, необхідне для нагрівання мідної деталі масою 2 кг для зміни його температури на 100 0С.

Завантажити презентацію можна клікнувши на текст Скачати презентацію і встановивши програму Microsoft PowerPoint.

Надіслано учителем Мірошниченко.

1. Способи поширення теплоти — Основи теплотехніки та гідравліки

Усі процеси, що протікають в часі і просторі,
зв’язані з явищами переносу енергії й маси. Процес переносу теплоти й маси, що
протікають переважно в суцільних середовищах (у твердих тілах, рідинах і
газах).

Відповідно до другого закону
термодинаміки під дією різниці температур відбувається процес переносу теплоти
в просторі убік менших значень температури. Самовільний необоротний процес
переносу теплоти в просторі, обумовлений різницею температур, називається
теплообміном. Закономірності переносу
теплоти і кількісні характеристики цього процесу вивчаються теорією теплообміну.

Перенос маси відбувається при різниці концентрації
речовини, при випаровуванні, кипінні, конденсації і багатьох інших процесах.
Якщо має місце обмін як теплотою, так і масою, то процес називається тепло
масообміном. У теорії тепло масообміну вивчають потоки теплоти і маси. 

В теорії теплообміну розглядається дві
основні задачі: 

1. Визначення
кількості тепла, яке передається від одного тіла до іншого або переходить із
однієї частини тіла до іншої при заданих умовах. 

2. Визначення
температури в різних ділянках тіла, що беруть участь в процесі теплообміну. 

Необхідної
і достатньою умовою теплообміну є різниця температур. 

Теплообмін
може здійснюватись трьома способами: теплопровідністю, конвекцією і тепловим
випромінюванням.  

Теплопровідність – це
перенос тепла при безпосередньому контакті тіл (або частин одного тіла), що
мають різні температури.
Теплопровідність обумовлена рухом мікрочастинок речовини і можлива у твердих,
рідких і газоподібних середовищах. 

Конвекція – це процес переносу теплоти
при переміщенні макрооб’ємів рідини або газу у просторі з області з одною
температурою в область з іншою.
При цьому на перенос тепла істотно впливає процес переносу самого середовища.

Тепловим випромінюванням називається процес переносу теплоти в просторі за допомогою електромагнітних хвиль. 

При цьому має місце подвійне взаємне
перетворення: частина внутрішньої енергії випромінювача перетворюється в
енергію електромагнітних хвиль, що поглинаються тепло сприймаючим тілом,
перетворюючись в теплову енергію.

У дійсності в природі і техніці випадки поширення тепла відбуваються лише од­ним способом — теплопровідністю, конвекцією і тепловим випромінюванням зуст­річаються рідко. Найчастіше один вид теплообміну супроводжується іншим.

Конвекція тепла завжди супроводжується теплопровідністю, тому, що при русі рідин і газів вони контактують з твердою поверхнею. Спільний процес конвекції і теплопровідності називається конвективним теплообміном. На практиці можуть ма­ти місце більш складні процеси переносу теплоти.

У техніці
і побуті проходять процеси теплообміну між різними рідинами (стис­ливими,
або нестисливими), розділеними твердою стінкою. Прикладом може слу­жити
процес передачі теплоти водою в опалювальному приладі навколишньому повітрю в
приміщенні. Процес передачі теплоти від
однієї рідини до іншої, що ма­ють різну
температуру, через поділяючу їх стінку називається теплопередачею.

(PDF) Математическое моделирование стационарного распределения температуры из-за потерь тепла из сварного шва стыкового соединения »

[6]

Точность этой модели

можно легко сравнить с результатами, полученными Caldwell J. и Kwan

YY [19] о методе возмущений для задачи Стефана

с граничными условиями, зависящими от времени.

V. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Из текущих результатов и обсуждения

можно сделать следующие выводы:

1.Общее решение нелинейного анализа стационарного состояния

, выполненного методом возмущений, действительно

в диапазоне безразмерной длины X = 0 и

 = 1. При значении выше 1 величина

становится отрицательным. Таким образом, он сходится в области

, как показано на рис. 2 и рис. 3.

2. При X = 0иX = 1 распределение температуры

в (18) дает θ (0) = 1 и θ (1) = 0,

гарантирует, что метод возмущений удовлетворяет двум

граничных условий.Также для  = 0 получается распределение температуры

для постоянной постоянной теплопроводности

.

3. Значение параметра возмущения  не изменилось в значительной степени

, поскольку коэффициент теплового расширения

был принят постоянным, потому что он

изменяется самопроизвольно с переходным процессом, который

трудно предсказать. Также изменение очень незначительное

и не сильно влияет на распределение температуры

.

4. Эта комплексная модель, основанная на методе возмущений

, подходящая для нелинейного анализа установившегося состояния

, может быть полезным инструментом для первичного измерения явлений

поверхностных тепловых потерь.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

[1] Вахав М.А., Пейнтер М. Дж. И Дэвис М. Х., «Прогноз

распределения температуры и геометрии сварочной ванны в процессе газовой дуговой сварки

», Journal of Material Processing

Technology, Vol.77, pp. 233-239, 1998.

[2] Литтл Г. Х. и Камтекар А. Г., «Влияние термических свойств

и эффективности сварки на переходные температуры во время сварки

», Computers and Structures (Pergamon), Vol. 68, pp.

157-165, 1998.

