Термическое воздействие: 2. Термическое воздействие на человека и элементы оэ — НПФ Техсервис — Техническое оборудование общепромышленного и нефтепромыслового назначения

Содержание

2. Термическое воздействие на человека и элементы оэ

Термическое воздействие на человека и объекты может происходить при пожарах за счет непосредственного действия огня или тепловой радиации пламени, а также при воздействии светового излучения ядерного взрыва. Термическое воздействие на человека связано с перегревом и последующими биохимическими изменениями верхних слоев кожи и внутренних тканей. Воздействие на элементы объектов сопровождается их сгоранием, обугливаем и выходом из строя. Действие высоких температур вызывает пережог, деформацию и обрушение зданий и сооружений.

Дистанционное термическое воздействие высоких температур на объекты оценивается величиной поглощенной плотности теплового потока q_погл, Вт/м² и временем воздействия теплового излучения τ, с. При относительно слабом термическом воздействии будет повреждаться только верхний слой кожи (эпидермис) на глубину около 1 мм (

ожог I степени — покраснение кожи).

Увеличение плотности теплового потока или длительности излучения приводит к воздействию на нижний слой кожи — дерму (ожог II степени — появление волдырей) и подкожный слой (ожог III степени).

Время достижения «порога боли» для человека τ, с, связано с плотностью теплового потока q, кВт/м², соотношением

Облучение до 350 Вт/м² не вызывает неприятного ощущения, до 1050 Вт/м² — ощущается жжение в месте облучения, а температура кожи в этом районе может повыситься на 10°С. При облучении до 1400 Вт/м² увеличивается частота пульса, а до 3500 Вт/м² — возможны ожоги. Возгорание материалов поверхностей объектов происходит, если плотность теплового потока q от источника огня больше критической. Для каждого материала существует критическое значение плотности теплового потока

q_кр, при котором воспламенение не происходит даже при длительным тепловом воздействии.

При ядерных взрывах,(ЯВ), взрывах газовоздушной смеси (ГВС) образуется очаг поражения с УВВ и световым излучением («огненный шар»). Световое излучение – это электромагнитное излучение в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной частях спектра электромагнитных волн. Основным параметром, характеризующим поражающее действие светового излучения, является световой импульс I_си — это количество световой энергии, падающей за все время свечения огненного шара на 1 м² освещаемой поверхности, перпендикулярной к направлению излучения. Световой импульс измеряется в

Дж/м², или ккал/см² (1 ккал/см² = 4,2 · 10⁴Дж/м²). Световое излучение вызывает ожоги открытых участков тела, поражение глаз (временное или полное), пожары.

В зависимости от величины светового импульса различают ожоги разной степени .

Ожоги 1-й степени вызываются световым импульсом 2…4 ккал/см²(84…168 кДж/м²). При этом наблюдается покраснение кожных покровов. Лечения обычно не требуется.

Ожоги 2-й степени вызываются световым импульсом 5…8 ккал/см² (210…336

кДж/м²). На коже образуются пузыри, наполненные прозрачной жидкостью. Если площадь ожога значительная, то человек может потерять работоспособность и нуждается в лечении. Выздоровление может наступить даже при ожоге площадью до 60% поверхности кожи.

Ожоги 3-й степени наблюдаются при величине светового импульса 9… 15 ккал/см² (368…630 кДж/м²). Происходит омертвление кожи с поражением ростового слоя и образованием язв. Требуется длительное лечение.

Ожоги 4-й степени имеют место при световом импульсе свыше 15 ккал/см² (630 кДж/м²). Происходит омертвление более глубоких слоев ткани (подкожной клетчатки, мышц, сухожилий, костей).

Здоровые взрослые люди и подростки выживают, если ожоги II и III степени охватывают менее 20 % поверхности тела. Выживаемость пострадавших даже при интенсивной медицинской помощи резко снижается, если ожоги II и III степени составляют 50 % и более от поверхности тела.

Опасность термического воздействия на строительные конструкции связана со значительным снижением их строительной прочности при превышении определенной температуры. Степень устойчивости сооружения к тепловому воздействию зависит от предела огнестойкости конструкции, характеризуемого временем, по истечении которого происходит потеря несущей способности. При проектировании зданий и сооружений используют железобетонные конструкции, предел огнестойкости которых значительно выше, чем у металлических.

Защитой людей от светового излучения ЯВ может служить любая непрозрачная преграда, любой объект, создающий тень. Защитой объектов – применение несгораемых или в меньшей степени возгораемых материалов покрытия наружных поверхностей.

Термическое воздействие — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Cтраница 1

Зависимость прочности сцепления F плазменно-напыленного вольфрама со сталью 1Х18Н10Т для покрытий различной толщины от температуры. [1]

Термические воздействия чаще всего сводятся к резким перепадам температуры. Термостойкость покрытия оценивается максимальной разностью температуры Д7 которую оно может выдержать без разрушения. [2]

Термическое воздействие на расплав зависит как от температуры расплава, так и от продолжительности его пребывания при этой температуре. Так, из рис. 3 видно, что термическая деструкция полиформальдегида4 приблизительно одна и та же, если расплав находится в течение 50 мин при 205 С или 8 мин при 250 С. [3]

Термическое воздействие на нефтяные эмульсии заключается в том, что нефть, подвергаемую обезвоживанию, перед отстаиванием нагревают до температуры 45 — 80 С. При нагревании уменьшается прочность слоев эмульгатора на поверхности капель, что облегчает их слияние. Кроме того, уменьшается вязкость нефти и увеличивается разница плотностей воды и нефти, что способствует быстрому разделению эмульсии. Подогрев осуществляют в резервуарах, теплообменниках и трубчатых печах. [4]

Термическое воздействие наугольный пласт является, очевидно, одним из наиболее эффективных методов увеличения его мета-ноотдачи. [5]

Термическое воздействие на грунты обладает бактерицидным свойством, так как большинство бактерий и токсичных микроорганизмов не выдерживают длительного воздействия повышенных температур, порядка 80 — 100 С.

[6]

Термическое воздействие заключается в том, что нефть, подвергаемую обезвоживанию, перед отстаиванием нагревают. При нагревании, с одной стороны, уменьшается прочность бронирующих оболочек на поверхности капель, а, значит, облегчается их слияние, с другой стороны, уменьшается вязкость нефти, в которой оседают капли, а это увеличивает скорость разделения эмульсии. [7]

Термическое воздействие на пласт используют для повышения нефтеотдачи пластов благодаря возможности снижения вязкости пластовой нефти при ее прогреве закачиваемым теплоносителем. В качестве теплоносителя применяют горячую воду или пар. [8]

Термическое воздействие, вызывающее резкое повышение или понижение температуры в определенном слое, создает напряженное состояние на отдельных участках забоя скважины, снижая прочность породы за счет необратимых1 процессов и превращений. Источник нагрева или охлаждения может действовать прямо, непосредственно или косвенно, как результат других процессов.

