§1 Основные понятия и определения

Большинство технических и природных процессов связано с переносом теплоты; тепловая обработка различных материалов (металлов, строительных материалов, химических продуктов) производится в тепловых аппаратах, в которых тепло либо подводится, либо отводится.

Тепловые электростанции реализуют процесс преобразования тепловой энергии в механическую и электрическую. Все эти процессы совершаются носителями энергии, которыми могут быть:

• атомы молекул

• потоки текучих сред

• электромагнитные волны

В зависимости от того, какие используются носители энергии, выделяют 3 «механизма» переноса теплоты:

1. Теплопроводность – это процесс переноса теплоты при непосредственном контакте частиц вещества или среды. (Вещество-это твёрдое состояние, среда-это жидкое, текучее состояние). Кондукция - это теплопроводность.

2. Конвекция. Конвективный перенос – это механизм переноса теплоты при видимом течении подвижной среды.

3. Излучение (радиация) – это перенос электромагнитными волнами тепловой энергии.

Разделение на механизмы условное, но достаточно чёткое, каждый механизм имеет своё математическое описание. В природе и технике эти механизмы соседствуют, присутствуют вместе.

Q=Дж количество теплоты

мощность

плотность потока (удельный поток теплоты)

Теплопроводность

§2 Температурное поле

Температурное поле – это графическое, либо аналитическое описание пространственно-временного распределения температуры в теле или среде.

- трёхмерное нестационарное температурное поле

1. -двухмерное нестационарное температурное поле

2. одномерное нестационарное температурное поле

3. одномерное стационарное температурное поле

4. полный покой, смерть Вселенной

Если соединить поверхностью точки тела с одинаковой температурой, то получим изотермические поверхности – поверхности равных температур.

Совокупность изотермических поверхностей даёт температурное поле тел.

Если тело разрезать плоскостью, то в сечении получим изотермы. Изотермические поверхности и изотермы никогда не пересекаются. Если тело замкнутое, изотермические поверхности замыкаются внутри тела, либо прерываются на его поверхности.

Оценку плотности температурного поля производят при движении по нормалям к изотермической поверхности. Изотермической поверхности, как правило, повторяют форму тела как на рисунке 2.

Возрастание температуры в направлении нормали к изотермической поверхности характеризуется градиентом температуры:

Гипотеза Фурье

Количество теплоты, которое передаётся между двумя изотермическими поверхностями в направлении нормали к площадке dF, пропорционально градиенту температуры.

 - коэффициент теплопроводности.

[dF]=м²

[d]=c

В интегральной форме:

Знак «-» в законе Фурье означает, что направление теплового потока и градиента температуры не совпадают, что тепловой поток всегда движется в направлении, противоположном возрастанию температуры. Переход дифференциальной формы к интегральной в законе Фурье возможен, когда никакие параметры во времени  и по поверхности F не меняются.