1. Назовите термодинамические параметры системы.

Состояние системы в каждый момент времени характеризуется ее термодинамическими параметрами. Для равновесной системы параметры одинаковы в любой точке. В неравновесной – в каждой точке свои параметры.

Термодинамические параметры не зависят от пути, по которому система перешла в данное состояние. Они поддаются экспериментальному определению.

Параметры, зависящие от массы системы – экстенсивные, обозначаются заглавными буквами: масса (М, кг), объем (V, м³), внутренняя энергия системы (U, Дж), теплоемкость (С, Дж/К, Дж/град), энтальпия (I, Дж).

Параметры не зависящие от массы, или размеров системы – интенсивные, обозначаются строчными буквами: давление (р, Па), температура (t, ^оС), плотность ( , кг/м³), удельный объем (v=1/ , м³/кг), удельная теплоемкость (с, Дж/кгК), удельная энтальпия (i, Дж/кг), удельная внутренняя энергия (U, Дж/кг), удельная теплота (Дж/кг).

2. Что такое равновесные и неравновесные термодинамические системы?

Термодинамическая система – совокупность тел, обменивающихся между собой и окружающей средой энергией и веществом.

Если параметры системы во всех точках одинаковы, т.е. нет потоков массы и тепла внутри системы, то система называется равновесной. Если отдельные части системы имеют разные параметры, то система не равновесная. В неравновесной системе существуют потоки массы и тепла, которые стремятся выровнять эти параметры.

3. Сформулируйте первый закон термодинамики.

Связь между 3мя видами энергии есть I закон термодинамики (связь между работой, внутренней энергией и теплотой).

- в дифференциальной форме;

- в интегральной форме;

Q – теплота, U – внутренняя энергия, А – механическая работа.

- для кг вещества.

Закон сохранения для замкнутой системы:

Теплота, сообщенная системе, расходуется ей на изменение внутренней энергии и на работу системы против внешних сил.

Если А>0, то система является потребителем, если А<0, то внешняя среда сообщает работу внутри системы (холодильника).

4. Сформулируйте второй закон термодинамики.

II закон термодинамики является дополнением к I и определяет направление распределения теплоты в систему.

Теплота не может перейти от холодного тела к горячему без затраты внутренней энергии. Переход теплоты от холодного тела к горячему невозможно без каких-либо изменений во внешней среде.

Для совершения механической работы необходим температурный переход.

Нельзя осуществить тепловой двигатель у которого есть только нагреватель, но нет холодильника.

Вечный двигатель II рода невозможен.

В 1932 г. Больцман это доказал.

5. Что такое энтальпия? Для чего используется это понятие?

Энтальпия – это сумма внутренней энергии и максимально возможной работы

I = U + pV;

Теплота сообщенная системе расходуется на изменение энтальпии системы

;

I = C_pT;

- для производного процесса.

6. Назовите основные механизмы передачи теплоты в газах, жидкостях и твердых телах.

1)Теплопроводность – передача теплоты внутри твердого тела между двумя соприкасающимися твердыми телами.

Теплопроводность осуществляется за счет изменения эл. Теплового движения молекул тела при непосредственном контакте.

2)Конвективный теплообмен.

Конвекция – механизм передачи теплоты от твердого тела к жидкости или газу или наоборот – и внутри жидкости и газа. Теплота передается за счет механического перемешивания.

3) Радиационный теплообмен.

Излучение – передача теплоты от сильно нагретого тела через прозрачную среду путем излучения электромагнитных волн.

7. Напишите уравнение закона Фурье. К какому этот закон относится?

О тносится к теплопроводности. , Вт.

Q – тепловой поток – мощность передаваемой теплоты – количество теплоты за единицу времени.

Плотность теплового потока:

, Вт/м².

, =Т₁-Т₂ – температурный перепад, T₁>T₂. – закон теплопроводности Фурье в интегральной форме.

- в дифференциальной форме.

- в векторной форме.

