Контрольные вопросы

1. Назовите основные виды теплообмена.

2. Что называется теплопроводностью?

3. Что называется конвекцией?

4. Что такое конвективный теплообмен или теплоотдача?

5. Сформулируйте понятие «тепловое излучение».

6. Что такое сложный теплообмен?

7. Что называется теплопередачей?

8. Сформулируйте понятие «тепломассообмен».

2. Основные положения теплопроводности

Если в твердом теле, неподвижной жидкости или газе температура в различных точках неодинакова, то, как показывает опыт, тепло самопроизвольно переносится от участков тела с более высокой температурой к участкам с более низкой температурой. Такой процесс называется теплопроводностью. Внутренний механизм явления теплопроводности объясняется на основе молекулярно-кинетических представлений; перенос энергии при этом осуществляется вследствие теплового движения и энергетического взаимодействия между микрочастицами (молекулами, атомами, электронами), из которых состоит данное тело.

Процесс теплопроводности неразрывно связан с распределением температуры внутри тела. Поэтому при его изучении прежде всего необходимо установить понятия температурного поля и градиента температуры.

2.1. Температурное поле

Температура, как известно, характеризует тепловое состояние тела и определяет степень его нагретости. Так как тепловое состояние отдельных частей тела в процессе теплопроводности различно, то в общем случае температура t является функцией координат х, у, z и времени τ, т. е.

(2.1)

t=f(x,y,z,τ).

Совокупность значений температуры для всех точек пространства в данный момент времени называется температурным полем. Уравнение (2.1) является математической формулировкой такого поля. При этом если температура меняется во времени, поле называется неустановившимся (нестационарным), а если не меняется – установившимся (стационарным). Температура может быть функцией одной, двух и трёх координат. Соответственно этому и температурное поле называется одно-, двух- и трехмерным. Наиболее простой вид имеет уравнение одномерного стационарного температурного поля

(2.2)

t=t(x).

2.2 Градиент температур

При любом температурном поле в теле всегда имеются точки с одинаковой температурой. Геометрическое место таких точек образует изотермическую поверхность. Так как в одной и той же точке пространства одновременно не может быть двух различных температур, то изотермические поверхности друг с другом не пересекаются; все они или замыкаются на себя, или кончаются на границах тела. Следовательно, изменение температуры в теле наблюдается лишь в направлениях, пере­секающих изотермические поверхности (например, направление х, (рис. 2.1). При этом наиболее резкое изменение температуры получается в направлении нормали n к изотермической поверхности. Предел отношения изменения температуры Δt к расстоянию между изотермами по нормали Δn называется градиентом температур и обозначается одним из следующих символов:

(2.3)

Температурный градиент является вектором, направленным по нормали к изотермической поверхности в сторону возрастания температуры, его размерность °С/м.

Рис. 2.1. К определению температурного градиента