[3] Розенталь Д., «Теория движущихся источников тепла и ее приложения

для обработки металлов», Trans. ASME, Vol. 68, pp.

849-865, 1946.

[4] Павелич В.и др., «Экспериментальные и расчетные температуры

историй в газовой вольфрамовой дуговой сварке тонких пластин, Сварка

Journal Research Supplement», Vol. 48, pp. 2952-305s, 1969.

[5] Цай Н.С. и Игар Т.В., «Изменения формы сварочной ванны в результате

изменения распределения источника тепла при дуговой сварке»,

Моделирование процессов литья и сварки. II, AIME Нью-Йорк,

317, 1984.

[6] Голдак Дж.А. и др., «Анализ термических напряжений в твердых телах около

жидкой области в сварных швах. Математическое моделирование явления сварного шва

», Институт материалов, стр. 543-570, 1997.

[7] Хоу З.Б., Командури Р.,« Общее решение

задач стационарного / движущегося плоского источника тепла на производстве

и трибология », Международный журнал тепломассообмена

(Пергамон), т. 43, pp. 1679-1698, 2000.

[8] Арайя Гильермо и Гутьеррес Густаво, «Аналитическое решение

для нестационарного трехмерного распределения температуры из-за движущегося лазерного луча

», International Journal of Heat and Mass

Перевод, т. 49, pp. 4124-4131, 2006.

[9] Элсен Ван М. и др., «Решения для моделирования движущихся источников тепла

в полубесконечной среде и приложения для лазерной обработки материалов

», International Journal тепла и массы

Передача, т. 50, pp. 4872-4882, 2007.

[10] Кукла-Кидава Дж. «Распределение температуры в прямоугольной пластине

, нагретой движущимся источником тепла», International Journal of

Heat and Mass Transfer, vol.51, pp. 865-872, 2008.

[11] Левин Павел, «Общее решение трехмерной квазистационарной задачи

о движущемся точечном источнике тепла на полубесконечном твердом теле»,

Mechanics Research Связь, т. 35, pp. 151-157,

2008.

[12] Осман Талаат и Бушеффа Абдеррахман, «Аналитическое решение

для трехмерной стационарной проводимости в твердом теле, подвергнутом

движущемуся прямоугольному источнику тепла и поверхности. охлаждение »,

Comptes Rendus Mechanique, vol. 337, pp. 107-111, 2009.

[13] Винчек Ежи, «Аналитическое решение для нестационарного температурного поля

в полубесконечном теле, вызванного движущимся объемным источником тепла

», Международный журнал тепло- и массообмена. т. 53,

pp. 5774-5781, 2010.

[14] Parkitny Ryszard & Winczek Jerzy, «Аналитическое решение временного температурного поля

в полубесконечном теле, вызванного

движущимся наклонным объемным источником тепла», Международный журнал

Тепломассообмен, т.60, стр. 469-479 2013.

[15] Джиджи, Латиф М., Теплопроводность, 3-е изд., Springer-Verlag

, Берлин, Гейдельберг, 2009, стр. 270-272.

[16] Абдельхалек М. М., «Тепло- и массообмен в свободной от МГД конвекции

от подвижной проницаемой вертикальной поверхности с помощью метода возмущений

», Commun Nonlinear Sci Numer Simulat,

vol. 14, pp. 2091-2102, 2009.

[17] Крейт Франк, Манглик М. Радж и Бон Марк С., Принцип

Heat Transfer, 7-е изд. , Cengage Learning, 2011, стр. 78-79.

[18] Младший Каллистер Уильям Д., Основы материаловедения

и Engineering / An Interactive, 5-е изд., John Willey and Sons,

Inc., 2001, стр. 250-253.

[19] Колдуэлл Дж. И Кван Ю. Ю., «О методе возмущений для

задачи Стефана с граничными условиями, зависящими от времени»,

International Journal of Heat and Mass Transfer, vol.46, pp.

1497-1501, 2003.

[20] Масубучи К., «Остаточные напряжения и деформации при сварке, пайка и пайка

», Справочник ASM, ASM International,

vol. 6. С. 1094 — 1102.

Моделирование термического процесса стыковой сварки полиэтиленовых труб при низких температурах

12.

И. М. Крюкова, И. И. Сквирская, В. Я. Ушаков, Б.В. Шмаков, Влияние температуры плавления на свойства полиэтилена в крупногабаритных изделиях, Пласт. Massy , № 6, 38–39 (1998).

Джеспер Сундквист Print.pdf

% PDF-1.6
%
1 0 obj
>
endobj
1776 0 объект
>
endobj
2557 0 объект
> поток
2015-10-09T13: 20: 19 + 01: 002015-10-09T13: 22: 41 + 02: 002015-10-09T13: 22: 41 + 02: 00Device = Xerox5000A4, CustomPageSize = True, Duplex = False, Collate = CollateDEF, PrepsScreening = valueKodak Preps версии 5.3.3 (595) application / pdf

uuid: 11d3cb25-8a7f-44a1-b100-47f3f5a3b6b9uuid: 5295ff4c-8a47-44b2-bdaf-2f5c27a64e37

конечный поток
endobj
39 0 объект
>
endobj
2558 0 объект
>
endobj
2561 0 объект
>
endobj
2562 0 объект
>
endobj
2563 0 объект
>
endobj
2564 0 объект
>
endobj
2565 0 объект
> / Шрифт >>> / Повернуть 0 / StructParents 0 / Тип / Страница >>
endobj
2566 0 объект
> поток
BT
/ P> BDC
/ CS0 cs 0 scn
/ TT0 1 Тс
10. 삠 + v! A {Bhk
5YliFe̓T?} YV- ަ xBm̒N (} H) &, #

Методы лазерной сварки | Лазерная сварка | Основы автоматизированной сварки

При лазерной сварке возможно изменение выходной мощности и формы колебаний лазерного луча, что делает метод легко адаптируемым к различным приложениям для использования в различных процессах сборки.

