Министерство по образованию и науке РФ

Волгоградский государственный архитектурно - строительный университет

Кафедра энергоснабжения и теплотехники

Дисциплина Теплотехника, 2010 г.

Специальность - ЗЧС, ПБ, МНС

1 Категория

1. Основные положения и закон теплопроводности Фурье. Коэффициент теплопроводности.

Теплопроводность – процесс распространения (переноса) теплоты путем непосредственного соприкосновения микрочастиц, имеющих различную температуру, или путем соприкосновения тел (или их частей), когда тело не перемещается в пространстве.

Закон теплопроводности Фурье:

Французский ученый Жан Батист Фурье (1768... 1830 г.г.), сначала экспериментально в 1807 г., а затем и теоретически в 1822 г., установил, что для изотропных (твердых) сред количество передаваемой теплоты ΔQ (Дж) пропорционально падению температуры (-∂T / ∂n), времени Δτ (с) и площади сечения F (м²), перпендикулярного направлению распространения теплоты:

ΔQ = - λ · (∂T / ∂n) · F · Δτ

Математическое выражение закона теплопроводности Фурье:

Q = - λ · (∂T / ∂n)

Множитель пропорциональности в λ в законе Фурье называется коэффициентом теплопроводности, характеризующим способность вещества проводить теплоту.

Коэффициент теплопроводности λ численно равен количеству теплоты ΔQ (Дж), проходящей в единицу времени Δτ (с), через единицу поверхности F (м²), при разности температур ΔT в одни градус (К), на единицу длины l, один метр (м):

λ = ΔQ / (Δτ · F · (ΔT / l)) = Q₀ / (F · (ΔT / l)) Дж / с · м² · (К / м) = Вт / (м·К)

Коэффициент теплопроводности – тепловой поток, проходящий через один квадратный метр изометрической поверхности при температурном градиенте, равном единице.

λ металлов лежит в пределах 20...400 Вт/(м · К).

λ строительных материалов лежит в пределах 0,02...3,0 Вт/(м·К).

λ жидкостей лежит в пределах 0,06...0,7 Вт/(м·К).

λ газов лежит в пределах 0,005...0,5 Вт/(м·К).

2. Основные положения конвективного теплообмена. Закон Ньютона.

Конвекция – перемещение макроскопических частей среды (газа, жидкости) приводящее к переносу массы и теплоты. В реальных условиях конвекция всегда сопровождается теплопроводностью или молекулярным переносом теплоты. Совместный процесс переноса теплоты конвекцией и теплопроводностью называется конвективным теплообменом. Конвективный теплообмен между жидкостью и твердым телом часто называют теплоотдачей.

Расчеты процесса теплоотдачи производятся по закону английского математика и физика Исаака Ньютона (1643-1727 г.г.):

Q = α · F · (T_w – T_f), Вт

где α – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²·К); F – площадь теплообмена, (м²), T_w, T_f – температуры поверхности стенки и жидкости, К.

Коэффициент теплоотдачи α численно равен количеству теплоты (Дж), передаваемому от жидкости к твердой поверхности (или обратно) в единицу времени (с), через единицу поверхности (м²), при перепаде температур между стенкой и жидкостью в один градус, К.

3. Основные положения лучистого теплообмена.

Лучистый теплообмен – широко распространенный в теплоэнергетике вид передачи теплоты, при котором все тела излучают энергию друг на друга. В результате баланса теплоты, лучистая энергия всегда переносится от тел с более высокой температурой к телам с меньшей температурой.

Излучаемая в единицу времени энергия, которую можно характе­ризовать данным значением длины волн λ, называется потоком моно­хроматического излучения Q_λ. Поток излучения, соответствующий всему спектру, в пределах от нуля до бесконечности, называется инте­гральным, или полным лучистым потоком Q (Вт).

Интегральный или полный лучистый поток, излучаемый с едини­цы поверхности тела по всем направлениям полусферического про­странства, называется плотностью потока интегрального излучения, или излучательной способностью Е (Вт/м²).

Падающий на тело лучистый поток может быть разделен на три части: отраженную, поглощенную и пропущенную. Следовательно: Е₀ = Е_от + E_пог + Е_пр.

Для количественной оценки каж­дой части лучистой энергии вводят следующие понятия.

• Отношение отраженной энергии к энергии, падающей на по­верхность, называют отражательной способностью тела R = E_от / E_о.

• Отношение поглощенной энергии к падающей энергии называ­ют поглощательной способностью тела A = E_пог / E_о.

• Отношение энергии, прошедшей сквозь тело, к падающей энер­гии называют пропускательной способностью тела D = E_пр / E_о.

В соответствии с законом сохранения энергии: R + A + D = 1.