priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2023-66-9-771-780pribor-172Research ArticleПРИБОРЫ И МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ МАТЕРИАЛОВ, ИЗДЕЛИЙ, ВЕЩЕСТВ И ПРИРОДНОЙ СРЕДЫMETHODS AND INSTRUMENTS FOR ANALYSIS AND MONITORING OF THE NATURAL ENVIRONMENT, SUBSTANCES, MATERIALS AND PRODUCTSМоделирование и расчет двумерно-ориентированной теплопроводности гетерогенных композицийModeling and calculation of two-dimensionally oriented thermal conductivity of heterogeneous compositionsХодунковВ. П.KhodunkovV. P.

Вячеслав Петрович Ходунков - канд. техн. наук; ст. научный сотрудник

Санкт-Петербург

Vyacheslav P. Khodunkov - PhD; Senior Researcher

St. Petersburg

walkerearth@mail.ruЗаричнякЮ. П.ZarichnyakYu. P.

Юрий Петрович Заричняк - д-р физ.-мат.наук, профессор; образовательный центр „Энергоэффективные инженерные системы“, доцент

Санкт-Петербург

Yuriу P. Zarichnyak — Dr. Sci., Professor; Educational Center "Energy-Efficient Engineering Systems"; Associate Professor

St. Petersburg

zarich4@gmail.comВсероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д. И. МенделееваD. I. Mendeleev All-Russian Institute for MetrologyУниверситет ИТМОITMO University202328112024669771780Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20242024Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/172

Рассматривается метод моделирования двухкомпонентного композиционного материала для описания анизотропии теплопроводности его двумерно-ориентированной структуры. Метод заключается в моделировании структуры исследуемого композита и последующем расчете его теплопроводности с помощью расчетных соотношений, которые основаны на общеизвестной электротепловой аналогии. В рассматриваемом методе структура реального композита моделируется элементарной ячейкой, представляющей собой куб с гранями единичной длины. Представлена итоговая система расчетных уравнений двумерно-ориентированной теплопроводности, приведен пример и дана оценка ожидаемой точности предсказания теплопроводности.  

A method for modeling a two-component composite material is considered to describe the anisotropy of thermal conductivity of its two-dimensionally oriented structure. The method consists of modeling the structure of the composite under study and subsequent calculation of its thermal conductivity using design relationships that are based on the well-known electrothermal analogy. In the method under consideration, the structure of a real composite is modeled by an elementary cell, which is a cube with edges of unit length. The final system of equations for calculating twodimensionally oriented thermal conductivity is presented, an example is given, and an estimate of the expected accuracy of thermal conductivity prediction is given. 