Лазерная сварка включает в себя теплопроводную сварку и сварку с глубоким проплавлением, характеризующуюся вариациями выходного лазерного луча, а также сварку импульсным лазерным лучом и сварку непрерывным лазерным лучом, характеризующиеся различными режимами генерации лазера.Импульсный лазерный луч коротковолнового мощного лазера идеально подходит для точечной сварки, а непрерывный лазерный луч идеален для шовной сварки. Оба метода сварки также подходят для сварки материалов с высокой температурой плавления или с высокой теплопроводностью из-за очень низкого теплового эффекта во время сварки.

Обязательно к прочтению всем, кто занимается сваркой!
Это руководство включает в себя базовые знания в области сварки, такие как типы и механизмы сварки, а также подробные сведения об автоматизации сварки и устранении неисправностей. Скачать

Теплопроводная сварка — это метод лазерной сварки с низкой производительностью. Это обеспечивает глубину проникновения не более 1-2 мм. Благодаря способности работать в относительно широком диапазоне мощности, теплопроводная сварка может быть отрегулирована до идеального уровня мощности, а неглубокий провар позволяет сваривать материалы, чувствительные к тепловому воздействию в оптимальных условиях.
Этот тип сварки используется для стыковых соединений, соединений внахлест и других сварочных работ для тонких листов, а также может использоваться для сварки герметичных уплотнений и других уплотнений.Теплопроводная сварка также подходит для летучих сплавов, таких как магний и цинк, для которых сварка с глубоким проплавлением не подходит.

При сварке «каплевидный вырез» (сварка с глубоким проплавлением) используется мощный лазер для высокоскоростной сварки. Узкий и глубокий провар обеспечивает равномерную сварку внутренних конструкций. Поскольку зона термического влияния мала, деформация основного материала из-за сварки может быть минимизирована.
Этот метод подходит для применений, требующих глубокого проплавления или при сварке нескольких базовых материалов, уложенных вместе (в том числе для стыков, углов, Ts, нахлестов и фланцевых соединений).

Теплопроводная сварка

А

Лазерный луч

B

Теплопроводность

Сварка с глубоким проплавлением

А

Лазерный луч

С

Давление пара

Различия между теплопроводной сваркой и сваркой с глубоким проплавлением

	Теплопроводная сварка	Сварка с отверстием под ключ (глубокое проплавление)
Допуск	Требуемая точность на обеих поверхностях	Точность требуется только на одной поверхности
Тепловая эффективность	Прибл. 35%	Прибл. 95%
Уровень эффективности сварки	Низкая	Высокая
Скорость сварки	Медленная	Быстро
Энергия, необходимая для шва 1 мм	Высокая	Низкий
Деформация, вызванная нагревом	Незначительное искажение	Минимальная деформация (меньше, чем при теплопроводной сварке)
Размер шва	Большой	Маленький
Гладкость шва	Гладкая	Грубый

Дистанционная лазерная сварка — это метод сварки, при котором лазерный луч управляется зеркалом и быстро перемещается свариваемой детали для высокой производительности, гибкости производственной линии и рентабельности.
Лазерный луч управляется подвижным зеркалом (1) и системой линз (2). Система линз может использоваться для управления направлением Z, а подвижное зеркало может использоваться для управления направлениями X и Y (3), обеспечивая быстрое и точное нанесение лазерного луча на зону сварки в любом месте в пределах диапазона лазерного луча ( 4).

В отличие от точечной сварки, при которой свариваемый материал должен быть доступен с обеих сторон, удаленная лазерная сварка требует доступа только с одной стороны.

Точечная сварка также требует времени, чтобы манипулятор робота перемещался между свариваемыми деталями, тогда как дистанционная лазерная сварка включает только перемещение зеркала, что обеспечивает незначительную физическую скорость перемещения.

Эта высокая скорость сварки позволяет достичь скорости обработки более чем в 10 раз быстрее, чем при точечной сварке.

Контроль луча при дистанционной лазерной сварке

Этот метод также называется лазерной наплавкой или прямым напылением металла. Сварка включает использование присадочного материала, при этом поверхности присадочного материала и основного материала плавятся с образованием металлургической связи. Обычные присадочные материалы — проволока или металлический порошок. Этот метод может быть как автоматическим, так и ручным, в зависимости от приложения.Лазерная наплавка может использоваться не только для соединения, но и для ремонта дефектов поверхности сварных швов, для изготовления сетчатых компонентов путем формирования сварных швов и для обработки металлических поверхностей.