[9]

Термическое воздействие при многопроходной сварке по характеру режима отличается высокой гетерогенностью награва и охлаждения, что имеет своим следствием получение разнородной структуры металла шва. Эта разнохарактерность структуры объясняется также химической неоднородностью наплавляемых слоев вследствие неизбежных колебаний длины дуги и другими факторами, влияющими на металлургический процесс сварки. [10]

Термические воздействия на человека включают воздействия как высоких, так и низких температур. [11]

Термическое воздействие характеризуется нагревом кожи, тканей вплоть до ожогов. Электролитическое воздействие заключается в электролитическом разложении жидкостей, в том числе и крови. Биологическое действие электрического тока проявляется в нарушении биологических процессов, протекающих в организме человека, и сопровождается разрушением и возбуждением тканей и судорожным сокращением мышц. Механическое действие приводит к разрыву ткани, а световое — к поражению глаз.

[12]

Термическое воздействие на образец в методе ДСК играет двойную роль [18]: оно инициирует внутренние процессы в материале и используется для сравнительного контроля изменений в его структуре. ДТА и ДСК имеют высокие чувствительность и разрешение к переходам при температуре выше температуры стеклования ( Тс), особенно к процессам, сопровождающимся тепловыми эффектами, но не, фиксируют переходы ниже Тс. [13]

Термическое воздействие выше 620 К приводит к деградации и деполимеризации полимера. Выход мономера в летучих продуктах реакции достигает порядка 20 — — 30 % ( масс), а выход углеводородов С5 и выше — более 65 — 70 % ( масс) при скорости деполимеризации 2 5 — 3 % мин. В числе получающихся наиболее важных, помимо изобутилена, продуктов следует отметить ди -, три-и тетрамеры изобутилена образующиеся при внутримолекулярной передаче цепи по свободно-радикальному механизму. [14]

Термическое воздействие проявляется в ожогах отдельных участков кожи, нагреве до высокой температуры кровеносных сосудов, нервов, сердца и других органов, находящихся на пути тока, что вызывает в них серьезные функциональные расстройства. [15]

Страницы: 1 2 3 4

Второй вопрос. Термическое воздействие на человека и элементы ОЭ — Студопедия

Поделись

Дистанционное термическое воздействие высоких температур на объекты оценивается величиной поглощенной плотности теплового потока q_погл, Вт/м²и временем воздействия теплового излучения τ, с. При относительно слабом термическом воздействии будет повреждаться только верхний слой кожи (эпидермис) на глубину около 1 мм (ожог I степени — покраснение кожи). Увеличение плотности теплового потока или длительности излучения приводит к воздействию на нижний слой кожи — дерму (ожог II степени — появление волдырей) и подкожный слой (ожог III степени).

Время достижения «порога боли» для человека τ, с, связано с плотностью теплового потока q, кВт/м², соотношением

Облучение до 350 Вт/м² не вызывает неприятного ощущения, до 1050 Вт/м² — ощущается жжение в месте облучения, а температура кожи в этом районе может повыситься на 10°С. При облучении до 1400 Вт/м² увеличивается частота пульса, а до 3500 Вт/м² — возможны ожоги. Возгорание материалов поверхностей объектов происходит, если плотность теплового потока q от источника огня больше критической. Для каждого материала существует критическое значение плотности теплового потока q_кр, при котором воспламенение не происходит даже при длительным тепловом воздействии.

В зависимости от величины светового импульса различают ожоги разной степени .

Ожоги 1-й степени вызываются световым импульсом 2…4 ккал/см²^{(84…168 кДж/м²). При этом наблюдается покраснение кожных покровов. Лечения обычно не требуется.}

Ожоги 2-й степени вызываются световым импульсом 5…8 ккал/см² (210…336 кДж/м²). На коже образуются пузыри, наполненные прозрачной жидкостью. Если площадь ожога значительная, то человек может потерять работоспособность и нуждается в лечении. Выздоровление может наступить даже при ожоге площадью до 60% поверхности кожи.

Ожоги 3-й степени наблюдаются при величине светового импульса 9… 15 ккал/см² (368…630 кДж/м²). Происходит омертвление кожи с поражением ростового слоя и образованием язв. Требуется длительное лечение.

Ожоги 4-й степени имеют место при световом импульсе свыше 15 ккал/см² (630 кДж/м²). Происходит омертвление более глубоких слоев ткани (подкожной клетчатки, мышц, сухожилий, костей).

Опасность термического воздействия на строительные конструкции связана со значительным снижением их строительной прочности при превышении определенной температуры. Степень устойчивости сооружения к тепловому воздействию зависит от предела огнестойкости конструкции, характеризуемого временем, по истечении которого происходит потеря несущей способности. При проектировании зданий и сооружений используют железобетонные конструкции, предел огнестойкости которых значительно выше, чем у металлических.

Термическое воздействие на человека и строительные конструкции

Стр 1 из 35Следующая ⇒

Термическое воздействие на человека связано с перегревом и последующими биохимическими изменениями верхних слоев кожи. Человек ощущает сильную (едва переносимую) боль, когда температура верхнего слоя кожного покрова (-0,1 мм) повышается до 45 °С. Время достижения «порога боли» т, с, связано с плотностью теплового потока q, кВт/м², соотношением

т = (35/q)¹^,³³.

При плотности теплового потока менее 1,7 кВт/м² боль не ощущается даже при длительном тепловом воздействии. Степень термического воздействия зависит от величины теплового потока и длительности теплового излучения. При относительно слабом термическом воздействии будет повреждаться только верхний слой кожи (эпидермис) на глубину около 1 мм (ожог I степени — покраснение кожи). Увеличение плотности теплового потока или длительности излучения приводит к воздействию на нижний слой кожи — дерму (ожог II степени — появление волдырей) и подкожный слой (ожог III степени).

Вероятность поражения той или иной степени при термическом воздействии определяется по формуле (2.2) с использованием пробит-функций, соответствующие формулы которых представлены в табл. 2.1.

Термическое воздействие на легковоспламеняющиеся материалы (например, вследствие пожара, ядерного взрыва и т. п.) может вызвать дальнейшее распространение аварии и переход ее в стадию каскадного развития. Согласно имеющейся статистике, распространение иразвитие пожаров в производственных помещениях происходят в основном по материалам, сырью и технологическому оборудованию (42 %), а также посгораемым строительным конструкциям (36 %). Среди последних наибольшее распространение имеют древесина и пластические материалы.

Для каждого материала существует критическое значение плотности теплового потока д_кр, при котором воспламенение не происходит даже при длительным тепловом воздействии. При увеличении плотности теплового потока время до начала воспламенения материала уменьшается (см. прил. II). В общем случае зависи-

Таблица 2.1 Формулы пробит-функций Рг в зависимости от степени термического поражения

Степень поражения
Ожог I степени Ожог II степени Смертельное поражение	Рг =-34,8 + 3,02 Щд^х) Рг =-38,1 + 3,02 Щд’/h) Рг =-31,4 + 2,56 1п(?⁴/³т)

Примечание. q, Вт/м²; τ, с.

мость времени воспламенения от величины плотности теплового потока имеет вид

т — А/(q — q_кр)^ⁿ , (2.6)

где А и п — константы для конкретного вещества (например, для древесины А = 4360, п = 1,61).

При длительности теплового воздействия 30 с и плотности теплового потока 12 кВт/м² воспламеняются деревянные конструкции; при 10,5 кВт/м² — обгорает краска на окрашенных металлических конструкциях, обугливаются деревянные конструкции; при 8,4 кВт/м² — вспучивается краска на металлических конструкциях, разлагаются деревянные конструкции. Плотность теплового потока 4,0 кВт/м² безопасна для объектов.

