1-Teploperedacha
.pdf
2. Второй закон (начало) термодинамики – определяет направление передачи тепла в ТД системе.
Формулировки:
Теплота может перейти от холодного тела к горячему только при затрате внешней энергии.
Теплота не может переходить от холодного тела к горячему без какого-либо изменения во внешней среде.
Природа стремится перейти от менее вероятного состояния к более вероятному (Больцман).
3.Третий закон (начало) термодинамики утверждает, что абсолютный нуль температуры недостижим (Т ≥ 0 К) .
Математические выражения для |
внутренней энергии, теплоты, работы |
1. Работа |
Элементарная работа |
|
|
A p dV M p dv; |
|
|
a p dv |
- для 1 кг |
Работа при изменении объема
V2
A p dV
V1
Здесь |
М - масса ТД системы, кг; |
V - объем системы, м3; |
|
р - давление, Па |
v - удельный объем, |
|
|
м3/кг |
2. Теплота |
Q C dT; |
- для системы; |
q c dT - для 1 кг
Виды теплоемкости:
а) С– теплоемкость всей системы целиком– количество теплоты, которую надо сообщить системе для повышения ее температуры на 1 К [Дж/К] ;
б) с - удельная теплоемкость [Дж/кг*К] , |
|
с = С/М – количество теплоты для нагрева |
1 кг |
вещества на 1К; |
|
в) сμ = с*μ – молярная теплоемкость [Дж/кмоль*К] –
количество теплоты для нагрева 1 кмоля вещества на 1 К Теплоемкость вещества величина не постоянная, она зависит
от вида процесса, температуры и т.д., поэтому под теплоемкостью всегда понимают среднюю теплоемкость для заданного диапазона температур.
С = q/(Т2-Т1) - средняя теплоемкость для данного диапазона температур.
3. |
Внутренняя энергия |
Из первого закона термодинамики
Q dU A, |
где A M p dV; |
При V const |
dV 0. |
Тогда δQ = dU = CV*dT ,
где CV – теплоемкость газа при V = const (изохорная теплоемкость).
Для 1 кг вещества
δq = du = сv*dT .
4. Энтальпия (теплосодержание) – сумма |
внутренней энергии и максимальной возможной |
работы
Q dU A, где |
A p dV; |
Q dU p dV .
При p const (изобарный процесс)
Q d(U p V ) dH.
Здесь Н = U + р*V [Дж] – энтальпия
h = u + p*v [Дж/кг] – удельная энтальпия dh = cp*dT , где cp – теплоемкость системы
при р = const (изобарная теплоемкость).
В изобарном процессе |
Q H2 |
H1 |
Cp(T2 |
T1 ); |
p2
в произвольном процессе Q H2 H1 V dp
p1
Теплота, сообщенная термодинамической системе, идет на изменение энтальпии и на работу системы против внешних сил.
Энтальпия – один из наиболее общих термодинамических параметров системы .
Многие уравнения строительной физики, записанные через изменение энтальпии, резко упрощаются.
Теплопередача в строительных |
конструкциях |
Теплопередача – процесс распространения теплоты от более нагретой точки к менее нагретой.
Существует три способа теплопередачи:
1. Теплопроводность (кондуктивный теплообмен);
2. Конвекция (конвективный теплообмен);
3. Излучение (радиационный теплообмен).
1. Теплопроводность |
Теплопроводность – процесс передачи теплоты внутри твердого тела или при контакте двух твердых тел посредством изменения кинетической энергии движущихся молекул (которая определяет температуру тела).
В строительных конструкциях теплопроводностью передается теплота:
-внутри массивной части ограждения (стена, перекрытие, стекла и др.);
-в малой степени - через воздух (2...3%).
Профиль
температуры
Т1 > T2
δ
Количество теплоты, переданной теплопроводностью, Дж :
EТ (T1 T2 )Fст
Здесь Т1 - Т2 - разность температур (температурный напор), °С;
δ - толщина стенки, м;
Fст - площадь стенки, м2;
τ - время теплопередачи, с;
λ - коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м °С).
Q – тепловой поток – количество теплоты, передаваемой за единицу времени через всю стенку (мощность источника тепла) [Вт]
Q EТ (T1 T2 )Fст |
||
Т |
|
|
q – плотность теплового потока – количество теплоты, передаваемой через 1м2 поверхности за единицу времени
[Вт/м2] .
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Закон Фурье: |
q |
|
QТ |
|
|
|
EТ |
|
(T1 T2 ) |
; |
- в интегральной |
|
F |
|
|
F |
|
|||||||
Т |
|
|
|
|
|
|
форме; |
||||
|
|
ст |
|
|
|
ст |
|
|
|
||
qТ |
|
dT |
|
|
|
|
|
- в дифференциальной |
|||
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
dx |
|
|
|
|
|
форме |
|