8. Напишите уравнение закона Нютона-Рихмана. К какому процессу этот закон относится?

Относится к конвекции.

, - температура за пределами слоя. – закон Нютона-Рихмана в интегральной форме.

- в дифференциальной форме, в пределах пограничного слоя.

, - коэффициент конвективной теплопередачи – количество тепла, отдаваемого с одного квадратного метра поверхности за одну секунду, при =1^оС (между стеной и воздухом).

9. Напишите уравнение закона Стефана-Больцмана. К какому процессу этот закон относится?

Относится к излучению.

- закон Стефана-Больцмана.

= 5,67^.10^-8 Вт/м²К⁴ – постоянная Больцмана.

= 0-1 – степень черноты тела, если =0 – абсолютно белое тело, оно не излучает; если =1 – абсолютно черное.

- коэффициент поглощения материала.

Т – термодинамическая температура в К.

10. Напишите дифференциальное уравнение теплопроводности. Какие величины туда входят?

Е₁=Е₂+Е_рас=const (1)

1. продифференцируем по х

,

;

- дифференциальное уравнение теплопроводности Фурье для 1-мерной задачи.

Для 3-х мерной задачи: скорость изменения температуры в точке для плоского ограждения прямо-пропорциональна коэффициенту температуропроводности материала и производной от поперечного градиента температуры по координате х.

.

11. Что такое коэффициент температуропроводности и когда он используется?

Коэффициент температуропроводности – отношение коэффициента теплопроводности к произведению удельной теплоемкости и плотности. Используется для решений уравнений теплопроводности.

, м²/с.

12. Напишите дифференциальное уравнение теплопроводности для стационарного процесса. Какие величины туда входят?

Если температура в точке при прохождении теплового потока не меняется, то =0.

дифференциальное уравнение теплопроводности Фурье для стационарной задачи.

Если температура установилась, то распределение температуры в ограждении не зависит от свойств материала.

13. Что такое начальные и граничные условия при решении задач теплопередачи?

Начальные условия – распределение температур в нулевой момент времени (только для нестационарных задач).

Граничные условия – условия на границе тел.

Условия 1го рода (ГУ-1) – температура на границе тела: Т_s=f(x,y,z), если задача не стационарная, то Т_s=f(x,y,z, T).

Условия 2го рода (ГУ-2) – задано распределение тепловых потоков для каждой точки поверхности тела.

;

Условия 3го рода (ГУ-3) – задается закон конвективного обмена.

.

Условия 4го рода (ГУ-4) – задаются при контакте двух твердых тел, или конвективном теплообмене с окружающей средой.

.

14. Особенности теплофизических характеристик строительных материалов.

Используются:

- коэффициент теплопроводности, Вт/мК;

с – удельная теплоемкость, Дж/кгК;

- плотность, кг/м³;

, м²/с – коэффициент температуропроводности материала.

Для строительных материалов с и постоянные величины, для сухих материалов.

При увлажнении: с = с₁К₁ + с₂К₂, = ₁К₁+ ₂К₂; К₁+К₂=1 – доля масс каждого из компонентов к суммарной массе образца.

.

для пористых материалов зависит только от температуры.

Д ля пористых материалов коэффициент теплопроводности зависит: 1. от плотности; 2. от температуры; 3. от влажности материала; 4. Чем заполнены поры.

зависит от времени конца строительства

15. Напишите уравнение теплового потока через плоскую стенку. Какие величины туда входят?

для слоя dx

, ,

Интегрируем:

;

ГУ-1:

х=с, Т=Т₁,

х= , Т=Т_2.

, с=Т₁, ,

.

, где q – плотность теплового потока, - температурный перепад, - термическое сопротивление.

16. Что такое термическое сопротивление и тепловая проводимость?

Термическое сопротивление: , ;

Тепловая проводимость стены: .

17. Электротепловая аналогия – подобие процессов распределения электрического тока и тепловых потоков, а также законов их распределения, уравнений, методов решения.