Особенно опасен нагрев резервуаров (емкостей) с нефтепродуктами, который может привести к взрыву сосуда. В зависимости от длительности облучения критическая плотность теплового потока для емкостей с нефтепродуктами температурой воспламенения < 235 °С значительно меняется:

Длительность

воздействия, мин. …………5 10 15 20 29 > 30

Критическое значение

плотности теплового

потока q_Kp, кВт/м²………34,9 27,6 24,8 21,4 19,9 19,5

Опасность термического воздействия на строительные конструкции связана со значительным снижением их строительной прочности при превышении определенной температуры.

Степень устойчивости сооружения к тепловому воздействию зависит от предела огнестойкости конструкции, характеризуемого временем, по истечении которого происходит потеря несущей способности. Прочность материалов может быть охарактеризована так называемой критической температурой прогрева, которая для стальных балок, ферм и перегонов составляет 470…500°С, для металлических сварных и жестко защемленных конструкций — 300… 350 °С.

При проектировании зданий и сооружений используют железобетонные конструкции, предел огнестойкости которых значительно выше, чем у металлических. Так, предел огнестойкости железобетонных колонн сечением 20×20 см соответствует 2 ч, сечением 30×50 см — 3,5 ч.

Потеря несущей способности изгибаемых, свободно опирающихся элементов плит, балок и т.п. наступает вследствие прогрева растянутой арматуры до критической температуры 470… 500 °С. Предел огнестойкости предварительно напряженного железобетона такой же, как у конструкций с ненапряженной арматурой. Особенность напряженных конструкций — образование необратимых деформаций при их прогреве уже до 250 «С, после чего их нормальная эксплуатация невозможна.

Ниже приведены значения критической температуры прогрева некоторых строительных материалов, °С:

Полимерные материалы……………………………150

Стекло……………………….,……………………………200

Алюминий………………………………………………..250

Сталь………………………………………………………..500

Барическое воздействие на человека, здания и сооружения

При взрыве атомной бомбы, технологической установки, резервуара, парогазовоздушного облака, взрывчатого вещества образуется ударная волна, характеризуемая избыточным давлением ЛР_ф, кПа, и импульсом фазы сжатия /⁺, кПа • с, негативно воздействующая на человека, здания, сооружения и т. п.

Приведем общую характеристику барического воздействия взрыва на человека, кПа:

Для человека безопасно…………………………………………………<10

Легкое поражение (ушибы, вывихи, временная

потеря слуха, общая контузия)……………………………………. 20…40

Среднее поражение (контузия головного мозга, повреждение органов слуха, разрыв барабанных

перепонок, кровотечение из носа и ушей)…………………..40…60

Сильное поражение (сильная контузия всего организма, потеря сознания, переломы

конечностей, повреждения внутренних органов)…………60… 100

Порог смертельного поражения 100

Летальный исход в 50% случаев………………………………….250…300

Безусловное смертельное поражение……………………………..> 300

Вероятность поражения той или иной степени при барическом воздействии на человека можно определить по формуле (2. 2) с использованием соответствующих формул, приведенных ниже:

Степень поражения Пробит-функция

Разрыв барабанных перепонок…….Рг = -7,6 + 1,524ln∆Р_ф

Контузия……………………………………..р_г = -5,74ln{4,2/(1 +∆Р_ф/Р₀) +1,3/[/I⁺/(P₀^1/2m^1/3)]},

где т — масса тела, кг

Летальный исход…………………………Рг = -2,44ln[7380/∆Р_ф + 1,38-10⁹/(∆Р_ф I⁺)]

Примечание. ∆Р_ф, Па; I⁺, Па с.

При оценке барического воздействия на здания и сооружения принимают четыре степени разрушений:

слабые разрушения — повреждение пли разрушение крыш, оконных и дверных проемов. Ущерб — 10… 15 % от стоимости здания;

средние разрушения — разрушения крыш, окон, перегородок, чердачных перекрытий, верхних этажей. Ущерб — 30…40 %;

сильные разрушения — разрушение несущих конструкций и перекрытий. Ущерб — 50 %. Ремонт нецелесообразен;

полное разрушение — обрушение зданий, сооружений.

Зависимость степени разрушений от величины избыточного давления на фронте ударной волны представлена в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Избыточное давление (∆Р_ф, кПа), соответствующее степени разрушения

Объект		Разрушение
	полное	сильное	среднее	слабое
Здания жилые:
кирпичные многоэтажные	30…40	20…30	10…20	8…10
кирпичные малоэтажные	35. ..45	25…35	15…25	8…15
деревянные	20…30	12…20	8…12	6…8
Здания промышленные:
с тяжелым металлическим	60… 100	50…60	40…50	20…40
или железобетонным
каркасом
с легким металлическим	60…80	40…50	30…40	20…30
каркасом или бескаркасные
Промышленные объекты:
ТЭС	25. ..40	20…25	15…20	10…15
котельные	35…45	25…35	15…25	10…15
трубопроводы наземные				—
трубопроводы на эстакаде	40-50	30…40	20-30	—
трансформаторные подстанции		40…60	20…40	10…20

ЛЭП	120…200	80… 120	50…70	20…40
водонапорные башни		40…60	20…40	10…20
Резервуары:
стальные наземные
газгольдеры и емкости ГСМ
и химических веществ
частично заглубленные для
нефтепродуктов
подземные
Металлические и железобе-	250. ..300	200… 250	150…200	100…150
тонные мосты
Железнодорожные пути
Тепловозы массой до 50 т
Цистерны
Вагоны цельнометаллические
Вагоны товарные деревянные
Автомашины грузовые

Вероятность разрушения зданий и сооружений той или иной степени можно определить по формуле (2. 2) с использованием формул пробит-функции, представленных ниже:

Разрушение Пробит-фунщия

Слабое…………………………………Рг = -0,26ln[(4,6/∆Р_ф)³‘⁹ + (0,11/Г)^5,0]

Среднее……………………………….Рг = -0,26ln[17,5/Р_ф)⁸‘⁴ + (0,29/ I⁺)⁹—³]

Сильное………………………………Рг = -0,22ln[(40/Р_ф)⁷—⁴ + (0,46/ I⁺)^11,3]

Примечание. ДР_Ф, кПа; /⁺, кПа-с.

12345678910Следующая ⇒

Воздействие электрического тока на человека

Перейти к списку

Все статьи / 25.06.2019

tesli тесли электрический ток воздействие электрического тока защита от поражения эксперт

Когда человек вступает в контакт с источником напряжения, происходит поражение электрическим током. Касаясь проводника, находящегося под напряжением, человек становится частью электросети, по которому протекает электрический ток.

Как известно, человеческий организм состоит из множества жидкостей и минералов, что является хорошим проводником электричества. Это говорит о том, что действие электрического тока на организм человека оказывает летальный исход.

Существует много факторов, влияющих на результат действия электрического тока на организм человека:

пути протекания — самую большую опасность представляет ток, протекающий через головной и спинной мозг;
продолжительность воздействия — чем больше время действия тока на человека, тем тяжелее последствия;
от величины и рода протекания — переменный ток является наиболее опасным, чем постоянный;
от физического и психологического состояния человека — человек обладает неким сопротивлением, это сопротивление варьируется в зависимости от состояния человека.