Автомат

Руководство

А

Направление сварки

B

Лазерный луч

С

Основные материалы

D

Защитный газ

E

Депозитный металл

F

Сварные материалы

G

Металлический порошок

H

Сварочная ванна

I

Защитные очки

Дж

Присадочная проволока

Дом

% PDF-1. 4
%
1 0 obj>
endobj
2 0 obj>
endobj
3 0 obj>
endobj
4 0 obj>
endobj
5 0 obj> / Metadata 1236 0 R / Outlines 1193 0 R / OutputIntents [>] / Pages 10 0 R / StructTreeRoot 762 0 R >>
endobj
6 0 obj>
endobj
7 0 obj>
endobj
8 0 obj>
endobj
9 0 obj>
endobj
10 0 obj>
endobj
11 0 obj>
endobj
12 0 obj>
endobj
13 0 obj>
endobj
14 0 obj>
endobj
15 0 obj> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] / Properties >>> / StructParents 0 >>
endobj
16 0 obj>
endobj
17 0 obj>
endobj
18 0 obj>
endobj
19 0 obj>
endobj
20 0 obj>
endobj
21 0 объект>
endobj
22 0 obj>
endobj
23 0 obj>
endobj
24 0 obj>
endobj
25 0 obj>
endobj
26 0 obj>
endobj
27 0 obj>
endobj
28 0 obj>
endobj
29 0 obj>
endobj
30 0 obj>
endobj
31 0 объект>
endobj
32 0 obj>
endobj
33 0 obj>
endobj
34 0 obj>
endobj
35 0 obj>
endobj
36 0 obj>
endobj
37 0 obj>
endobj
38 0 obj>
endobj
39 0 obj>
endobj
40 0 obj>
endobj
41 0 obj>
endobj
42 0 obj>
endobj
43 0 obj>
endobj
44 0 obj>
endobj
45 0 obj>
endobj
46 0 obj>
endobj
47 0 obj>
endobj
48 0 obj>
endobj
49 0 obj>
endobj
50 0 obj>
endobj
51 0 объект>
endobj
52 0 obj>
endobj
53 0 obj>
endobj
54 0 obj>
endobj
55 0 obj>
endobj
56 0 obj>
endobj
57 0 obj>
endobj
58 0 obj>
endobj
59 0 obj [64 0 R]
endobj
60 0 obj>
endobj
61 0 obj>
endobj
62 0 obj>
endobj
63 0 obj>
endobj
64 0 obj>
endobj
65 0 obj>
endobj
66 0 obj>
endobj
67 0 obj>
endobj
68 0 obj>
endobj
69 0 obj>
endobj
70 0 obj>
endobj
71 0 obj>
endobj
72 0 obj>
endobj
73 0 obj>
endobj
74 0 объект>
endobj
75 0 obj>
endobj
76 0 obj>
endobj
77 0 obj>
endobj
78 0 obj>
endobj
79 0 obj>
endobj
80 0 obj>
endobj
81 0 объект>
endobj
82 0 obj>
endobj
83 0 obj>
endobj
84 0 obj>
endobj
85 0 obj>
endobj
86 0 obj>
endobj
87 0 obj>
endobj
88 0 obj>
endobj
89 0 obj> / BS> / F 4 / Rect [143. 69 59,848 265,69 71,347] / StructParent 7 / Подтип / Ссылка >>
endobj
90 0 obj>
endobj
91 0 obj>
endobj
92 0 obj>
endobj
93 0 obj>
endobj
94 0 obj>
endobj
95 0 obj>
endobj
96 0 obj>
endobj
97 0 obj>
endobj
98 0 obj>
endobj
99 0 obj [104 0 R]
endobj
100 0 obj>
endobj
101 0 obj>
endobj
102 0 объект>
endobj
103 0 obj>
endobj
104 0 obj>
endobj
105 0 obj>
endobj
106 0 объект>
endobj
107 0 obj>
endobj
108 0 obj>
endobj
109 0 obj>
endobj
110 0 объект>
endobj
111 0 obj>
endobj
112 0 obj>
endobj
113 0 obj>
endobj
114 0 obj>
endobj
115 0 obj>
endobj
116 0 obj>
endobj
117 0 объект>
endobj
118 0 obj> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] / Свойства >>> / StructParents 2 >>
endobj
119 0 объект>
endobj
120 0 obj>
endobj
121 0 объект>
endobj
122 0 объект>
endobj
123 0 obj>
endobj
124 0 obj>
endobj
125 0 obj>
endobj
126 0 obj>
endobj
127 0 obj>
endobj
128 0 объект>
endobj
129 0 объект>
endobj
130 0 obj>
endobj
131 0 объект>
endobj
132 0 obj>
endobj
133 0 obj>
endobj
134 0 объект>
endobj
135 0 obj>
endobj
136 0 obj>
endobj
137 0 obj> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] / Properties> / XObject >>> / StructParents 3 >>
endobj
138 0 obj>
endobj
139 0 obj>
endobj
140 0 obj>
endobj
141 0 объект>
endobj
142 0 объект>
endobj
143 0 объект>
endobj
144 0 obj>
endobj
145 0 obj>
endobj
146 0 obj>
endobj
147 0 obj>
endobj
148 0 объектов>
endobj
149 0 объектов>
endobj
150 0 объект>
endobj
151 0 объект>
endobj
152 0 obj>
endobj
153 0 obj>
endobj
154 0 obj>
endobj
155 0 obj>
endobj
156 0 obj>
endobj
157 0 obj>
endobj
158 0 obj>
endobj
159 0 объектов>
endobj
160 0 obj>
endobj
161 0 obj [166 0 R]
endobj
162 0 объект>
endobj
163 0 obj>
endobj
164 0 obj>
endobj
165 0 obj>
endobj
166 0 obj>
endobj
167 0 obj>
endobj
168 0 obj>
endobj
169 0 объектов>
endobj
170 0 obj>
endobj
171 0 объект>
endobj
172 0 объект>
endobj
173 0 объект>
endobj
174 0 obj>
endobj
175 0 obj>
endobj
176 0 obj>
endobj
177 0 obj>
endobj
178 0 объектов>
endobj
179 0 объектов>
endobj
180 0 obj>
транслировать
xXG1 / ​​1jlQ [D4 (J Rk, A bC $ (F1bW, «A @ Bi YΫsogg! AAAAAAAAAAALO; v; AR? ~ ׯ Oddd ^^» (f ޽5 jXt ؁ Ettt
) ׭ [

