Глава № 1.Общие понятия и определения.

§1. Теплообмен.

Под теплообменом понимают процесс переноса тепла в пространстве без каких-либо энергетических преобразований.

В целях изучения процессов теплообмена его условно подразделяют на 3 вида.

Виды теплообмена:

1)Теплопроводность. Явление теплопроводности состоит в переносе энергии (тепла) путём соударения элементарных частиц. В чистом виде явление теплопроводности встречается лишь в твёрдых телах.

2)Конвекция. Явление конвекции состоит в переносе тепла вместе с перемещающимися в пространстве массами вещества. Встречается в жидких газообразных и сыпучих материалах. Этому явлению всегда сопутствует теплопроводность. Совместное действие конвекции и теплопроводности называют конвективным теплообменом.

3)Тепловое излучение. Явление теплового излучения возникает на поверхности или внутри тел, и состоит в том, что часть внутренней энергии тела преобразуется в энергию электромагнитных волн и в таком виде перемещается в пространстве.

В чистом виде эти виды теплообмена встречаются очень редко.

Суммарное действие различных видов теплообмена рассматриваются как один сложный процесс. При изучении процессов теплообмена все пространство делят на основной объект исследования (тело или система тел) и на окружающую среду.

Поверхность, которая отделяет тело от окружающей среды, называют

ограничивающей.

Теплообмен между поверхностью тела и окружающей средой называется теплоотдачей.

Процесс теплообмена между средами, разделёнными промежуточным телом называют процессом теплопередачи.

§2. Температурное поле и температурный градиент.

Совокупность значений температур во всех точках исследуемого пространства в каждый фиксированный момент времени называется температурным полем.

T = f(x,y,z,τ) (1)

x,y,z - координаты

τ – время

Если температура изменяется со временем, то поле называют неустановившимся или нестационарным.

dT/dτ≠0

Если температура не меняется со временем, поле называют установившимся или стационарным.

dT/dτ=0

Точка может иметь три, две или одну координаты. Значит и температурное поле называется трёх, двух или одномерным температурным полем.

Формула (1) представляет собой трёхмерное нестационарное поле.

Если температура остаётся неизменной вдоль одной из координат, то поле называется двухмерным (н-р, плоский лист жести).

dT/dz=0

T = f(x,y,τ) - двухмерное нестационарное

плоскость

T = f(x,y) - двухмерное стационарное

Если температура не изменяется вдоль двух координат, то поле называется одномерным (н-р, тонкая нить).

dT/dу = dT/dz=0

T = f(x,,τ) - одномерное нестационарное

нить

T = f(x,) - одномерное стационарное

Геометрическое место точек имеющих одинаковую температуру образуют изометрическую поверхность. Каждая линия называется изотермой.

Вдоль изотермы температура не изменяется - изменение температуры лишь в направлениях, пересекающих изотермическую поверхность.

Поскольку в одной точке пространства не быть двух значений температур, изотермы между собой не пересекаются, они замыкаются сами на себя или на границах тела.

Максимальное изменение температуры происходит по нормали к изотермической поверхности.

П редел отношения изменения температуры Т к расстоянию n по нормали к изотерме при n→ 0 называется температурным градиентом.

(1)

Температурный градиент - это вектор, который лежит на нормали и направлен в сторону возрастания температур.

Проекции вектора на оси x,y,z равны

(2)