Минимум, который способен прочувствовать человек составляет 1 мА. Если действие электрического тока более 25 мА, то это приводит параличу мышц органов дыхания.

Электрический ток проходя через организм человека может оказывать на него 3 вида воздействий:

термическое — подразумевает появление ожогов, а так же перегревание кровеносных сосудов;
электролическое — проявляется в расщеплении крови, вызывает существенные изменения физико-химического состава;
биологическое — нарушение нормальной работы мышечной системы, вызывает судорожные сокращения мышц.

Существует множество повреждений, которые возникают в результате действия электрического тока: металлизация кожи, электрические знаки, электроофтальмия, механические повреждения. Наиболее опасным являются электрические удары. Электрический удар сопровождается возбуждением живых тканей организма током, который через него проходит.

В зависимости от того, какие последствия возникают после электрического удара, их разделяют на 4 степени воздействия:

I — судорожные сокращения мышц, человек в сознании;

II — судорожные сокращения мышц, человек без сознания, дыхание и работа сердца присутствуют;

III – отсутствие дыхания с нарушением работы сердца;

IV – клиническая смерть, отсутствие дыхания, остановка сердца.

Соблюдайте правила безопасности и берегите себя! Для защиты работы с электрическим током Вы можете посмотреть в нашем каталоге.

Другие статьи

Новый уровень модульного оборудования – ARMAT IEK

Самая долгожданная новинка последнего года – новая линейка модульного оборудования ARMAT IEK.

IEK ARMAT

Все статьи / 18.03.2022

Электроустановочные изделия в интерьере: как подобрать ЭУИ под дизайн помещения

Розетки и выключатели в квартире вполне способны не только гармонично вписаться в любой стиль, но и стать неотъемлемой частью интерьера.

дизайн интерьеров эуи электроустановочные изделия розетки и выключатели в дизайне выбрать розетки и выключатели для квартиры

Все статьи / 01.12.2021

Электрощит для квартиры и частного дома: основные отличия

Электрический щит – это в первую очередь защита жизни и здоровья человека от поражения электрическом током, а во вторую защита имущества в виде не только электроприборов, но и дома, жилья в целом.

электрощит сборка электрощита купить электрощит подключение электрощита электрощит для дома электрощит в квартире

Все статьи / 05.08.2021

Купить розетки и выключатели в квартиру. Какие выбрать?

Электроустановочные изделия уже давно стали элементом интерьера.

эксперт тесли электрика tesli розетки и выключатели в квартире какие розетки и выключатели купить

Все статьи / 08. 07.2021

Уличные светильники: организация освещения в частном доме и на придомовой территории.

Правильно организованная подсветка загородного дома уличными светильниками должна быть не только функциональной, но и отвечать всем нормам безопасности.

светильники tesli эксперт тесли дизайн уличное освещение

Все статьи / 21.06.2021

Разводка электрики в деревянном доме

При монтаже проводки в деревянном доме своими руками очень важно соблюсти все меры безопасности и позаботиться о качественных элементах электрооборудования.

ретро-проводка Tesli эксперт Тесли разводка электрика

Все статьи / 25.05.2021

Электрический ток

Еще в 18 веке было доказано, что электрический ток способен оказывать сильное негативное влияние на человеческий организм. Но только спустя около века были сделаны первые описания электротравм, получаемых от воздействия постоянного тока (1863 г.) и переменного (1882 г.).

Что такое электротравма и электротравматизм?

Электротравма – повреждение человеческого организма электрическим током (электрической дугой).

Явление электротравматизма объясняется последовательностью следующих особенностей: в организме человека, случайно оказавшегося под воздействием напряжения, возникает защитная реакция. Иными словами, противостояние электрическому току начинает происходить в момент его непосредственного протекания через наше тело. В таких ситуациях происходит непросто сильное воздействие токов на организм человека, но и нарушение кровообращения, дыхания, сердечно-сосудистой и нервной системы и т. п.

Электротравму предугадать нелегко, поскольку ее получение происходит не только при непосредственном контакте с токоведущими элементами, но и при взаимодействии с электрической дугой и шаговым напряжением.

Электротравматизм хоть и случается реже других видов производственных травм, но при этом находится на первых местах среди тех повреждений, которые оцениваются тяжелыми и приводящими к летальному исходу. Наибольший процент травм, вызванных влиянием электрического тока, происходит в процессе работы на электрических установках высокого напряжения (до 1000 В). Главной причиной электротравм служит частое использование именно таких типов электрических установок, а также недостаточная квалификация работников. Безусловно, существуют агрегаты с более высоким показателем напряжения (свыше 1000 В), но, как ни странно, в их эксплуатации поражения током редки. Такая закономерность объясняется высоким профессионализмом и компетентностью обслуживающего высоковольтные установки персонала.

Самыми распространенными причинами поражения током являются:

прямой телесный контакт с неизолированными токоведущими частями;
прикосновение к деталям электрического оборудования, изготовленным из металла;
прикосновение к неметаллическим элементам, находящимся под сильным напряжением;
взаимодействие с током шагового напряжения или с электрической дугой.

Классификация поражений электрическим током

Воздействие электрического тока при протекании через человеческий организм бывает термическим, электролитическим и биологическим.

Термическое воздействие – сильный нагрев тканей, что нередко сопровождается ожогами.
Электролитическое воздействие – разложение органических жидкостей, к которым относится и кровь.
Биологическое воздействие – нарушение биоэлектрических процессов, раздражение и возбуждение живых тканей, частое и беспорядочное сокращение мышц.

Поражения электротоком делятся на два основных вида:

Электротравмы – локальные поражения тканей или органов (ожоги, знаки, электрометаллизация).

Электрический ожог – итог сильного нагрева током (свыше одного ампера) тканей человека. Ожог, поражающий только кожный покров, называется поверхностным; повреждающий глубокие ткани тела является внутренним. Также электрические ожоги делятся по принципу возникновения: контактные, дуговые, смешанные.
Электрический знак внешне выглядит как серое или бледно-желтое пятно, напоминающее мозоль. Возникает данная травма в области контакта с токоведущим элементом. В основном, знаки не сопровождаются сильной болью и по прошествии небольшого количества времени сходят.
Электрометаллизация – явление, при котором кожа человека пропитывается металлическими микрочастицами. Это происходит в момент, когда металл под влиянием тока испаряется и разбрызгивается. Пораженная кожа приобретает цвет, соответствующий проникшим соединениям металла, и становится шероховатой. Процесс электрометаллизации не опасен, а эффект после него по истечении некоторого времени пропадает аналогично электрическим знакам. Куда более серьезные последствия имеет металлизация органов зрения.

Помимо ожогов, знаков и электрометаллизации в число электротравм также входит электроофтальмия и различные механические повреждения. Последние являются итогом непроизвольных сокращений мышц в момент протекания тока. К ним относятся сильные разрывы кожного покрова, кровеносных сосудов, нервов, а также вывихи и переломы. Электроофтальмия – явление, представляющее собой сильное воспаление глазных яблок после воздействия УФ-лучей электрической дуги.