6 млн $ v
ĎA * ++ ի ‘s & Mrrrz) 6l1TAyΟ? / Q? ȳBk ժ% [~ ‘O’ (AA, 7xCHz% HAy ޽ kkk +] G9sFABh3D
% HAyOnee%] G bAn ݺ I7R (A «Ȑooo [[[u͝; w
ATtJJc ֭ [‘4˗ / o ٲ eEEE}}}
A ݻ w; t? ‘ @YY ٿ uiDA, i_fw} ZNSV? «B? WUUiF ڥ W \) v E -vvv] ti ݺ u ݺ u ڵ kg ժ UA # ̹ssDDDHt + ** DA (//? Zh 텷 ׯ b
hčAɓp)). & M ް aC۶mb ٳ B9d * R2V #

Искажение сварного шва

Начало сварщиков и даже те, которые более испытывали общ борьбу с проблемой сварного шва (искажения, коробления плиты основания, вызванного тепла из сварочной дуги). Деформация доставляет проблемы по ряду причин, но одна из наиболее важных — это возможное создание сварного шва, который не является структурно прочным. Эта статья поможет определить, что такое деформация сварного шва, а затем даст практическое представление о причинах деформации, эффектах усадки в различных типах сварных сборок и о том, как ее контролировать, и, наконец, взглянет на методы борьбы с деформацией.

Что такое сварная деформация?
Деформация сварного шва возникает в результате расширения и сжатия металла шва и прилегающего основного металла во время цикла нагрева и охлаждения в процессе сварки. Выполнение всей сварки на одной стороне детали вызовет гораздо большую деформацию, чем при чередовании сварных швов с одной стороны на другую. Во время этого цикла нагрева и охлаждения многие факторы влияют на усадку металла и приводят к деформации, например, физические и механические свойства, которые меняются при воздействии тепла.Например, по мере увеличения температуры области сварного шва предел текучести, эластичность и теплопроводность стального листа уменьшаются, а тепловое расширение и удельная теплоемкость увеличиваются (рис. 3-1). Эти изменения, в свою очередь, влияют на тепловой поток и равномерность распределения тепла.

Причины деформации
Чтобы понять, как и почему возникает деформация во время нагрева и охлаждения металла, рассмотрим стальной стержень, показанный на рис. 3-2. Поскольку стержень нагревается равномерно, он расширяется во всех направлениях, как показано на рис. 3-2 (a). Когда металл остывает до комнатной температуры, он равномерно сжимается до своих первоначальных размеров.

Но если стальной стержень удерживается — как в тисках — во время нагрева, как показано на рис. 3-2 (b), боковое расширение не может произойти. Но поскольку во время нагрева должно происходить объемное расширение, стержень расширяется в вертикальном направлении (по толщине) и становится толще.Когда деформированный стержень возвращается к комнатной температуре, он все равно будет сжиматься равномерно во всех направлениях, как показано на рис. 3-2 (c). Планка стала короче, но толще. Он был постоянно деформирован или искажен. (Для упрощения на рисунках показано, что это искажение проявляется только в толщине. Но на самом деле, длина также изменяется.)

В сварном соединении эти же силы расширения и сжатия действуют на металл шва и основной металл. По мере того, как металл шва затвердевает и плавится с основным металлом, он максимально расширяется.При охлаждении он пытается сжаться до объема, который обычно занимал бы при более низкой температуре, но этому препятствует соседний основной металл. Из-за этого внутри сварного шва и прилегающего основного металла возникают напряжения. В этот момент сварной шов растягивается (или податливается) и утончается, таким образом подстраиваясь под требования к объему при более низкой температуре. Но только те напряжения, которые превышают предел текучести металла шва, снимаются этим деформированием. К тому времени, когда сварной шов достигнет комнатной температуры (при условии полного удержания основного металла, так что он не может двигаться), сварной шов будет содержать заблокированные растягивающие напряжения, примерно равные пределу текучести металла.Если ограничители (зажимы, удерживающие заготовку, или противодействующая сила усадки) снимаются, остаточные напряжения частично снимаются, поскольку они заставляют основной металл перемещаться, таким образом искажая сварную деталь.

Контроль усадки — что можно сделать, чтобы минимизировать деформацию
Чтобы предотвратить или минимизировать деформацию сварного шва, как при проектировании, так и во время сварки должны использоваться методы, позволяющие преодолеть эффекты цикла нагрева и охлаждения. Усадку нельзя предотвратить, но можно контролировать.Для минимизации деформации, вызванной усадкой, можно использовать несколько способов:

1. Не допускать чрезмерной сварки
Чем больше металла помещено в соединение, тем больше силы усадки. Правильный выбор размера сварного шва в соответствии с требованиями соединения не только сводит к минимуму деформацию, но также экономит металл и время сварного шва. Количество сварочного металла в угловом шве можно минимизировать за счет использования плоского или слегка выпуклого валика, а в стыковом соединении — за счет надлежащей подготовки кромок и подгонки. Избыток металла шва в сильно выпуклом валике не увеличивает допустимую прочность при работе с кодом, но увеличивает силы усадки.

