16. Теплопровідність у стаціонарному і нестаціонарному режимах теплопередачі.

Теплопередача стационарная - теплопередача между средами с различными температурами через разделяющую стенку. Характеризуется неизменными во времени параметрами процесса. То есть устанавливается при длительном поддержании температур теплообменивающихся сред на одном и том же уровне (теплообменники, отопительные приборы, наружные ограждения зданий при стабильных температуpax внутреннего и наружного воздуха и т.п.). Простейший и чаще всего наблюдаемый одномерный процесс - теплопередача с изменением температурного поля только в одном направлении. Изотермические поверхности одномерного поля параллельны поверхностям разделяющей стенки, а линии тока (теплового потока) им перпендикулярны. Примером одномерного температурного поля может служить поле плоской стенки, длина и ширина которой намного превышают ее толщину. При ограниченных размерах стенки одномерность нарушается и в зависимости от соотношения ее размеров температурное поле на отдельных участках становится двух- или трехмерным. Наружные ограждения зданий, напротив, должны обладать повышенным сопротивлением теплопередаче, чтобы поддержать нужные температурные условия в помещениях. Необходимое сопротивление теплопередаче обеспечивают, вводя в ограждение дополнительный (помимо конструктивного) теплоизоляционный слой со значительным сопротивлением теплопроводности. Располагать теплоизоляционный слой желательно с наружной стороны ограждения (за конструктивным), защищая его от атмосферных осадков. Такое расположение приводит к повышению теплоустойчивости ограждения, предотвращению конденсации водяных паров в толще конструкции, устранению замерзания влаги и образования льда в зоне контакта с конструктивным слоем. Для уменьшения расхода теплоизоляционного материала в качестве утепляющего слоя иногда используют замкнутые воздушные прослойки незначительной толщины (не более 0,05—0,07 м). Устройство прослоек большей толщины нежелательно вследствие усиления в них конвективного теплообмена и снижения термического сопротивления. Повышение возможно за счет оклеивания "теплой" поверхности прослойки алюминиевой фольгой и расположения прослойки ближе к наружной поверхности ограждения (в зоне отрицательных температур). В общем случае сопротивление многослойной конструкции наружного ограждения теплопередаче складывается из сопротивлений теплопроводности отдельных материальных слоев, воздушной прослойки (при ее наличии) и теплообмену на внутренней и наружной поверхностях. Распределение температуры по сечению ограждения легко получить из графика, построенного в масштабе термических сопротивлений, включая сопротивления теплообмену на поверхностях. Выявленное сопротивление теплопередаче и распределение температур справедливы в случае одномерного температурного поля. В отдельных элементах ограждения (наружные углы, откосы оконных проемов, стыки с внутренними ограждениями и др.) одномерность нарушается, что приводит к снижению температуры на внутренней поверхности этих элементов и усилению теплового потока из помещения.

Теплопередача нестационарная - неустановившийся тепловой процесс в телах и средах, характеризуемый изменением температуры в пространстве и во времени. Теплопередача нестационарная возникает в элементах зданий и инженерного оборудования при изменении возмущающих воздействий (температуры внутреннего и наружного воздуха, солнечной радиации, скорости и направления ветра, при пуске и остановке отопительно-вентиляционных систем, теплообмениых устройств и др.). Учет нестационарности тепловых процессов позволяет обосновать требуемую теплозащиту ограждений, тепло- и холодопроизводительность систем кондиционирования микроклимата, режим их функционирования, допустимую продолжительность отключения в аварийных условиях и т.п. В зависимости от характера изменения температуры различают следующие виды неустановившихся тепловых процессов: переходные процессы теплопередачи непрерывного нагрева (охлаждения) тел и периодический процесс неапационарной теплопередачи. При нагреве (охлаждении) жидких или газообразных сред возникающая конвекция способствует пространственному выравниванию температуры и ее изменению только во времени. Описание процесса теплопередачи нестационарной для тела определенной геометрической формы включает дифференцированное уравнение теплопроводности в частных производных, распределение температуры внутри тела в начальный момент времени (начальное условие) и закон взаимодействия между окружающей средой и поверхностью тела (граничные условия). Совокупность начального и граничного условий называют краевыми условиями (условиями однозначности). Для многослойных тел дополнительно учитывают условия сопряжения на границах слоев. В случае необходимости условия однозначности дополняют термодинамическими уравнениями состояния окружающей среды.  Решение задачи теплопередачи нестационарной заключается в отыскании зависимости изменения температуры и количества переданной теплоты во времени для каждой точки тела. В этих целях используют методы: аналитические (разделения переменных — метод Фурье, метод источников, операционные и вариационные методы и др.), полуаналитические (с использованием понятия регулярного режима), численные (метод конечных разностей и элементарных объемов), экспериментальные (метод электротепловой аналогии). Возможности аналитичесих методов расширяются при использовании принципа суперпозиции, отражения, эквивалентности и взаимного влияния. Многие сложные задачи успешно решают также с помощью ЭВМ.