моделированиеструктураанизотропиятеплопроводностьэлектротепловая аналогиядвухкомпонентный композитmodelingstructurethermal conductivityanisotropyelectrothermal analogytwo-component compositeReferencesMaxwell J. C. A treatise on electricity and magnetism. Oxford Univ. Press, 1873. Vol. 1. 500 p.Maxwell J.C. A treatise on electricity and magnetism, Vol. 1, Oxford University Press, 1873, 500 p.Wiener O. Die Theorie des Mischkörpers für das Feld der stationären Strömung. Abh. d. Leipzig. Akad., 1912. 509 р.Wiener O. Die Theorie des Mischkörpers für das Feld der stationären Strömung, Abh. d.Leipz. Akad., 1912, Bd. 32, 509 р.Оделевский В И. Расчет обобщенной проводимости гетерогенных систем // ЖТФ. 1951. Т. 21, вып. 6. С. 667—685.Odelevsky V.I. Technical Physics, 1951, no. 6(21), pp. 667–685. (in Russ.)Meredith R. E., Tobias C. W. Conductivities in emulsions // J. Electrochem. Soc. 1961. Vol. 108. P. 286—290 [Электронный ресурс]: <https://doi.org/10.1149/1.2428064>.Meredith R.E., Tobias C.W. J. Electrochem. Soc., 1961, vol. 108, рр. 286–290, https://doi.org/10.1149/1.2428064.Миснар А. Теплопроводность твердых тел, жидкостей, газов и их композиций. М.: Мир, 1968. 464 с.Missenard A. Conductivite' thermique des solides, liquides, gaz et de leurs mélanges, Eyrolles, 1965, 554 р.Дульнев Г. Н., Заричняк Ю. П. Теплопроводность смесей и композиционных материалов. Л.: Энергия, 1974. 264 с.Dulnev G.N., Zarichnyak Yu.P. Teploprovodnost' smesey i kompozitsionnykh materialov (Thermal Conductivity of Mixtures and Composite Materials), Leningrad, 1974, 264 р. (in Russ.)Пономарев С. В., Мищенко С. В., Дивин А. Г. Теоретические и практические аспекты теплофизических измерений: Монография. Тамбов: Изд-во ТГТУ, 2006. Кн. 1. 204 с.Ponomarev S.V., Mishchenko S.V., Divin A.G. Teoreticheskiye i prakticheskiye aspekty teplofizicheskikh izmereniy (Theoretical and Practical Aspects of Thermophysical Measurements), Tambov, 2006, Book 1, 204 р. (in Russ.)Орлов А. И. Обобщенная проводимость гетерогенных сред и стержневых систем: Автореф. дис. … канд. физ.-мат. наук. Обнинск, 2009.Orlov A.I. Obobshchennaya provodimost' geterogennykh sred i sterzhnevykh sistem (Generalized Conductivity of Heterogeneous Media and Rod Systems), Extended abstract of candidate’s thesis, Obninsk, 2009, 24 р. (in Russ.) 9. Mikhailin Yu.A. Konstruktsionnyye polimernyye materialy (Structural Polymeric Materials), St. Petersburg, 2013, 822 р. (in Russ.)Михайлин Ю. А. Конструкционные полимерные композиционные материалы. СПб: Изд-во „НОТ“, 2010. 822 с.Zarubin V.S., Zarubin S.V., Kuvyrkin G.N. Science and Education of Bauman MSTU, 2014, no. 1, pp. 270–281, DOI:Зарубин В. С., Зарубин С. В., Кувыркин Г. Н. Математическое моделирование теплопереноса в однонаправленном волокнистом композите // Наука и образование. (Научное издание МГТУ им. Н. Э. Баумана.) 2014. № 1. С. 270—281. DOI: 10.7463/0114.0657262.7463/0114.0657262. http:technomag.bmstu.ru/doc/657262.html (in Russ.)Эдвабник В. Г. К теории обобщенной проводимости смесей // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 1, ч. 2. 51 с.Edvabnik V.G. Modern problems of science and education, 2015, no. 1, 51 р. (in Russ.)Pietrak K., Wisniewski T. S. A review of model for effective thermal conductivity of composite materials // Journal of Power Technologies. 2015. Vol. 95, № 1. P. 14—24.Pietrak K., Tomasz S. Journal of Power Technologies, 2015, no. 1(95), pp. 14–24.Балабанов П. В., Савенков А. П. Теоретические и практические аспекты измерения теплофизических свойств гетерогенных материалов: Монография. Тамбов: Изд-во ТГТУ, 2016. 