Из курса физики «электрический ток»:

Рис. 1 Рис. 2

Уравнение температурной кривой для

однослойной стены

2-ая форма записи уравнения

- градиент температуры

Уравнение только для плоской стены Рис. 3

18. Уравнение теплового потока через многослойное ограждение

- температура воздуха в помещении

- температура снаружи

Тепловой пограничный слой

Рис. 4

- коэффициенты конвективной теплоотдачи на внутренней и наружной поверхности стены.

- коэффициенты теплопроводности слоев.

+

=

- разность температуры внутреннего и наружного воздуха, ^оС.

_в - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, принимаемый по табл. 4* СНиП «Строительная Теплотехника».

_н — коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной поверхности ограждающей конструкции. Вт/(м • С), принимаемый по табл. 6* СНиП «Строительная Теплотехника».

 — толщина слоя конструктивного слоя ограждения, м;

 — расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м • С), принимаемый по прил. 3 СНиП «Строительная Теплотехника».

18. Уравнение распределения температуры в плоском ограждении

T₁>T₂

Рис. 5

Закон теплопроводности Фурье для стационарной одномерной задачи

- диф. уравнение Фурье

Интегрируем:

- из граничных условий

Граничное условие 1: x=0 T=T₁

x=δ T=T₂

подставляем при x=0

при x=δ

уравнение температурной кривой для однослойной стены (распределение температур вдоль координатной оси)

1 особенность: температура линейна относительно x

2 особенность: распределение температур не зависит от материала

3 особенность: никаких характеристик теплового потока он не дает

20. - коэффициенты конвективной теплоотдачи на внутренней и наружной поверхности стены. Это непостоянные величины.

Зависят от скорости обдува стены воздухом. Для расчета α_в и α_н считаются нормативной величиной и берутся из СНиП «Строительная Теплотехника». Характер обдува учитывается поправочным коэффициентом.

_в - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, принимаемый по табл. 4 ( СНиП II-3-79^*)

_н — коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной поверхности ограждающей конструкции. Вт/(м • С), принимаемый по табл. 6 (СНиП II-3-79^*).

(коэффициент теплопроводности) – величина, которая зависит от материала, температуры и пористости тела. (Ag, Cu – самый большой ).

Самый электропроводный самый теплопроводный.

Ag

Cu

Сталь

У нержавеющих металлов меньше.

Кирпич

Бетон

Дерево

Вода

Лед

Воздух

Материалы, у которых < 0,25 Вт/мК называются теплоизоляторами или теплоизоляционными материалами. Самый эффективный – воздух.

принимается по приложению 3 СНиП II-3-79^*

18. основной физической величиной, характеризующей теплозащитные свойства наружных ограждающих конструкций зданий является общее сопротивление теплопередаче R_o [м²*С/Вт (м²*ч*^оС/ккал)].

Согласно закону Фурье для установившегося потока тепла

Общее сопротивление теплопередаче представляет собой сумму сопротивлений потоку тепла:

Где - сопротивление тепловосприятию (теплообмену) при передаче тепла от воздуха помещения с температурой к прилегающей поверхности стены с температурой ;

- термическое сопротивление, где - толщина конструктивного слоя ограждения, - коэффициент теплопроводности материала этого слоя;

- сопротивление теплоотдаче (теплообмену) при передаче тепла от наружной поверхности стены с температурой к наружному воздуху с температурой .

Для стен многослойной конструкции термическое сопротивление определяют по формуле:

где

Следовательно

- сумма термических сопротивлений воздушных прослоек.

- термическое сопротивление теплопередачи.

- сумма термических сопротивлений слоев.

Термическое сопротивление ограждения равно сумме сопротивлений теплопередачи 1/α слоев и δ/λ воздушных прослоек.

2 2.

Рис. 6

(1)

,

Для однослойной стены сохраняются те же уравнения, что и для однослойной, но термическое сопротивление равно сумме термических сопротивлений отдельных слоев.