При сварке толстого листа (толщиной более 1 дюйма) снятие фаски или даже двойное снятие фаски может сэкономить значительное количество металла шва, что автоматически приводит к гораздо меньшим искажениям.

В общем, если деформация не проблема, выберите наиболее экономичный стык. Если деформация является проблемой, выберите либо соединение, в котором сварочные напряжения уравновешивают друг друга, либо соединение, требующее наименьшего количества сварочного металла.

2. Используйте прерывистую сварку
Другой способ минимизировать количество металла шва — использовать прерывистые, а не непрерывные сварные швы там, где это возможно, как показано на рис.3-7 (в). Например, для прикрепления ребер жесткости к пластине прерывистые сварные швы могут уменьшить наплавленный металл на 75 процентов, но при этом обеспечить необходимую прочность.

3. Используйте как можно меньше сварочных проходов
Меньше проходов с большими электродами, рис.3-7 (d), предпочтительнее большего количества проходов с небольшими электродами, когда поперечное искажение может быть проблемой. Усадка, вызванная каждым проходом, имеет тенденцию к накоплению, тем самым увеличивая общую усадку при использовании большого количества проходов.

4. Поместите сварные швы рядом с нейтральной осью
Деформация сведена к минимуму за счет меньшего рычага усадочных сил, вынуждающих пластины не совмещаться. Рисунок 3-7 (e) иллюстрирует это. Как конструкция сварного изделия, так и последовательность сварки могут эффективно использоваться для контроля деформации.

5. Уравновешивание сварных швов вокруг нейтральной оси
Эта практика, показанная на рис. 3-7 (f), компенсирует одну силу усадки с другой, чтобы эффективно минимизировать деформацию сварного соединения. Здесь также важными факторами являются конструкция сборки и правильная последовательность сварки.

6. Используйте обратную сварку
При обратной сварке общая последовательность сварки может быть, скажем, слева направо, но каждый сегмент валика наносится справа налево, как показано на рис. 3-7 (g). При размещении каждого сегмента борта нагретые края расширяются, что временно разделяет пластины в точке B. Но по мере того, как тепло перемещается через пластину к точке C, расширение вдоль внешних кромок CD снова сближает пластины. Это разделение наиболее заметно при укладке первой бусинки.С последовательными валиками пластины расширяются все меньше и меньше из-за ограничений предыдущих сварных швов. Обратный шаг может быть эффективным не во всех случаях, и его нельзя экономично использовать при автоматической сварке.

7. Предвидеть силы усадки
Предварительная настройка деталей (на первый взгляд я подумал, что это относится к потолочному или вертикальному сварочному положению, что не так) перед сваркой, чтобы сделать усадку конструктивной работой .Несколько предварительно настроенных таким образом узлов показаны на рис. 3-7 (h). Требуемая величина предварительной усадки для выравнивания пластин может быть определена с помощью нескольких пробных сварных швов.

Предварительный изгиб, предварительная установка или предварительное сжатие свариваемых деталей, рис. 3-7 (i), является простым примером использования противодействующих механических сил для противодействия деформации из-за сварки. Верхняя часть сварной канавки, которая будет содержать основную массу сварочного металла, удлиняется при предварительной установке пластин. Таким образом, готовый сварной шов немного длиннее, чем если бы он был выполнен на плоской пластине. Когда зажимы освобождаются после сварки, пластины возвращаются к плоской форме, позволяя сварному шву снимать свои продольные усадочные напряжения за счет укорачивания до прямой линии. Эти два действия совпадают, и сварные пластины принимают желаемую плоскостность.

Другой распространенной практикой для уравновешивания сил усадки является расположение идентичных сварных деталей вплотную друг к другу (рис. 3-7 (j)), плотно зажимая их вместе. Сварные швы на обоих узлах завершены, и им дают остыть, прежде чем зажимы будут отпущены.Предварительную гибку можно комбинировать с этим методом, вставляя клинья в подходящие места между деталями перед зажимом.

В тяжелых сварных конструкциях, в частности, жесткость элементов и их расположение относительно друг друга могут обеспечивать необходимые уравновешивающие силы. Если эти естественные уравновешивающие силы отсутствуют, необходимо использовать другие средства для противодействия силам усадки в металле сварного шва. Это может быть достигнуто путем уравновешивания одной силы усадки с другой или путем создания противодействующей силы посредством крепления. Противодействующими силами могут быть: другие силы усадки; сдерживающие силы, создаваемые зажимами, зажимными приспособлениями или приспособлениями; сдерживающие силы, возникающие из-за расположения элементов в сборке; или сила прогиба элемента под действием силы тяжести.

