Zakład Termodynamiki prowadzący ćwiczenia:
INSTYTUT TECHNIKI CIEPLNEJ mgr inż. Piotr Łapka

Temat ćwiczenia:

Badanie termicznego oporu kontaktowego

Data wykonania ćwiczenia: 19. 04. 2010 r.

Data oddania sprawozdania: 13. 05. 2010 r.

Ćwiczenie wykonali:

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było zapoznanie się ze zjawiskiem termicznego oporu kontaktowego, czynnikami wpływającymi na jego wielkość oraz występowaniem w technice. Badany był kontakt dwóch próbek stali.

2. Schemat stanowiska pomiarowego

Termopary umieszczone w osi próbek. Odległości poszczególnych próbek od chłodnicy:

L₁ = 9,99 mm

L₂ = 20 mm

L₃ = 30 mm

L₄ = 39,99 mm

L₅ = 51,44 mm

L₆ = 61,46 mm

L₇ = 71,46 mm

L₈ = 81,47 mm

Powierzchnia styku znajduje się w odległości 45,83 mm od chodnicy.

Średnica próbek 20 mm.

Termoelementy podłączone są do komputerowego układu akwizycji TempScan 1000.

4. Rozkłady temperatury dla różnych nacisków

5. Wyniki obliczeń

	p [MPa]	T1	T2	T3	T4	T5	T6	T7	T8
I	2,260	21,860	30,340	38,000	50,860	58,150	66,670	78,840	87,260
II	2,990	21,240	29,470	36,880	49,430	56,050	64,140	75,850	83,700
III	6,637	19,840	27,490	34,380	46,340	51,690	59,120	70,160	77,300
IV	10,147	19,370	26,810	33,510	45,320	50,270	57,590	68,550	75,590
	x [mm]	9,99	20	30	39,99	51,44	61,46	71,46	81,47

Zmienność współczynnika przewodzenia ciepła k: [W/mK]

	p [Mpa]	k(T1)	k(T2)	k(T3)	k(T4)	k(T5)	k(T6)	k(T7)	k(T8)
I	2,26	18,617778	18,722082	18,8163	18,974478	19,064145	19,168941	19,318632	19,422198
II	2,99	18,610152	18,711381	18,802524	18,956889	19,038315	19,137822	19,281855	19,37841
III	6,637	18,592932	18,687027	18,771774	18,918882	18,984687	19,076076	19,211868	19,29969
IV	10,147	18,587151	18,678663	18,761073	18,906336	18,967221	19,057257	19,192065	19,278657

*na podstawie zależności: k = 14,991 + 0,123*T W/m²K

Gęstość strumienia ciepła pomiędzy poszczególnymi termoparami oraz wartość uśredniona dla całości:
[kW/m²]

	q12	q23	q34		q56	q67	q78		q śr.
I	15,8162844	14,3772003	24,32379405		16,2547851	23,4196882	16,2935958		18,4142246
II	15,3424684	13,8989018	23,71774941		15,4114246	22,4947209	15,158995		17,67071
III	14,245339	12,9045569	22,56157386		14,1113508	21,1349451	13,7348913		16,4487762
IV	13,8490338	12,5423116	22,26486988		13,8891806	20,9606285	13,528166		16,172365

Ekstrapolowane temperatury na styku [^◦C]:

	temp na styku	(dla x=45,83)
I	dolna	50,903478	górna	52,225303
II		49,387728		50,425731
III		46,006078		46,459357
IV		44,821061		45,087272

	róznice temp. dolna-górna
I	1,321825	K
II	1,038003	K
III	0,453279	K
IV	0,266211	K

Wartości oporu kontaktowego (m²K/kW):


,

gdzie:

∆T - różnica temperatur na styku, q - gęstość strumienia ciepła w próbce

I	rk1=	0,0722 m^2 * K / kW
II	rk2=	0,0592 m^2 * K / kW
III	rk3=	0,0279 m^2 * K / kW
IV	rk4=	0,0167 m^2 * K / kW

[m^2 * K / kW]

6. Wnioski

Zwiększenie docisku powoduje zmniejszenie się termicznego oporu kontaktowego.


W naszym ćwiczeniu uskoki temperatury nie były zbyt wysokie, jest to spowodowane ustawieniem dość dużego nacisku na początku oraz niewielkim gradientem temperatury.

Wpływ na wartość termicznego oporu kontaktowego mają przede wszystkim: materiał z jakiego wykonane są elementy, jakość obróbki powierzchni, wypełnienie powierzchni między chropowatościami, docisk. W zależności od pożądanego efektu dąży się albo do zwiększenia termicznego oporu kontaktowego dla zminimalizowania wymiany ciepła, lub do zmniejszenia termicznego oporu kontaktowego w celu zintensyfikowania wymiany ciepła.

7. Dyskusja błędów

Pomiar był obarczony dość dużym błędem. Jedna z termopar wskazywała błędne wartości (zbyt wysokie wskazanie 4 termopary) przez co jej wskazania musiały zostać pominięte w obliczeniach. Uwzględnienie tej termopary było obarczone bardzo dużym błędem - ekstrapolowana temperatura dojnej próbki na styku była wyższa od temperatury próbki górnej. Na inne błędy składają się: brak idealnego stanu ustalonego, aproksymacja rozkładu temperatury prostą, empiryczna zależność na współczynnik przewodzenia ciepła.

---