§ 3.2.1. Перенос теплоты в вакууме

Теплопередача в разреженных газах может происходить за счет конвекции,теплопроводности и излучения.

где а — коэффициент теплообмена; А — площадь поверхности нити. При свободной конвекции из-за силового воздействия гравитационного поля на газ, имеющий различную плотность вследствие температурных градиентов, коэффициент теплообмена

где а — экспериментальный коэффициент, зависящий от материала и формы поверхности.

Коэффициент теплообмена в условиях вынужденной конвекции при поперечном обтекании нити для воздуха

где К — коэффициент теплопроводности газа; d — характерный размер (диаметр нити); Nu=k1Re*k2— критерий Нуссельта; Re= = v_rdp/n — критерий Рейнольдса; v_r — скорость газового потока; k₁ и k₂ — константы, зависящие от числа R_e: k₁ = 0,45; k₂=0,5 при R_e<10³ и k₁ = 0,245; k₂=0,6 при R_e>10³.

Теплопроводность газа в качестве явления переноса при низком вакууме можно рассматривать аналогично вязкости газа. Вместо количества движения в этом случае переносится энергия молекул газа. Количество теплоты, отнесенное к одной молекуле газа,

где с_v — теплоемкость газа при постоянном объеме; m — масса молекулы газа; Т—абсолютная температура.

Если концентрация газа п постоянна, то аналогично (3.1) можно записать выражение для теплового потока:

где λн — коэффициент теплопроводности газа при низком вакууме:

Таким образом, коэффициент теплопроводности газа равен произведению коэффициента динамической вязкости на удельную теплоемкость газа при постоянном объеме. Для расчета cv можно использовать выражение

где v=C_p/c_v — отношение теплоемкости газа при постоянном давлении к теплоемкости при постоянном объеме (для одноатомных газов v=1,66; для двухатомных v=1,4; для трехатомных v=1,3; k — постоянная Больцмана; m — масса молекулы газа.  

Молекулярно-кинетическая теория, используя функции распределения скоростей и длин свободного пути молекул газа, дает для коэффициента теплопроводности более точное выражение

отличающееся не более чем на 20% от значения, даваемого выражением (3.15).

Характер зависимости коэффициента теплопроводности и коэффициента динамической вязкости газа при низком вакууме от температуры и давления идентичен.