Введение к работе
Актуальность работы. Для районов Крайнего Севера России, где события последнего времени привели к сокращению парка машин и механизмов, к трудностям со снабжением запчастями, увеличение срока их службы является особенно злободневной. Применение износо- и термостойких антифрикционных полимерных материалов позволяет резко увеличить срок службы различных машин и механизмов; автомобилей, тракторов, экскаваторов и т.д. Разрешению этой актуальной для Севера проблемы способствует также применение деталей с электропроводящими наполнителями, работающих при отрицательных температурах как саморегулирующиеся нагреватели в узлах горнодобывающей техники.
Особенный интерес с указанной точки зрения, представляют наполненные фторопласты, позволяющие при использовании в узлах трения в несколько раз уменьшить потери на трение, увеличить длительность функционирования без смены смазки и значительно снизить расход горючего. Наполненные фторопласты могут также служить нагревателями, в том числе саморегулирующимися, т.е. способными функционировать без каких-либо внешних регуляторов подводимой энергии. Одним из факторов, сдерживающих использование этих материалов, как в узлах сухого трения, так и для саморегулирующихся нагревателей, является недостаточная исследован-ноегь, в особенности, их тсплофизических свойств, которые важны для установления эксплуатационных характеристик. Широкий диапазон тсплофизических свойств исследуемых материалов, разнообразные требования к процессу определения этих свойств, не позволяют ограничиваться при исследованиях каким-нибудь одним методом. Как известные, так и вновь разрабатываемые методы обладают определенными достоинствами и недостатками. Совместное использование разных методов, объединенных в единый комплекс на основе современных компьютерных измерительно - управляющих систем, дает хорошую возможность объединения их достоинств и взаимного компенсирования недостатков. Таким образом, актуальной является как разработка комплекса методов для исследования теплофизических свойств наполненных фторопластов и создание приборов, устройств и программного обеспечения для реализации этих методов, так и собственно результаты этих исследований.
Цель работы. Разработка комплекса методов для исследования тепло-физических свойств твердых тел и исследование теплофизических свойств мелко- и ультрадисперсных наполнителей и наполненных фторопластов.
Задачи исследования:
разработка на основе компьютерных измерительно - управляющих систем комплекса методов для определения теплофизических свойств твердых тел;
разработка приборного и программного обеспечения комплекса методов для определения теплофизических свойств твердых тел;
проведение экспериментов на мелко- и ультрадисперсных наполнителях и наполненных фторопластах с целью изучения особенностей метода и получения новых экспериментальных данных по теплофизическим свойствам указанных материалов.
Научная новизна работы:
-разработан автоматизированный комплекс методов для определения теплофизических свойств твердых тел, включающий в себя методы начальной стадии нагрева, квазистационарного непрерывного нагрева, монотонного режима разогрева;
-для реализации данного комплекса методов создана серия автоматизированных приборов и разработано программное обеспечение;
-с использованием комплекса методов получены новые экспериментальные данные по теплопроводности, теплоемкости и температуропроводности мелко- и ультрадисперсных наполнителей и наполненных фторопластов.
Практическая ценность проведенного исследования состоит в следующем:
-разработанный комплекс методов может использоваться для исследований теплофизических свойств широкого класса твердых материалов;
-созданная серия приборов позволяет исследовать не только теплофи-зические свойства твердых тел, но и процессы спекания фторопластовых изделий;
-результаты экспериментальных исследований теплофизических свойств мелко- и ультрадисперсных наполнителей и наполненных фторопластов используются при проектировании деталей машин и механизмов из данных материалов.
Комплекс методов для определения теплофизических свойств твердых тел и его отдельные составляющие были использованы при выполнении исследований по тематическому плану СО РАН и в хоздоговорных работах Институтом физико-технических проблем Севера СО РАН, кафедрой теплофизики Якутского государственного университета, Институтом мерзлотоведения СО РАН. Результаты экспериментальных исследований теплофизических свойств мелко- и ультрадисперсных наполнителей и наполненных фторопластов нашли практическое применение при математическом моделировании саморегулирующихся нагревателей, разработке и изготовлении изно-
со- и термостойких антифрикционных материалов, а также деталей машин и
механизмов из этих материалов Институтом неметаллических материалов
СО РАН. "
Основные положения, выносимые автором на защиту:
комплекс методов для определения теплофизических свойств твердых тел, включающий в себя методы начальной стадии нагрева, квазистационарного непрерывного нагрева, монотонного режима разогрева;
метод определения теплофизических свойств твердых тел в начальной стадии нагрева;
автоматизированная установка, реализующая метод начальной стадии нагрева;
метод определения теплофизических свойств твердых тел в режиме квазистационарного непрерывного нагрева;
автоматизированная установка, реализующая метод определения теплофизических свойств твердых тел в режиме квазистационарного непрерывного нагрева;
автоматизированная установка, реализующая метод определения теплофизических свойств твердых тел в режиме монотонного разогрева;
автоматизированная установка по исследованию процесса спекания фторопластовых материалов;
-результаты исследований теплопроводности, теплоемкости и температуропроводности мелко- и ультрадисперсных наполнителей и наполненных фторопластов.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на IV Всесоюзной научно-практической конференции "Метрологическое обеспечение теплофизических измерений при низких температурах" (Хабаровск, 1985), Всесоюзной конференции "Методы и средства теплофизических измерений" (Москва, 1987), Всесоюзной конференции по теплофизическим свойствам веществ (Новосибирск, 1988), V Всесоюзной научно-практической конференции "Метрологическое обеспечение теплофизических измерений при низких температурах" (Хабаровск, 1988).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 работ.
Структура и обтаем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка цитируемой литературы и приложений. Работа содержит 137 страниц машинописного текста, 24 рисунка и 20 таблиц. Список литературы включает 115 наименований.