Моделирование контактного термического сопротивления при проектировании технологического оборудования

Анализ конструкций технологического оборудования при проектировании по температурному критерию является необходимой гарантией обеспечения требуемых эксплуатационных характеристик. Наличие значительного количества деталей в узлах и механизмах технологического оборудования требует при проектировании прогнозирования прохождения теплового потока через соединения. Многообразие требований к соединению при моделировании контактного термического сопротивления может быть учтено введением в зону контакта псевдослоя. Приведены результаты проверки предложенной регрессионной зависимости изменения температуры при прохождении теплового потока через псевдослой, полученной при учете четырех существенных факторов: толщины псевдослоя, номинального давления, предела текучести материала, расположения зоны фактического контакта. Адекватность указанной регрессионной зависимости проверялась экспериментально и с использованием численного моделирования с применением крупноблочных конечных элементов. Для описания процесса теплообмена в элементах тепловой модели были определены контактные термические сопротивления для нескольких условий распространения теплового потока: от одного конечного элемента к другому в пределах одной детали; от одного конечного элемента к другому, расположенному в соседней детали; прохождения теплового потока через замкнутые полости; распространения теплового потока в окружающую среду для конечных элементов, расположенных на наружном (свободном) контуре детали. Проведенные эксперименты показали хорошее совпадение экспериментальных данных и результатов моделирования. Применение крупноблочных конечных элементов на основе предложенной модели контактного термического сопротивления позволило довести методику конечно-элементного моделирования до инженерного использования без сложного программного обеспечения.