Богословская Г.П. Все лекции ТМО
.pdf
Основные понятия
теплопроводность – перенос тепла посредством передачи
энергии теплового движения частиц в среде;
в газах - диффузия молекул и атомов,
в жидкостях и твёрдых телах-неметаллах –упругие волны.
металлах - диффузия свободных электронов, роль упругих
колебаний кристаллической решётки второстепенна.
11
Основные понятия
Конвективный теплообмен – перенос тепла при
перемещении среды в пространстве.
При этом перенос теплоты осуществляется одновременно конвекцией и теплопроводностью.
12
Основные понятия
тепловое излучение – распространение энергии электромагнитными волнами
Электромагнитные волны - электромагнитные возмущения,
распространяющиеся в вакууме со скоростью света с=2,9979×108м/с.
При поглощении электромагнитных волн какими-либо другими телами они вновь превращаются в энергию теплового движения
молекул.
13
Аналогия трех механизмов переноса
1 – перенос тепла без участия среды (тепловое излучение в вакууме)
2 – перенос через неподвижную среду (теплопроводность)
3 – перенос при перемещении среды (конвективный теплообмен) 14
Основные понятия
1. Температурное поле
- совокупность значений температуры в точках исследуемой
области |
|
t(x, y, z) = 0 |
стационарное |
t(x, y, z, ) = 0
нестационарное
2. Изотермическая поверхность
- совокупность точек пространства, имеющих одинаковую температуру
3. Градиент температуры
.
gradt
→ t |
→ t |
→ t |
|||
= i |
x |
+ j |
y |
+ k |
z |
|
|
|
|||
i, j, k – единичные векторы
15
Основные понятия
4.Количество тепла Q, Вт
5.Плотность теплового потока
Q
q = |
dQ |
Вт/м2 |
|
|
dF |
|
q1 q2 |
q |
= q |
|
ql1 |
1 |
|
2 |
|
|
|
6. Линейный тепловой поток:
q = |
f (r) |
= ql 2
q |
|
= |
dQ |
, Вт/м |
|
l |
dl |
||||
|
|
|
|||
|
|
|
|
16
Основные понятия
7. Объемное тепловыделение,
интенсивность внутренних источников тепла
qv |
= |
|
Q |
= |
|
Q |
|
, Вт/м3 |
|
V |
|
d 2 |
|
||||||
|
|
|
|
l |
|
||||
|
|
|
|
|
|
4 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q = q V = q F = q |
l |
||||||||
|
|
|
v |
|
|
|
|
l |
|
d |
2 |
d l |
|
|
|
||
4 |
l |
• пропускается ток |
|
|
|
• изготовлен из |
|
|
|
|
|
|
|
|
делящегося материала |
17
Основные понятия
8. Закон Фурье (процесс теплопроводности):
q = −λ grad |
t |
cледствие 2-го начала термодинамики
(разные направления теплового потока |
|
и градиента t) |
grad t |
скорость распространения тепла бесконечна
Wq >>Wt |
Wq - скорость распространения тепла; |
|
Wt - скорость изменения температуры |
- коэффициент теплопроводности, Вт/(м К), физическое свойство среды, характеризует способность тела проводить тепло
18
Основные понятия
Атомный взрыв: Wq <<Wt
q = −λ |
t |
− |
|
|
λ |
|||
n |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
c W |
||||
Вт кг К м |
3 |
с |
2 |
|
|
|||
|
|
|
|
= с |
||||
м К Дж кг м |
2 |
|||||||
|
||||||||
|
|
|
||||||
|
q |
с, - теплоемкость среды, Дж/кгК; |
|
2 |
|
- плотность среды, кг/м3; |
|
- время |
|||
q |
|
||
|
|
||
|
r - |
время релаксации |
Если r <<1, то получаем классическое уравнение Фурье
a = |
λ |
|
c |
||
|
a = |
Вт |
|
кг К |
|
м3 |
= |
м2 |
|
м К |
Дж |
кг |
с |
|||||
|
|
|
|
температуропроводность, м2/с
скорость изменения температуры в теле
19
Основные понятия
Теплоотдача (конвективный теплообмен) - процесс переноса тепла от охлаждаемой поверхности к теплоносителю (жидкость или газ) или от теплоносителя к нагреваемой поверхности
9. Закон Ньютона - Рихмана (конвективный теплообмен):
Q = (t |
w |
− t |
f |
) F |
|
|
|
F - поверхность тела,
tw – температуры стенки, tf – температуры теплоносителя,
- коэффициент теплообмена (теплоотдачи), Вт/(м2.К)
= (W , t |
, , c |
, ,..., |
, |
,...) |
f |
p |
1 |
2 |
|
20