1.4 Визначення теплозахисних властивостей зовнішніх конструкцій з двовимірним температурним полем

Складніше розрахувати передачу тепла через захисні шари неоднорі­дною конструкцією поверхні, яка перпендикулярна до напрямку теплового потоку. В цьому випадку порушується одновимірність температурного по­ля, і для точного розв'язання необхідний розрахунок двовимірного темпе­ратурного поля. Якщо поверхню захисного шару розбити на окремі площі, в межах яких конструкція однорідна в напрямку теплового потоку, і умов­но вважати, що в межах такої площі зберігається одновимірність темпера­турного поля, то для теплових розрахунків можна користуватися форму­лами (1.11).

Термічний опір товщі захисного шару визначається за формулою

; ; (1.17)

де F _п - окремі площі захисного шару, м² , в межах яких конструкція однорі­дна в напрямку, перпендикулярному тепловому потоку;

R_п - термічний опір товщі захисного шару в межах цих площин, (°С-м² )/Вт.

Термічні опори окремих ділянок визначаються так:

а) однорідних:

R = / , (1.18)

де - товщина шару, м;

- коефіцієнт теплопровідності матеріалу шару, Вт/(м² °С).

б) неоднорідних:

R_k= R₁ + R₂ + R_з + • •• + R_n , (1.19)

де R₁, R₂, R₃, ..., R_п - термічні опори окремих шарів захисних конструк­цій, м² °С/Вт.

Площинами, які перпендикулярні до напрямку теплового потоку, умовно розділяють захисну конструкцію на ділянки, які можуть складатись з одного чи декількох шарів.

Середній термічний опір R_┴ захисної конструкції при розподілі її площинами на шари, які перпендикулярні до теплового потоку, визнача­ється як сума термічних опорів окремих шарів.

Повинна виконуватись залежність:

R_|| > R_┴. (1.20)

Якщо конструкція захисного шару складається з неоднорідних мате­ріалів як в паралельному ||, так і в перпендикулярному _┴ напрямках по від­ношенню до напрямку теплового потоку, а товщі шарів і сторони окремих площ мають розміри одного порядку, то користуються умовним розрахун­ковим методом.

Визначають опір теплопровідності товщі захисного шару за формулою (1.11) і позначають цю величину R_т||, що підкреслює про визначення опору в результаті розбивання захисного шару перерізами, які паралельні тепловому потоку. Далі розбивають захисний шар на характерні шари площинами, які перпендикулярні напрямку теплового потоку. Визначають термічні опори цих шарів, як таких що розташовані у напрямку теплового потоку, і додають їх у відповідності з формулою (1.19). Отриманий таким чином термічний опір товщини захисного шару позначають R_т1.

Ступінь розбіжності R|| та R_┴ залежить від форми та розташування різ­них вкраплень в конструкції та від співвідношення коефіцієнтів теплопровід­ності основного матеріалу захисної конструкції й матеріалу вкраплень.

Ступінь розбіжності визначається як:

= 100% < 25%. (1.21)

Середній термічний опір неоднорідної захисної конструкції:

R_сер = , (1.22)

де R_|| - опір теплопровідності, який визначено в результаті розбивання за­хисного шару на шари перерізами, паралельними до теплового потоку;

R_┴ - опір теплопровідності, який визначено в результаті розбивання захи­сного шару на шари перерізами, перпендикулярними напрямку теплового по­току.