188 с.Balabanov P.V., Savenkov A.P. Teoreticheskiye i prakticheskiye aspekty izmereniya teplofizicheskikh svoystv geterogennykh materialov (Theoretical and Practical Aspects of Measuring the Thermophysical Properties of Heterogeneous Materials), Tambov, 2016, 188 р. (in Russ.)Колесников С. А., Ким Л. В., Воронцов В. А., Проценко А. К., Чеблакова Е. Г. Исследование формирования теплофизических характеристик объемно-ориентированных углерод-углеродных композиционных материалов // Новые огнеупоры. 2017. № 8. С. 45—56.Kolesnikov S.A., Kim L.V., Vorontsov V.A., Protsenko A.K., Cheblakova E.G. Novyye ogneupory (New Refractories), 2017, no. 8, pp. 45–56. (in Russ.)Сулаберидзе В. Ш., Михеев В. А. Моделирование теплопроводности гетерогенных композиций функциональных материалов на основе экспериментальных данных. СПб: Реноме, 2023. 118 с.Sulaberidze V.Sh., Mikheev V.A. Modelirovaniye teploprovodnosti geterogennykh kompozitsiy funktsional'nykh materialov na osnove eksperimental'nykh dannykh (Modeling of Thermal Conductivity of Heterogeneous Compositions of Functional Materials Based on Experimental Data), St. Petersburg, 2023, 118 р., ISBN 978-5001125-752-3. (in Russ.)Ходунков В. П., Походун А. И., Заричняк Ю. П. Анизотропия теплопроводности как средство выравнивания температурных полей в излучающих полостях АЧТ // Приборы. 2015. № 8. С. 7—12.Khodunkov V.P., Pokhodun A.I., Zarichnyak Yu.P. Instruments, 2015, no. 8, pp. 7–12. (in Russ.)Пат. 2739728 РФ. МПК G01N 25/18, С22С 9/06, G01N 33/20. Способ создания металлокомпозита с предсказуемой теплопроводностью / В. П. Ходунков, Ю. П. Заричняк. Опубл. 28.12.2020. Бюл. № 1.Patent RU 2739728, G01N 25/18, С22С 9/06, G01N 33/20, Sposob sozdaniya metallokompozita s predskazuyemoy teploprovodnost'yu (Method for Creating a Metal Composite with Predictable Thermal Conductivity), V.P. Khodunkov, Yu.P. Zarichnyak, Patent application no. 2020123353, Priority 08.07.2020, Published 28.12.2020, Bulletin 1. (in Russ.)Пат. 2748669 РФ. МПК С09K 5/14, G01N 25/18. Способ создания двухкомпонентного композита с заданной теплопроводностью / В. П. Ходунков, Ю. П. Заричняк. Опубл. 28.05.2021. Бюл. № 16.Patent RU 2748669, С09K 5/14, G01N 25/18, Sposob sozdaniya dvukhkomponentnogo kompozita s zadannoy teploprovodnost'yu (Method for Creating a Two-component Composite with a Given Thermal Conductivity), V.P. Khodunkov, Yu.P. Zarichnyak, Patent application no. 2020123354, Priority 08.07.2020, Published 28.05.2021, Bulletin 16. (in Russ.)Ходунков В. П., Заричняк Ю. П. Новые стационарные методы измерения теплопроводности твердых тел // Вестн. ТГТУ. 2022. Т. 28, № 3. С. 455—465. DOI: 10.17277/vestnik.2022.03.Khodunkov V.P., Zarichnyak Yu.P. Bulletin of the Tambov State Technical University, 2022, no. 3(28), pp. 455–465, DOI: 10.17277/vestnik.2022.03. (in Russ.)Ходунков В. П., Заричняк Ю. П. Перспективные методы измерения теплопроводности твердых тел // Изв. вузов. Приборостроение. 2022. Т. 65, № 9. С. 668—676. DOI: 10/17586/0021-3454-2022-65-9-668-676.Khodunkov V.P., Zarichnyak Yu.P. Journal of Instrument Engineering, 2022, no. 9(65), pp. 668–676, DOI: 10/17586/0021-3454-2022-65-9-668-676. (in Russ.)Ходунков В. П., Заричняк Ю. П. Моделирование структуры композиционных материалов с заранее заданными тепловыми свойствами: новые методы измерения // Тепловые процессы в технике. 2022. Т. 14, № 12. С. 482—496. DOI: 10.34759/tpt-2022-14-12-482-496.Khodunkov V.P., Zarichnyak Yu.P. Teplovyye protsessy v tekhnike, 2022, no. 12(14), pp.482–496, DOI: 10.34759/tpt-2022-14-12-482-496. (in Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.