Теплопроводность.

Распространение тепла теплопроводностью происходит при неравенстве температур внутри рассматриваемого тела (среды). Температурное поле в общем случае определяется функциональной зависимостью: t=f(x,y,z,τ)

Если температура не изменяется во времени, то температурное поле называется стационарным, если температура изменяется во времени, то оно называется нестационарным (неустановившемся).

Геометрическое место точек, имеющих одинаковую температуру, называется изотермической поверхностью.

Предел отношения изменения температуры ∆t к расстоянию между изотермическими поверхностями по нормали ∆n называется температурным градиентом. Grad t =∂t/∂n

Закон Фурье.

Количество тепла, переданного теплопроводностью, пропорционально градиенту температуры, времени и площади сечения, перпендикулярного направлению теплового потока

dQ=-λ(∂t/∂n)dFdτ

λ-коэффициент теплопроводности, он характеризует способность тел проводить тепло.

Коэффициент теплопроводности показывает, какое количество тепла (в ккал) проходит вследствие теплопроводности через 1м² поверхности в течение 1 ч при разности температур 1 град приходящейся на 1м длины нормали к изотермической поверхности. Он зависит от природы и агрегатного состояния веществ.

Дифференциальное уравнение теплопроводности Фурье:

Конвективный теплообмен.

Под конвективным теплообменом понимают процесс распространения тепла в жидкости(газе) от поверхности твердого тела или к поверхности его одновременно конвекцией и теплопроводностью.

Такой случай распространения тепла называют также теплоотдачей. При теплоотдаче тепло распространяется от поверхности твердого тела к жидкости через пограничный слой за счет теплопроводности и от пограничного слоя в массу(ядро) жидкости преимущественно конвекцией.

Свободное движение жидкости, или естественная конвекция, возникает вследствие разности плотностей нагретых и холодных частиц жидкости и определяется физическими свойствами жидкости, ее объемом и разностями температур нагретых и холодных частиц.

Вынужденное движение жидкости возникает под действием какого-либо возбудителя(насоса, вентилятора) и определяется физическим свойствами жидкости, ее скоростью, формой и размерами канала, в котором осуществляется движение.

При турбулентном движении жидкости теплообмен происходит значительно интенсивнее, чем при ламинарном.

Закон Ньютона. Основным законом теплоотдачи является закон Ньютона, согласно которому количество тепла, переданное от теплообменной поверхности к окружающей среде или, наоборот, от окружающей среды к теплообменной поверхности, прямо пропорционально поверхности теплообмена, разности температур поверхности и окружающей среды и времени, в течение которого осуществляется теплообмен:

dQ=α(tw-tf)dFdτ

α-коэффициент пропорциональности, который называют коэффициентом теплоотдачи

Движущей силой тепловых процессов является разность температур сред, при наличии которой тепло распространяется от среды с большей температурой к среде с меньшей температурой.