Электрический удар выражается в форме сильного возбуждения живых тканей после воздействия на них электрического тока. Как правило, данное явление сопровождается беспорядочным судорожным сокращением мышц. Исход электроударов бывает разным, на основе чего они и делятся на пять видов:

без потери сознания;
с потерей сознания, сопровождающееся нарушением функционирования сердца и дыхания;
с потерей сознания, но без сбоев в работе сердечно-сосудистой системы и без нарушения дыхания;
клиническая смерть;
электрический шок.

Два последних вида стоит рассмотреть более подробно.

Клиническая смерть иначе называется также «мнимой» смертью, характеризующаяся длительностью в 6-8 минут. Данное явление считается переходным состоянием от жизни к смерти, которое сопровождается прекращением работы сердца и приостановлением дыхания. По прошествии вышеуказанного периода времени начинается необратимый процесс гибели клеток коры головного мозга, что заканчивается биологической смертью.

Распознать мнимую смерть можно по следующим признакам:

фибрилляция сердца (т.е. разрозненное сокращение его мышечных волокон, сопровождающееся нарушением синхронной деятельности и насосной функции) или его полная остановка;
отсутствие пульса и дыхания;
синеватый цвет кожи;
расширенные зрачки без реагирования на свет, как следствие недостатка кислорода в коре головного мозга.

Электрический шок представляет собой тяжелую нервнорефлекторную реакцию человеческого организма на воздействие тока. Данное явление сопровождается сильными расстройствами дыхания, функционирования кровеносной и нервной системы и др.

Организм моментально реагирует на влияние электрического тока, вступая в фазу сильного возбуждения. В этот период происходит полная реакция на причинение боли, сопровождающаяся повышением артериального давления и другими процессами. Фаза возбуждения сменяется фазой торможения, которой свойственно истощение нервной системы, слабое дыхание, попеременное падение и учащение пульса, снижение артериального давления. Все перечисленные признаки приводят организм в состояние глубокой депрессии. Электрический шок может длиться как несколько десятков минут, так и несколько суток. Итог может быть полярно разным: либо полное выздоровление, либо необратимая биологическая смерть.

Предельные значения действия тока на человека

От показателя силы тока напрямую зависит его влияние на организм человека:

0,6-1,5 мА при переменном токе (50Гц) и 5-7 мА при постоянном токе – ощутимый ток;
10-15 мА при переменном токе (50Гц) и 50-80 мА при постоянном токе – не отпускающий ток, который в момент прохождения через организм провоцирует сильные судорожные сокращения мышц той руки, которая сжимает проводник;
100 мА при переменном (50Гц) и 300 мА при постоянном токе – фибрилляционный ток, который приводит к фибрилляции сердца.

Влияние различных факторов на степень воздействия тока

Итог влияния электрического тока на организм человека также напрямую зависит от следующих факторов:

длительность протекания тока. То есть, чем дольше человек находился под воздействием, тем выше опасность и серьезней нанесенные травмы;
специфические особенности каждого организма в данный момент: масса тела, физическое развитие, состояние нервной системы, наличие каких-либо заболеваний, алкогольное или наркотическое опьянение и др.;
«фактор внимания», т.е. подготовленность к возможности получения электрического удара;
путь тока сквозь человеческое тело. Например, более серьезную опасность несет прохождение тока через сердце, легкие, мозг. В случае, если ток обошел жизненно важные органы, риск серьезных поражений резко снижается. На сегодняшний день зафиксирован самый популярный путь прохождения тока, который называется «петлей тока» — правая рука-ноги. Петли, отнимаемые работоспособность человека более чем на трое суток, представляют собой пути рука-рука (40%), правая рука-ноги (20%), левая рука-ноги (17%).

Знание влияния электрического тока на человеческий организм крайне необходимо. Это поможет Вам в чрезвычайных ситуациях оказать правильную медицинскую помощь пострадавшему.

Торговая сеть «Планета Электрика» обладает широким ассортиментом различных средств защиты при различных работах, с которым более подробно можно ознакомиться в нашем каталоге.

Комбинированное тепловое и механическое воздействие промежуточного газа на термическое выпрямление между поверхностями с периодическими канавками значительно улучшить свойства их поверхности (Etsion, 2004, 2005; Stepien, 2011). Когда текстурированные поверхности соприкасаются, на поверхности контакта присутствуют периодические массивы зазоров. Соприкасающиеся фактурные поверхности часто подвергаются действию не только нормальных и сдвигающих механических нагрузок, но и термических нагрузок.

Термические деформации, вызванные приложенным тепловым потоком, могут оказывать существенное влияние на параметры контакта тел, особенно на размеры контактных областей/межфазных зазоров и тепловое контактное сопротивление.

Результаты теоретических исследований термоупругого контакта тел из разнородных материалов в вакуумной среде (Барбер, 1971; Дундурс, Панек, 1976; Стивенсон и др., 1991; Харитонов, Якутин, 1997; Чумак, Мартыняк, 2012) показали что контактные параметры и тепловое контактное сопротивление тел зависят не только от плотности теплового потока, но и от реверсивности его направления. Это явление неоднократно наблюдалось экспериментально [обзор этих экспериментальных наблюдений доступен в Roberts and Walker (2011)] и известно как тепловое выпрямление или направленный эффект. Суть термического выпрямления заключается в том, что тепловое контактное сопротивление между двумя телами больше при одном направлении теплового потока поперек поверхности раздела, чем при обратном. Термическое выпрямление между текстурированными поверхностями мало изучено [единственное доступное исследование было проведено Чумак и Мартыняк (2019 г.).)].

Межфазные зазоры между фактурными поверхностями обычно заполняются природным (газ, жидкость) или эксплуатационным (смазка, охлаждающая жидкость) веществом. Промежуточная среда оказывает давление на контактирующие поверхности и оказывает дополнительное термическое сопротивление, а значит, может существенно влиять на распределение напряженно-деформированного состояния и температуры в контактирующих телах, уровень термического выпрямления.

Подавляющее большинство исследований влияния наполнителя межфазного зазора на контакт тел проведено с учетом либо только давления наполнителя, либо только теплопроводности наполнителя.

Влияние среды внедрения, заполняющей межфазные зазоры, на механическое поведение тел исследовали Мачишин, Нагурко (2003), Слободян и др. (2014), Козачок и соавт. (2017), Маланчук и др. (2017), Середницкая и соавт. (2019) (газонаполненные щели), Евтушенко и Сулим (1981), Кузнецов (1985), Кит и др. (2003) и Мартыняк и Слободян (2009) (заполненные жидкостью пробелы). В ряде работ изучалось влияние жидких мостиков в межфазных зазорах на контактное взаимодействие при заполнении оставшейся части зазора вакуумом (Peng, Bhushan, 2002; Boer, 2007; Xue, Polycarpou, 2007; Persson, 2008; Wang et al., 2007). др., 2009 г.) или с газом (Мартыняк, Слободян, 2008; Мартыняк и др., 2009; Слободян, 2012; Козачок и др., 2016; Козачок, Мартыняк, 2018). Нормальное контактное сближение и контактная податливость тел с периодически бороздчатыми или волнистыми поверхностями и заполненными средой межфазными зазорами изучались Козачок с соавт. (2018а,б).