8. Планируйте последовательность сварки
Хорошо спланированная последовательность сварки включает размещение сварочного металла в разных точках сборки, чтобы при усадке конструкции в одном месте противодействовали силам усадки уже выполненных сварных швов.Примером этого является сварка поочередно с обеих сторон нейтральной оси при выполнении полного шва с проплавлением и канавкой в ​​стыковом соединении, как показано на рис. 3-7 (k). Другой пример, угловой сварной шов, состоит из прерывистых сварных швов в соответствии с последовательностями, показанными на рис. 3-7 (l). В этих примерах усадка в сварном шве № 1 уравновешивается усадкой в ​​сварном шве № 2.

Зажимы, приспособления и приспособления, которые фиксируют детали в желаемом положении и удерживают их до завершения сварки, вероятно, являются наиболее широко используемыми средствами контроля деформации в небольших сборках или компонентах. Ранее в этом разделе упоминалось, что сдерживающая сила, создаваемая зажимами, увеличивает внутренние напряжения в сварной детали до тех пор, пока не будет достигнут предел текучести металла сварного шва. Для типичных сварных швов на низкоуглеродистой пластине этот уровень напряжения составляет примерно 45 000 фунтов на квадратный дюйм.Можно было бы ожидать, что это напряжение вызовет значительное движение или деформацию после снятия сварной детали с зажимного приспособления или зажимов. Однако этого не происходит, поскольку деформация (сжатие единицы) от этого напряжения очень мала по сравнению с величиной движения, которое могло бы произойти, если бы во время сварки не использовалось ограничение.

9. Устранение усилий усадки после сварки
Упрочнение — это один из способов противодействовать силам усадки сварного валика при его охлаждении. По сути, наклепание валика растягивает его и делает его тоньше, тем самым снимая (за счет пластической деформации) напряжения, вызванные сжатием при охлаждении металла.Но пользоваться этим методом нужно осторожно. Например, корневой валик никогда не следует задирать из-за опасности скрыть трещину или вызвать ее. Как правило, упрочнение не допускается на последнем проходе из-за возможности перекрытия трещины и затруднения контроля, а также из-за нежелательного эффекта деформационного упрочнения. Таким образом, полезность этого метода ограничена, даже несмотря на то, что были случаи, когда межпроходное упрочнение оказывалось единственным решением проблемы деформации или растрескивания.Перед использованием упрочнения в работе необходимо получить инженерное разрешение.

Другой метод устранения сил усадки — это снятие термического напряжения — контролируемый нагрев сварного соединения до повышенной температуры с последующим контролируемым охлаждением. Иногда два идентичных сварных изделия зажимают вплотную друг к другу, сваривают, а затем снимают напряжение, удерживая их в этом прямом состоянии. Таким образом сводятся к минимуму остаточные напряжения, которые могут деформировать сварные детали.

10.Минимизация времени сварки
Поскольку во время сварки происходят сложные циклы нагрева и охлаждения, а также время, необходимое для передачи тепла, фактор времени влияет на искажение. В общем, желательно закончить сварку быстро, прежде чем большой объем окружающего металла нагреется и расширится. Таким образом, используемый процесс сварки, тип и размер электрода, сварочный ток и скорость перемещения влияют на степень усадки и деформации сварного изделия. Использование механизированного сварочного оборудования сокращает время сварки и количество металла, подверженного нагреву и, как следствие, деформации.Например, для нанесения сварного шва заданного размера на толстую пластину с помощью процесса, работающего при 175 А, 25 В и 3 дюйм / мин, требуется 87 500 джоулей энергии на погонный дюйм сварного шва (также известное как подвод тепла). Для сварного шва примерно такого же размера, полученного с помощью процесса, работающего при 310 А, 35 В и 8 дюйм / мин, требуется 81400 джоулей на линейный дюйм. Сварной шов, выполненный с более высоким тепловложением, обычно приводит к большей деформации. (примечание: я не хочу использовать слова «чрезмерно» и «больше, чем необходимо», потому что размер сварного шва, по сути, зависит от подводимого тепла.Как правило, размер углового шва (в дюймах) равен квадратному корню из количества подводимой теплоты (кДж / дюйм), деленному на 500. Таким образом, эти два сварных шва, скорее всего, имеют разные размеры.

Другие методы контроля искажений

Приспособление с водяным охлаждением
Были разработаны различные методы контроля деформации определенных сварных деталей. Например, при сварке листового металла приспособление с водяным охлаждением (рис. 3-33) полезно для отвода тепла от свариваемых компонентов.Медные трубки припаиваются или припаиваются к медным удерживающим зажимам, а вода циркулирует по трубам во время сварки. Сдерживание зажимов также помогает минимизировать искажения.

Strongback
«Strongback» — еще один полезный метод контроля деформации при стыковой сварке листов, как показано на рис.3-34 (а). Зажимы привариваются к краю одной пластины, а под зажимы вбиваются клинья для выравнивания кромок и удержания их во время сварки.

Термическое снятие напряжения
За исключением особых случаев, снятие напряжения путем нагрева не используется для исправления деформации. Однако бывают случаи, когда снятие напряжений необходимо, чтобы предотвратить дальнейшую деформацию до завершения сварки.

