Лекция 1

1. Кіріспе. Жылумаңызаламасу пәні

2. Температуралық өріс Температуралық градиент

3. Жылу ағыны. Фурье заңы. Жылуөткізгіштік коэффициенті

1. Жылумаңызаламасу курсы жылуэнергетикалық мамандықтары бойынша базалық пән болып табылады. Оқытылатын курстың көлемі мен деңгейі арнайы пәндер қатарын жете меңгеріп, негізгі машықтану есептерін шешуге және жылумассаалмасу теориясы бойынша жаңа ақпаратты қабылдауға мүмкіндік береді.

Жылумаңызаламасукурсының студентерінің меңгеруі кезінде тек қана теория ғана емес, сонымен қатар жылуалмасудың негізгі үрдістерінің есептеу әдісін де білу керек.

Алайда Жылумаңызаламасу курсын қарапайым есептік формулалар жинағы түрінде түсіну қате болар. Қазіргі уақытта тәжірбиеде-инженерден, жаңа және әр түрлі жылуалмасу есептерін шешу мен шығармашылық түрде негізгі заңдары мен жылуберу әдістерін қолдана білуді талап етеді.

Массаалмасу теориясының қолданбалы түрде қолданылуы жылдам есептейтін компьютерлік технологияның инженерлік практикаға еңгізілуімен түсіндіріледі. Жақында тек мамандар ғана есептейтін жылуалмасу теориясы аумағындағы көптеген есептерді, енді өндіріс шартарында есептеуге болады. Мұның өзінде де инженер қарастырылып отырылған үрдістердің физикалық ерекшеліктерін терең түсініп және зертеліп отырылған құбылысты математикалқ түрде сипаттай алуы тиіс.

2. Физикалық құбылыстарды оқудың әдістемесі

Қазіргі заман физикасының негізінде жылуөткізгіштікті феноменологиялық және статикалық әдістің негізінде зертеп және сипаттауға болады.

Заттың микроскопиялық құрылымын ескермей, оны жалпы орта(континиум) ретінде қарастыратын үрдісті сипаттау әдісі феноменологиялық деп аталады.

Феноменологиялық әдіс сипатталып отырылған құбылысты толығымен қарастырып, оны параметрлері арасында жалпы қатынасты орнатуға мүмкіндік береді. Феноменологиялық заңдар жалпы сипатқа ие, ал нақты физикалық ортаның ролі тәжірбиеден анықталатын коэффициенттермен есептеледі.

Физикалық құбылыстарды зертеудің тағы бір жолы, заттың ішкі құрылымын зертеуге негізделген. Орта үлкен молекула, иондар мен электрондардың үлкен сандарынан тұратын және өзара әсерлесу заңдары мен белгілі қасиеттері бар физикалық жүйені сипаттайды. Ортаның берілген микроскопиялық қасиеттері бойынша макроскопиялық сипаттаманы алудың негізігі есебі мен әдісі-статикалық деп атады.

Бірінші әдіс сияқты бұл әдістің ерекшеліктері мен кемшіліктері бар.

Феноменеологиялық әдіс бірден үрдісті сипаттайтын параметрлердің арасындағы жалпы байланысты орнатып, экспериментальды берілгендерді қолданып, әдістің дәлдігін анықтауға мүмкіндік береді. Құбылысты зерттеу кезіндегі осы фенономенологиялықтың басты ерекшелігі болып табылады.

Статикалық әдіс- кез келген заттың макроскопиялық қасиеттері оның ішкі құрылымының ерекшеліктерімен, оны құрастырып отырған микроскопиялық бөлшектердің(молекулалардың, атомдардың және т.б.) өзара әсерлесуімен анықталады. Статикалық физикада заттың барлық макроскопиялық қасиеттері сол затты құрастырып отырған барлық микробөлшектердің орташаланған, яғни статикалық қасиеттерімен анықталады.

Жылуөткізгіштік үрдістерін зерттеу негізіне феноменологиялық әдіс жатқызылады. Жылуөткізгіштіктің аналитикалық теориясы заттың молекулярлық құрылымын ескермей затты тұтас орта деп қарастырады.

Температуралық өріс

Кез келген физикалық құбылыс, сол құбылыстың негізгі сипаттамасы өзгеруі арқылы байқалады. Қарастырыл отырған жылу өткізгіштік үрдісі тек жүйенің әр нүктелерінде температура бірдей болмаса ғана жүреді. Жалпы жағдайда температура уақыт аралығында ғана өзгеруі мүмкін. Егер жылу өткізгіштікті декарттық х, у, z координаталар жүйесінде қарастырсақ, онда температураның кеңістікте және уақыт аралығында өзгеруін мына түрде көрсетуге болады:

t = f(x, у, z, ) (1.1)

(1.1) теңдеу температуралық өрістің математикалық өрнегі болып табылады. Сонымен температуралық өріс дегеніміз – кез келген уақыт мезгіліндегі зерттеп отырған ортаның барлық нүктелеріндегі температура мәндерінің жиынтығы.

Егер жылулық тәртіп орнатылған болса, онда температура уақыт өткен сайын өрістің әр нүктесінде өзгеріссіз қалады және бұл температуралық өріс стационарлық деп аталады. Бұл жағдайда температура тек координатаның функциясы болып табылады:

t=f₁(x, у,z);. (1.2)

(1.1) және (1.2) теңдеулерге сәйкес келетін, температуралық өріс, кеңістікте таралған болып табылады, себебі температура үш координатаның функциясы болып табылады.

t=f₂(x, у,);. (1.3)

Егер температура бір координатаның функциясы болып табылса, онда өріс біртекті болады:

t=f₃(x,);. (1.4)

Біртекті стационарлық температуралық өрістің қарапайым түрі келесі түрде болады:

t=f₄(x,);;(1.5)

Температуралық градиент

Дененің температуралары бір уақыт мезгіліндегі бірдей нүктелерді қоссақ, изотермиялық деген бет аламыз. Ол бетті кейде бірдей деңгей беті деп те атайды.

Егер изотермиялық беттерді басқа бір бетпен көлденең қисақ, қию бетінде изотерма іздері (сызықтары) пайда болады(1.1-сурет).