Всесторонний обзор исследований теплового эффекта заполнителя межфазного зазора представлен в работах Чумак (2018) и Чумак и Мартыняк (2019), где этот эффект и явления термического выпрямления изучались для периодически рифленых и волнистых поверхностей соответственно.

Работы, учитывающие как давление заполнения зазора, так и теплопроводность, ограничены Yovanovich et al. (1982), Сонг и др. (1993) и Bahrami et al. (2004а,б). Однако они не учитывали влияние термических деформаций, что не позволяло исследовать термическое выпрямление.

Подводя итог, можно сказать, что термическое выпрямление между текстурированными поверхностями мало изучено. В предшествующих исследованиях контакта текстурированных поверхностей не учитывалось совместное механическое и тепловое воздействие среды внедрения в межфазных зазорах и одновременно влияние термических деформаций на деформацию межфазных зазоров. С одной стороны, учет только термического или механического воздействия заполнителя межфазного зазора может существенно повлиять на результат, а с другой стороны, пренебрежение влиянием термических деформаций не позволяет исследовать явление термического выпрямления.

Целями настоящей работы являются:

1. Построение решения задачи о термоупругом контакте тела с периодически бороздчатой поверхностью и тела с гладкой поверхностью при наличии межузельного газа в межфазных зазорах. , который оказывает давление, а также обеспечивает термическое сопротивление.

(2) Исследовать совместное влияние давления и теплопроводности межпорового газа на тепловое спрямление между контактирующими телами.

Постановка задачи

Рассмотрим два тела из изотропных и разнородных материалов с коэффициентами Пуассона ν ₁ , ν ₂ , модулями сдвига μ ₁ , μ ₂ , коэффициентами линейного теплового расширения 90 , α ₂ и теплопроводностей λ ₁ , λ ₂ (рис. 1). Поверхность нижнего корпуса S ₁ идеально ровная, а поверхность верхнего корпуса имеет регулярную текстуру поверхности в виде периодически расположенных борозд. Форма текстурированной поверхности описывается гладкой периодической функцией r ( x ) координаты x :

r(x)={r0(1−(tan(πxd))2(tan(0,5πbd))2), |x−md|< 0,5b0, |x−md|≥0,5b , m∈R. (1)

Здесь b – ширина каждой канавки, r ₀ – максимальная высота канавки, d – период рисунка поверхности ( d > b ) .

Рисунок 1 . Тела перед погрузкой.

Предполагается, что высота канавки мала по сравнению с шириной канавки, т. е. р ₀ ≪ б . Это предположение позволит нам накладывать граничные условия не на реальные поверхности, а записывать их на плоскости y = 0 (Dundurs et al., 1973).

Поскольку задача поставлена в рамках линейной термоупругости, в предположении условий плоской деформации рассмотрим контакт двух полуплоскостей (рис. 2). Они сжимаются друг относительно друга дистанционно приложенным однородным давлением p и однородным тепловым потоком в дальней зоне q накладывается в направлении нормали к интерфейсу.

Рисунок 2 . Модель контакта.

Рассматриваются два противоположных направления тепловых потоков: тепловые потоки от тела S ₁ в тело S ₂ при q > 0 (как на рис. 2), и тепловые потоки от тела S ₂ в тело S ₁ когда q < 0.

Из-за исходной регулярной текстуры поверхности верхней части тела граница между твердыми телами состоит из периодического набора зазоров и периодического набора контактов .

Каждая щель должна быть заполнена одинаковым количеством идеального газа. Механическое воздействие заполнителя моделируется давлением p _g , которое согласно закону Паскаля одинаково в каждой точке газа. Для моделирования теплового воздействия внутритканевого газа воспользуемся следующей моделью термического сопротивления зазора (Чумак, 2018): x ) обозначает высоту зазора, а λ _г обозначает теплопроводность газа. Эта модель предусматривает деформацию зазора как за счет механических, так и за счет тепловых нагрузок. Кроме того, предполагается, что тепло передается через промежуточную среду только за счет теплопроводности в направлении y .

Интерфейс не имеет теплового сопротивления вне зазоров.

Значения параметров контакта лежат в пределах двух предельных случаев — контакта без трения (нулевой коэффициент трения) и полного залипания (бесконечный коэффициент трения). Как показано в Popov et al. (2019), разница между предельными значениями контактных параметров невелика при нормальном контакте тел. Исходя из этого факта, а также поскольку учет сил трения сильно усложнит задачу, мы предполагаем контакт в работе без трения.

Если величина подведенного теплового потока должна быть одинаковой для контакта с межфазными зазорами и контакта без межфазных зазоров, то в случае периодической решетки необходимо ввести дополнительную разность температур в дальней зоне Δ T пробелов. Δ T явно представляет собой совокупный эффект температурных возмущений, возникающих из каждого зазора в массиве, и равен среднему скачку температуры на границе раздела (Das and Sadhal, 1997; Manners, 2000; Чумак, 2018):

ΔT= 1d∫−a/2a/2γ (x) dx, (3)

, где a обозначает ширину межфазной щели, γ( x ) = T ⁻ ( x , 05 − 0) T ⁺ ( x , 0) — скачок температуры по интерфейсу, T ( x, y ) – температура, верхние индексы + и − обозначают граничные значения функции на оси x в верхней и нижней полуплоскостях соответственно.

Эффективное тепловое контактное сопротивление, которое определяется как R _eff = Δ T / q (Madhusudana and Fletcher, 1986), равно

6 Reff 2γ(x)dx. (4)
Граничные условия на интерфейсе:
на поверхностях зазоров (| x − md | < 0,5 a ):
T-(x,0)=T+(x,0)+R(x) qy+ (x,0), qy+(x,0)=qy-(x,0),    (5)
σyy+=σyy-, σyy+=-pg, σxy+=0, σxy-=0; (6)
в контактных областях (| x − md | ≥ 0,5 a ):
T-(x,0)=T+(x,0), qy+(x,0)= qy-(x,0),    (7)
σyy+=σyy-, σxy+=0, σxy-=0, uy+=uy—r(x). (8)
Граничные условия в дальней зоне:
limy → ±∞qx(x,y)=0, limy → ±∞qy(x,y)=q,     (9) σxy(x,y)=0,     (10)
limy → ±∞σxx(x,y)=qθjy, θj=2µjδj(1−νj), j=1,2. (11)

здесь и далее, Q _x ( x, y ), Q _y ( x , 0) — компоненты тепло. xx , σ _xy , σ _yy – компоненты напряжений, u _y — составляющая смещения, а величина δj=αj(1+νj)λj называется тепловой деформацией материала (Dundurs and Panek, 1976). Условие (11) описывает приложение линейно распределенного напряжения для предотвращения глобального коробления контактирующих тел и обеспечения периодического контакта по всей поверхности раздела (Панек и Дундурс, 1979).

Решение задачи

Используя подход, описанный в Чумаке (2018), рассматриваемая задача термоупругого контакта была сведена к следующей системе сингулярных интегро-дифференциальных уравнений для высоты зазора ч (ξ) и скачок температуры γ(ξ):

2d∫−ααh′(η)η−ξdη+λ12δ(γ(ξ)−ΔT)ξ2+1=−6πr0dβ(ξ2β2−12)+ K(p−pg)ξ2+1, |ξ|<α; (12)

λgγ (ξ)h (ξ)−λ122d∫−ααγ′(η)η−ξdη=q, |ξ|<α, (13)

, где δ= δ2−δ1, λ12=2λ1λ2( λ1+λ2), K=2((1−ν1)µ1+(1−ν2)µ2), ξ=tan(πxd), η=tan(πtd), α=tan(0,5πad), β=tan(0,5 πbd), ∆T=1π∫−ααγ(ξ)ξ2+1dξ, f′(η)=dfdη.