Резюме: Контрольный список для минимизации искажений
Следуйте этому контрольному списку, чтобы свести к минимуму искажения при проектировании и изготовлении сварных соединений:

Не допускайте чрезмерной сварки.
Контрольная подгонка.
Используйте прерывистые сварные швы, если это возможно и в соответствии с требованиями проекта.
Используйте минимально допустимый размер ножек при угловой сварке.
Для сварных швов с разделкой кромок используйте соединения, которые минимизируют объем металла шва. Рассмотрите двусторонние соединения вместо односторонних.
Приваривайте попеременно с обеих сторон соединения, если это возможно, с помощью многопроходных сварных швов.
Используйте минимальное количество сварочных проходов.
Используйте процедуры с низким тепловложением.Обычно это означает высокую производительность наплавки и более высокую скорость перемещения.
Используйте сварочные позиционеры для достижения максимального количества сварки в плоском положении. Плоское положение позволяет использовать электроды большого диаметра и сварочные процедуры с высокой скоростью наплавки

Уравновешивать сварные швы вокруг нейтральной оси элемента
Распределять сварочное тепло как можно более равномерно посредством запланированной последовательности сварки и позиционирования сварного шва. неподдерживаемая часть элемента
Используйте зажимы, приспособления и упоры для поддержания подгонки и выравнивания
Предварительно согните элементы или предварительно установите соединения, чтобы дать усадке вернуть их в соответствие
Последовательность подсборок и конечных сборок, чтобы выполняемые сварные швы постоянно уравновешивали каждый другие вокруг нейтральной оси секции

Следование этим методам поможет минимизировать эффекты деформации и остаточных напряжений.

Невероятный материал одновременно теплоизоляционный и теплопроводный

Недавно разработанный материал хорошо проводит тепло по слоям, в то же время обеспечивая теплоизоляцию по вертикали. Кредит: MPI-P, лицензия CC-BY-SA

.

Пенополистирол или медь — оба материала имеют очень разные свойства в том, что касается их способности проводить тепло. Ученые из Института исследования полимеров Макса Планка (MPI-P) в Майнце и Университета Байройта совместно разработали и охарактеризовали новый, чрезвычайно тонкий и прозрачный материал, который имеет различные свойства теплопроводности в зависимости от направления.Хотя он может очень хорошо проводить тепло в одном направлении, он показывает хорошую теплоизоляцию в другом направлении.

Теплоизоляция и теплопроводность играют решающую роль в нашей повседневной жизни — от компьютерных процессоров, где важно отводить тепло как можно быстрее, до домов, где хорошая изоляция необходима для снижения затрат на электроэнергию. Часто для изоляции используются очень легкие пористые материалы, такие как полистирол, а для отвода тепла используются тяжелые материалы, такие как металлы.Недавно разработанный материал, который ученые MPI-P разработали и охарактеризовали совместно с Университетом Байройта, теперь может сочетать оба свойства.

Материал состоит из чередующихся слоев тонких стеклянных пластин, между которыми вставлены отдельные полимерные цепи. «В принципе, наш материал, произведенный таким образом, соответствует принципу двойного остекления», — говорит Маркус Ретч, профессор Университета Байройта. «Разница лишь в том, что у нас не только два слоя, но и сотни.”

Хорошая теплоизоляция наблюдается перпендикулярно слоям. С точки зрения микроскопии, тепло — это движение или колебание отдельных молекул в материале, которое передается соседним молекулам. За счет наложения множества слоев друг на друга этот перенос уменьшается: каждый новый пограничный слой блокирует часть теплопередачи. Напротив, тепло внутри слоя может хорошо проводиться — нет границ раздела, которые могли бы блокировать тепловой поток. В целом теплоотдача внутри слоя в 40 раз выше, чем перпендикулярно ему.

Теплопроводность по слоям сравнима с теплопроводностью термопасты, которая используется, среди прочего, для нанесения радиаторов на процессоры компьютеров. Для электроизоляционных материалов на основе полимера / стекла этот показатель исключительно высок — он в шесть раз превышает аналогичный показатель для имеющихся в продаже пластмасс.

Чтобы материал работал эффективно, а также был прозрачным, слои должны были быть изготовлены с очень высокой точностью — любая неоднородность нарушила бы прозрачность, как царапина на куске оргстекла.Каждый слой имеет высоту всего одну миллионную миллиметра, то есть один нанометр. Чтобы исследовать однородность последовательности слоев, материал был охарактеризован в группе Йозефа Бреу, профессора неорганической химии Университета Байройта.

«Мы используем рентгеновские лучи для освещения материала», — говорит Бреу. «Наложив эти лучи, которые отражаются отдельными слоями, мы смогли показать, что слои могут быть получены очень точно».

Проф. Фитас, член проф.Подразделение Ханса-Юргена Бутта смогло дать ответ на вопрос, почему эта слоистая структура имеет такие необычайно разные свойства вдоль или перпендикулярно отдельным стеклянным пластинам. Используя специальное лазерное измерение, его группа смогла охарактеризовать распространение звуковых волн, которые, как тепло, также связаны с движением молекул материала. «Этот структурированный, но прозрачный материал отлично подходит для понимания того, как звук распространяется в разных направлениях», — говорит Фитас.Различные скорости звука позволяют делать прямые выводы о механических свойствах, зависящих от направления, которые недоступны с помощью других методов.

В своей дальнейшей работе исследователи надеются лучше понять, как на распространение звука и тепла может влиять структура стеклянной пластины и полимерный состав. Исследователи видят возможное применение в области высокоэффективных светодиодов, в которых стеклополимерный слой служит, с одной стороны, прозрачной оболочкой, а с другой стороны, может рассеивать выделяемое тепло вбок.

Ученые опубликовали свои результаты в известном журнале Angewandte Chemie — International Edition .

Ссылка: «Невероятный материал одновременно является теплоизоляционным и теплопроводным».