1-Teploperedacha
.pdf
qТ
dT
dq
Закон Фурье в векторной форме
Плотность теплового потока, переданного теплопроводностью,
прямо пропорциональна
коэффициенту теплопроводности материала λ и градиенту
температур dT/dx
Тепловой поток Q, плотность теплового потока q - величины
векторные, всегда
перпендикулярны к изотерме и
направлены противоположно вектору нормали к изотерме
Знак "-" - автоматически учитывает направление передачи
тепла, согласно второму закону термодинамики
Коэффициент теплопроводности изменяется в пределах, Вт/(м°С) |
λ ≈ 0 (вакуум)...0,024 (воздух)...418-430 (серебро)...1001-2600 (алмаз)
При λ < 0,25 Вт/(м°С) материал называется теплоизоляционным.
2. Конвекция |
Конвективный теплообмен (конвекция) – передача теплоты внутри газа или жидкости, или между твердым телом и обмывающей его жидкостью или газа. Перенос теплоты осуществляется путем перемешивания самого вещества (как вынужденно, так и самопроизвольно).
Тs Тg
qк
Для возникновения конвекции необходима разность температур или скоростей.
Виды конвекции:
•свободная (естественная) - при свободном движении среды за счет разности температур поверхности и газа;
•вынужденная - за счет влияния внешних сил (работы вентиляторов, ветра).
В строительных конструкциях |
конвекцией передается теплота:
-внутри помещений;
-от комнатного воздуха к стене, от наружной стены - к наружному воздуху;
-в воздушных прослойках (внутри
стены, между стеклами и др.);
- от жидкости-теплоносителя к батарее отопления и от батареи - к воздуху комнаты.
Конвективный теплообмен у поверхности ограждения |
пограничный слой
Тs Тg
Тs > Tg
qк
Пограничный слой - пристеночный
слой жидкости или газа, в котором происходят основные процессы перемешивания (вихреобразования), сопровождаемые резким изменением температуры.
Величина плотности теплового потока, передаваемого конвекцией от среды к поверхности или наоборот, определяется уравнением Ньютона-Рихмана
δ - толщина пограничного |
|
qк (Ts Tg ), |
|
слоя; 1 - зона ламинарного |
|
|
|
течения воздуха; 2 - зона |
где α - коэффициент конвективной |
||
переходного течения воздуха; |
|||
3 - зона турбулентного |
теплоотдачи (теплообмена) на |
||
течения воздуха |
поверхности стенки, Вт/(м2·°С) |
||
Коэффициент конвективной теплоотдачи |
- это мощность теплового потока с 1 м2 поверхности при температурном перепаде в 1°С.
- величина крайне непостоянная!
Зависит: • газ или жидкость;
•режим конвекции (своб./вынужд./кипение);
•скорость обдува;
•расположение/наклон стенки;
•размеры и форма стенки;
•ребристость и шероховатость стенки.
Не зависит: • материал стенки.
Газ, = 6-40 (своб. конв.)...12-120 (вын. конв.) Вт/(м2 °С);
Вода, = 110-1100 (своб.)...500-11000 (напор)...2200-11000 (кипяток)
Теплопередача через ограждение |
|
теплопроводность |
На внутренней |
|
поверхности ограждения |
|
|
q |
|
|
обычно наблюдается |
|
|
конвекция |
|
конвекция |
естественная конвекция. |
qк в(tв в )
tв
На наружной τв поверхности ограждения
- вынужденная конвекция (из-за ветра).
τн |
|
qк н( н tн ) |
tн |
|
|
|
|
|
в |
( int ), |
н ( ext ) - коэффициенты |
|
|
конвективной теплоотдачи |
|
|
на внутренней и наружной |
|
|
поверхности ограждения |
3. Излучение |
Излучение (радиационный теплообмен, лучистый теплообмен) - превращение внутренней энергии вещества в энергию излучения (энергию фотонов, или электромагнитных волн), перенос этого излучения в пространстве через лучепрозрачную среду и его поглощение другим веществом.
При температуре до 1500 °С основная часть энергии соответствует инфракрасному и частично световому излучению (λ=0,7÷50 мкм).
Законы излучения |
1. Плотность теплового потока, передаваемого излучением, определяется законом Стефана-Больцмана
qи 0 T4
Здесь ε = 0...1,0 – эффективная степень черноты тела =
коэффициенту поглощения поверхности тела; σ0 = 5,67×10-8 Вт/(м2К4) – постоянная Больцмана - константа излучения абсолютно черного тела;
Т = t °C + 273,15 - термодинамическая температура, K.
|
|
|
|
|
|
Для практических расчетов |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
гдеС0 = 5,67 Вт/(м2К4) - |
|
|
|
|
|
Т |
|
4 |
|
q |
и |
С |
0 |
|
|
|
, |
коэффициент излучения абсолютно |
|
||||||||
|
|
100 |
|
|
черного тела |
|||
При 0 < ε < 1,0 – тело называется серым.
Материал |
Степень черноты ε |
Медь полированная |
0,018…0,023 |
Алюминий сильно |
0,20...0,31 |
окисленный |
|
Кирпич |
0,85…0,90 |
Железо окисленное |
0,78…0,92 |
Железо |
0,25…0,30 |
оцинкованное |
|
Стекло |
0,85...0,95 |
Вода |
0,95...0,963 |
Мрамор белый |
0,95 |
Ламповая сажа |
0,96 |
|
|