Система (12, 13) дополнена условиями (Чумак, 2018)

h(±α)=0, h′(±α)=0, γ(±α)=0, γ′(± α) =0, (14)

, которые обеспечивают ограничение контактных напряжений и тепловых потоков на концах зазора.

Система сингулярных интегро-дифференциальных уравнений аналогичного вида была получена Чумаком (2018) при решении термоупругой контактной задачи для волнистых поверхностей. Для решения системы была адаптирована итерационная процедура, разработанная Мартыняком и Чумаком (2012). Для краткости мы опускаем детали, которые можно найти у Мартыняк и Чумак (2012) и Чумак (2018), и приводим только окончательный результат:

h(ξ)=−α2−ξ2α∑n − 0N(An−Bn∑k − 0NAk∑k − 0NBk)U2n(ξα)2n+1, |ξ|≤α; (15)

γ(ξ)=−dqα2−ξ2πλ12(2χ+lnχ−α2−ξ2χ+α2−ξ2+λgq∑m = 1MCm(U2m(ξα)2m+1−U2m−2(ξα)2m−1 )), |ξ|≤α. (16)

p =pg−∑n−0NAn∑n−0NBn, (17)

T =2dπλ12(qχ(χlnχ−χ+1)−λg2∑m = 1M(−1)m Cmα−2m ( χ−1)2m−1((χ−1)22m+1+α22m−1)). (18)

Здесь χ=α2+1, α предполагается известной величиной, U _n (ξ) – многочлен Чебышева второго рода, A _n , B _n , C _m известные константы. На каждой итерации эти константы определяются из соответствующих систем линейных алгебраических уравнений (подробнее см. раздел 3.2 Чумак, 2018).

Решение задачи включает неизвестное давление газа p _g . Чтобы рассчитать его, мы можем использовать закон идеального газа:

pgVg=mgµg RTg, (19)

, где M _G обозначает массу газа, μ _G — это молярная масса газа, V _G DENOTES THERE OT THURE T. T. T. T. G . _г — абсолютная температура газа, а R обозначает универсальную газовую постоянную ( R = 8,3145 Дж-К ⁻¹ моль ⁻¹ ).

Выражение объема газа через высоту зазора h (ξ),

Vg=l∫−a/2a/2h(x)dx= ldπ∫−ααh(ξ)ξ2+1dξ, (20)

подставляя (15) в (20) и выполняя интегрирования получаем

Vg=ld∑n = 0N(−1)n+1 α−2n−1 )

, где л = 1 м.

Связываем абсолютную температуру газа с температурами поверхностей зазора как где Т ₀ = 273,15 К.

Поскольку T-(x,0)=λ12 γ(x)(2λ1) и T+(x,0)=-λ12 γ(x)(2λ2) (Чумак, 2018),

Tg= λ12*π4arctan(α )ΔT+T0, (23)

, где λ12*=(λ2-λ1)(λ1+λ2 ).

Подстановка (21) и (23) в (19) дает −1)2n+1 (An−Bn∑k−0NAk∑k−0NBk). (24)

Тогда приложенное давление p можно рассчитать с помощью (17).

Результаты и обсуждение

Расчеты выполнены для нержавеющей стали AISI 304 (материал корпуса S ₁ ) — алюминиевый сплав А380 (материал корпуса S ₂ ) пара при наличии воздуха или криптона в интерфейсных зазорах. Свойства материалов и внутритканевых газов приведены в таблицах 1 и 2 соответственно. Остальные параметры выбраны равными: b = 1 мм, d = 4 мм. Обозначения, используемые на рисунках ниже, приведены в таблице 3.

Таблица 1 . Свойства материалов (Харви, 1982; НАДКА, 2015).

Таблица 2 . Свойства междоузельных газов (Дорф, 2003).

Таблица 3 . Обозначения, используемые на рисунках.

Поскольку тепловая деформация δ ₁ нержавеющей стали AISI 304 больше, чем тепловая деформация δ ₂ алюминиевого сплава A380, q > 0 соответствует случаю поступления тепла в материал с меньшей тепловой деформацией (синие линии на рисунках) и q < 0 соответствует случаю поступления тепла в материал с большей тепловой деформацией (красные линии на рисунках).

На рис. 3 представлены зависимости эффективного теплового контактного сопротивления R _eff от приложенного давления p . Результаты представлены для давления газа p _g = 5 МПа и двух значений теплового потока: q = 1 Вт/мм ² и q = −1 Вт/мм ² . Эффективное тепловое контактное сопротивление изменяется при изменении направления движения тепла на противоположное, т. е. происходит тепловое спрямление между контактирующими телами. При фиксированных значениях входных параметров R _эфф всегда больше, когда тепло поступает в материал с большей тепловой деформацией (красные линии). Для двух противоположных направлений теплового потока R _эфф уменьшается как p увеличивается и всегда больше в случае криптона. Чем больше максимальная высота r ₀ канавок, тем больше R _эфф .

Рисунок 3 . Эффективное тепловое контактное сопротивление R _eff в зависимости от приложенного давления p .

Следует отметить, что красные кривые на рис. 3 не пересекают ось p = 0. Это связано с тем, что решение задачи о термоупругом контакте строилось в предположении, что ширина зазора не может превышать ширина паза ( a ≤ b ). Однако преобладающее влияние на деформацию зазора при малых приложенных давлениях оказывает поток тепла, направленный к материалу с более высокой термодеформацией, что приводит к распространению зазора за пределы исходных границ канавки. В этом случае задача термоупругого контакта должна решаться для a > b . Это вносит определенную сложность в построение решения задачи и выходит за рамки проводимых в работе исследований.

Эффективное тепловое контактное сопротивление R _eff в зависимости от давления газа p _g показано на рис. 4 для p = 100 МПа и | q | = 1 Вт/мм ² . Увеличение р _г приводит к увеличению Р _эфф .

Рисунок 4 . Эффективное тепловое контактное сопротивление R _эфф относительно давления газа p _g .

R _EFF для P _G = 10 МПа больше R _EFF для P _{G —. когда r ₀ = 0,005 мм, внутритканевый газ представляет собой воздух и q = 1 Вт/мм ² ;}

• 14,24% при р ₀ = 0,005 мм, внутритканевый газ — воздух и q = −1 Вт/мм ² ;

• 13,26 % при r ₀ = 0,005 мм междоузельный газ криптон и q = 1 Вт/мм ² ;

• 10,96 % при r ₀ = 0,005 мм междоузельный газ — криптон и q = −1 Вт/мм ² .

