Аналитическая оценка эволюции температурного поля на содержащем наноразмерные газовые включения контакте вязкоупругой среды с твердым телом

Abstract

The processes on a contact of a viscoelastic medium with a solid (substrate, pore body matrix) are of practical interest for the operating of a variety of technical systems and technological processes. The physicochemical phenomena induced by pulse heating of the viscoelastic medium in contact with the solid have been investigated extensively in recent years. These phenomena may lead to transient metastability of the viscoelastic phase and to long-term or irreversible continuity violations of the contact. Surface nanobubbles are assumed suitable model subjects for study of the phenomena under consideration. The surface nanobubbles may be formed from metastable gaseous nanodomens under interfacial shear stress arising from the temperature dependence of the interface energy. The computation of the temperature gradients during heat transfer through the non-uniform contact is therefore relevant problem. It would be appropriate to possess simple analytical evaluation of the temperature field and the temperature gradients evolution at the viscoelastic medium-solid interface with the nanoscale gas inclusions to interpret concerning experimental data. Here we find some asymptotical solutions of the thermal contact problem in the case where the viscoelastic medium thermal diffusivity much lower than the solid one.

Процессы на контакте вязкоупругой среды с твердым телом (подложкой, субстратом, скелетом пористой среды) представляют практический интерес в связи с их принципиальным значением для функционирования разнообразных технических систем и протекания технологических процессов. В последнее время активно исследуются физико-химические процессы при импульсном нагреве вязкоупругих сред в контакте с твердым телом, в условиях кратковременного вторжения в область метастабильности, которые могут приводить к продолжительному или необратимому нарушению сплошности контакта. Интересным модельным объектом для изучения обсуждаемых процессов являются поверхностные нанопузырьки, которые могут формироваться из метастабильных газовых нанодоменов под действием граничных сдвиговых напряжений, обусловленных зависимостью энергии межфазной границы от температуры. Расчет возникающих при теплопереносе через неоднородный контакт температурных градиентов является, следовательно, актуальной задачей. Для анализа экспериментальных данных целесообразно иметь простые аналитические оценки эволюции температурного поля и возникающих при теплопереносе через неоднородный контакт температурных градиентов. В настоящей работе такие оценки получены для случая, когда величина коэффициента температуропроводности вязкоупругой среды много меньше величины коэффициента температуропроводности твердого тела.