Analytical models of thermal conductivity in two-phase dispersion media. 2. Comparison of theoretical and experimental data | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2024. № 91. DOI: 10.17223/19988621/91/6

Analytical models of thermal conductivity in two-phase dispersion media. 2. Comparison of theoretical and experimental data

It is traditionally believed that theories and formulas for averaging (homogenization) the physical properties of dispersion media, which exclude the effect of the collective interaction of dispersed particles, are applicable only at low concentrations of the dispersed phase. This opinion was disapproved theoretically and then experimentally in a previous paper. It has been established that with an increase in the concentration of dispersed particles, the main effect on the change in the effective thermal conductivity coefficient of the dispersion medium is exerted by the purely geometric factor of compaction of dispersed particles. Therefore, if the experimental conditions correspond to the theoretical premises considering a two-phase medium as homogeneous and isotropic and the dispersed particles as isolated from each other, then Maxwell's analytical formula is applicable (with an error of less than 2.7%) over the entire range of variation of concentrations and phase parameters. It is shown that the proposed new analytical dependence, which is invariant with respect to the phase inversion transformation and does not take into account the interaction of particles, best describes experiments in binary metal mixtures when it is impossible to isolate a continuous dispersed phase.

Download file

Counter downloads: 4

Keywords

dispersion media, composite materials, interaction of dispersed particles, Laplace's equation, effective thermal conductivity coefficient

Authors

Name	Organization	E-mail
Boshenyatov Boris V.	Institute of Applied Mechanics of the Russian Academy of Sciences	bosbosh@mail.ru
Glazunov Anatoliy A.	Tomsk State University	gla@niipmm.tsu.ru
Ishchenko Aleksandr N.	Tomsk State University	ichan@niipmm.tsu.ru
Karnet Yuliya N.	Institute of Applied Mechanics of the Russian Academy of Sciences	iam@iam.ras.ru

Всего: 4

References

Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. М.: Наука, 1987. Ч. 1. 464 с.; Ч. 2. 360 с.

Архипов В.А., Васенин И.М., Усанина А.С., Шрагер Г.Р. Динамическое взаимодействие частиц дисперсной фазы в гетерогенных потоках. Томск: Изд. Дом Том. гос. ун-та, 2019. 328 с.

Псахье С.Г., Объедков А.Ю., Лернер М.И., Ищенко А.Н., Ивонин И.В., Бирюков Ю.А., Бузник В.М., Дунаевский Г.Е. Ультрадисперсные и наноразмерные порошки: создание, строение, производство и применение / под ред. В.М. Бузника. Томск: Изд-во НТЛ, 2009. 192 с.

Бошенятов Б.В. Микропузырьковые газожидкостные среды и перспективы их использования. Saarbrucken: LAP LAМBERT Academic Publishing, 2016. 170 p.

Jeffrey D.J. Conduction through a random suspension of spheres // Proc. Roy. Soc. London. 1973. V. A335. Р. 355-367.

Samantray P.K., Karthikeyan P., Reddy K.S. Estimating effective thermal conductivity of two-phase materials // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2006. V. 49 (21-22). P. 4209-4219.

Струминский В.В., Гуськов О.Б., Корольков Г.А. Гидродинамическое взаимодействие частиц в потенциальных потоках идеальной жидкости // Доклады АН СССР. 1986. Т. 290, № 4. С. 820-824.

Felderhof B.U. Virtual mass and drag in two-phase flow //j. Fluid Mech. 1991. V. 225. P. 177-196.

Kristensson G. Homogenization of spherical inclusions // Progress In Electromagnetics Research, PIER. 2003. V. 42. P. 1-25.

Бошенятов Б.В., Глазунов А.А., Ищенко А.Н., Карнет Ю.Н. Аналитические модели теплопроводности в двухфазных дисперсных средах. 1. Теоретические исследования // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2023. № 86. С. 35-54.

Maxwell J.C. Electricity and magnetism. 1st ed. Clarendon Press, 1873.

Дульнев Г.Н., Новиков В.В. Процессы переноса в неоднородных средах. Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1991. 248 с.

Бошенятов Б.В. Теплопроводность пузырьковых газожидкостных сред повышенной концентрации // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2017. № 45. С. 69-79.

Feitosa K., Marze S., Saint-Jalmes A., Durian D.J. Electrical conductivity of dispersions: from dry foams to dilute suspensions // Journal of Physics: Condensed Matter. 2005. V. 17, № 41. Р. 6301-6305.

Carson J.K., Lovatt S.J., Tanner D.J., Cleland А.С. Experimental measurements of the effective thermal conductivity of a pseudo-porous food analogue over a range of porosities and mean pore sizes // Journal of Food Engineering. 2004. V. 63. Р. 87-95.

Boudenne A., Ibos L., Gehin E., Fois M., Majeste J.C. Anomalous behavior of thermal conductivity and diffusivity in polymeric materials filled with metallic particles // Journal of Materials Science. 2005. V. 40. P. 4163-4167.

Бошенятов Б.В. Роль взаимодействия частиц в кластерной модели теплопроводности наножидкостей // Письма в ЖТФ. 2018. Т. 44 (3). С. 17-24.

Bedeaux D., Wind M.M., van Dijk M.A. The Effective Dielectric Constant of a Dispersion of Clustering Spheres // Z. Phys. B - Condensed Matter. 1987. V. 68. P. 343-354.

Ягупов А.И., Елагин А.А., Лыткин В.В., Бекетов А.Р., Баранов М.В., Денисенко В.И., Стоянов О.В. Применение композиционного материала "Нитрид алюминия-кремний-органический лак КО-916к" в качестве пазовой изоляции обмоток статора асинхронных электродвигателей малой и средней мощности // Вестник Казанского технологического университета. 2013. Т. 16 (5). С. 161-166.

Ягупов А.И., Аскольд Р.Б., Баранов М.В., Стоянов О.В. Применимость современных моделей для оценки теплофизических характеристик кремнийорганического лака, наполненного тонкодисперсным нитридом алюминия // Вестник Казанского технологического университета. 2013. Т. 16 (13). С. 129-132.

Бошенятов Б.В. К расчету эффективных коэффициентов переноса в монодисперсных суспензиях сферических частиц // Письма в ЖТФ. 2015. Т. 41 (3). C. 67-73.

McKenzie D.R., McPhedran R.C., Derrick G.H. The conductivity of lattices of spheres. II. The body centered and face centered cubic lattices // Proceedings of the Royal Society of London Ser. A. Mathematical and Physical Sciences. 1978. V. 362. P. 211-232.

Кашевский Б.Э., Кордонский В.И., Прохоров И.В., Хутская Н.Г. К вопросу о теплопроводности концентрированных суспензий // Прикладная механика и техническая физика. 1990. № 6. С. 95-96.

Van Dijk M.A., Broekman E., Joosten J.G.H., Bedeaux D. Dielectric study of temperature dependent aerosol of water/isooctane microemulsion structure // Journal de Physique. 1986. V. 47 (5). P. 727-731. :01986004705072700.

Landauer R. The electrical resistance of binary metallic mixtures // Journal of Applied Physics. 1952. V. 23, № 7. P. 779-784.