R _эфф для криптон больше R _eff for air by

• 35. 62% when r ₀ = 0.005 mm, p _g = 0 MPa, and q = 1 W/mm ² ;

• 37,24 % при r ₀ = 0,005 мм, p _г = 0 МПа и q = −1 Вт/мм2 901;

• 33,85 % при r ₀ = 0,005 мм, p _г = 10 МПа и q = 1 Вт/мм ² ;

• 34,85 % при r ₀ = 0,005 мм, p _г = 10 МПа и q = −1 Вт/мм2 90

Абсолютное значение увеличения R _eff уменьшается, когда тепло поступает в алюминиевый сплав, и увеличивается, когда тепло поступает в нержавеющую сталь (рис. 5).

Рисунок 5 . Эффективное тепловое контактное сопротивление R _эфф в зависимости от теплового потока | q |.

Для оценки уровня термической ректификации при заданном | q |, мы используем индекс ректификации ε, определяемый по формуле ε=(ReffAl→SS-ReffSS→Al)/ReffAl→SS *100 % (Snaith et al. , 1986; Madhusudana, 1993). Здесь ReffAl→SS обозначает эффективное сопротивление в случае передачи тепла от алюминиевого сплава к нержавеющей стали, а ReffSS→Al обозначает эффективное сопротивление в случае передачи тепла от нержавеющей стали в алюминиевый сплав.

На рис. 6–8 представлены зависимости показателя ректификации ε от приложенного давления p , давления газа p _g и теплового потока | q | соответственно.

Рисунок 6 . Индекс термической ректификации ε в зависимости от приложенного давления p .

Рисунок 7 . Коэффициент термической ректификации ε в зависимости от давления газа p _g .

Рисунок 8 . Коэффициент теплового выпрямления ε в зависимости от теплового потока | q |.

ε увеличивается с увеличением p , причем более быстро при более низких давлениях (рис. 6). Когда r ₀ = 0,005 мм, ε для воздуха больше, чем ε для криптона до прибл. p = 67 МПа, но ε для воздуха меньше, чем ε для криптона при больших значениях p . При r ₀ = 0,01 мм ε для воздуха больше, чем ε для криптона во всем рассматриваемом диапазоне стр .

Уменьшение р _г или увеличение | q | вызывает увеличение ε (рис. 7, 8). Уровень термического выпрямления может достигать 18 % для рассматриваемого диапазона входных параметров.

ε для P _G = 10 МПа больше ε для P _G = 0 МПа. воздух и | q | = 1 Вт/мм ² ;

• 11,44% при r ₀ = 0,005 мм междоузельный газ криптон и | q | = 1 Вт/мм ² .

ε для Krypton больше ε для воздуха на

• 11,16%, когда R ₀ = 0,005 мм, P _G = 0PA и | q | = 1 Вт/мм ² ;

• 7,64 % при r ₀ = 0,005 мм, р _г = 10 МПа и | q | = 1 Вт/мм ² .

Выводы

Исследован термоупругий контакт между поверхностью с периодическими бороздками и плоской поверхностью в присутствии идеального газа в межфазных зазорах. Учитывалось комбинированное тепловое и механическое воздействие внутритканевой среды. Тепловое воздействие газа моделировалось тепловым сопротивлением зазора, прямо пропорциональным высоте зазора и обратно пропорциональным теплопроводности газа. Механическое воздействие газа учитывалось его давлением.

Контактная задача сведена к системе сингулярных интегро-дифференциальных уравнений для скачка температуры на зазоре и высоты зазора. Для решения системы была адаптирована итерационная процедура, разработанная авторами в последнее время. Связь между давлением газа и приложенным давлением получена из условия ограниченности контактных напряжений на концах зазора. Выражая объем газа через высоту зазора и связывая абсолютную температуру газа с температурами поверхностей зазора, для расчета давления газа использовали закон идеального газа.

Для оценки эффективного теплового контактного сопротивления и уровня термического выпрямления была исследована граница раздела нержавеющая сталь AISI 304 — алюминиевый сплав A380 в присутствии воздуха или криптона в межфазных зазорах. Выявлено, что эффективное тепловое контактное сопротивление больше при перетекании тепла от алюминиевого сплава к нержавеющей стали (в материал с более высокой термодеформацией), чем при обратном направлении теплового потока. Эффективное сопротивление зазоров, заполненных криптоном, всегда больше, чем эффективное сопротивление зазоров, заполненных воздухом. Эффективное сопротивление увеличивается по мере уменьшения приложенного давления или увеличения давления газа. Увеличение абсолютной величины теплового потока приводит к уменьшению/увеличению эффективного сопротивления при перетекании тепла в алюминиевый сплав/нержавеющую сталь. Замечено, что уровень термической ректификации увеличивается с увеличением величины теплового потока, снижением давления газа и увеличением приложенного давления. Уровень ректификации изменяется по-разному в зависимости от теплопроводности внутритканевого газа в зависимости от приложенного давления.

Учет механического воздействия заполнителя зазоров приводит к заниженным значениям степени термического выпрямления. При этом изменение теплопроводности заполнителя зазора оказывает более выраженное влияние, чем изменение его давления.

Вклад авторов

RM разработал модель и исследование, а также руководил результатами этой работы. KC написала рукопись при поддержке RM, выполнила аналитические расчеты и численное моделирование, а также разработала рисунки. Все авторы обсудили результаты и внесли свой вклад в окончательный вариант рукописи.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Ссылки

Бахрами, М., Йованович, М.М. , и Калхэм, Дж. Р. (2004a). Термические сопротивления соединения согласующихся шероховатых поверхностей с газонаполненными зазорами. Дж. Термофиз. Теплопередача . 18, 318–325. doi: 10.2514/1.5480

CrossRef Полный текст | Академия Google

Бахрами М., Йованович М. М. и Калхэм Дж. Р. (2004b). Термические сопротивления соединений несоответствующих шероховатых поверхностей с газонаполненными зазорами. Дж. Термофиз. Теплопередача . 18, 326–332. doi: 10.2514/1.5482

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Барбер, Дж. Р. (1971). Влияние тепловых деформаций на сопротивление сжатию. Междунар. J. Heat Mass. Transf . 14, 751–766. doi: 10.1016/0017-9310(71)-0

Полный текст CrossRef | Академия Google

Бур, член парламента (2007). Капиллярная адгезия между упруго-твердыми шероховатыми поверхностями. Экспл. Мех . 47:171. doi: 10.1007/s11340-006-0631-z

CrossRef Full Text | Google Scholar

Чумак К. (2018). Задача о термоупругом контакте волнистых поверхностей с теплопроводной средой в межфазных зазорах. Матем. мех. Тв. 23, 1389–1406. doi: 10.1177/1081286517726369

CrossRef Full Text | Google Scholar

Чумак К. и Мартыняк Р. (2012). Термическое выпрямление между двумя термоупругими твердыми телами с периодическим набором шероховатых зон на границе раздела. Междунар. J. Heat Mass. Transf . 55, 5603–5608. doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2012.05.049

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чумак К. А. и Мартыняк Р. М. (2019). Эффективное тепловое контактное сопротивление регулярно текстурированных тел при наличии межконтактных теплопроводных сред и явление теплового выпрямления. Дж. Матем. Наука . 236, 160–171. doi: 10.1007/s10958-018-4103-7

CrossRef Full Text | Академия Google

Дас, А.К., и Садхал, С.С. (1997). Замечание по оценке сопротивления термическому сжатию зазоров конечной толщины. ASME J. Теплопередача . 119, 177–180. doi: 10.1115/1.2824084