15. Темпер. Поле тела. Темпер. Градиент.

16.Теплопроводность. Закон Фурье.

Исследуя явления теплопроводности в телах, Фурье установил, что тепловая мощность, передаваемая теплопроводностью, пропорциональна градиенту температуры и площади сечения перпендикулярного направлению теплового потока, т.е. или . - характеризует способность вещества из которого состоит рассматриваемое тело, проводить теплоту и называется коэффициентом теплопроводности. Из закона Фурье следует что теплопроводность ,Вт/(м*К) определяет мощность теплового потока проходящего через 1 поверхности при градиенте температуры 1К/м, Удельный тепловой поток при температурном градиенте равном единице

Знак минус указывает, что вектор теплового потока направлен в сторону, противоположную температурному градиенту. Коэф. теплопроводности явл. важной теплофиз. характеристикой вещества: чем больше λ, тем большей теплопроводностью обладает вещество. Коэф. теплопроводности зависит от природы ве­щества, его структуры, влажности, наличия примесей, температуры и других факторов

17. Теплопроводность плоской стенки. Осн. Ур-ние теплопроводности.

Рассмотрим однослойную плоскую стенку толщиной δ, коэффициент теплопроводности которой по­стоянен и равен λ. Температуры на границах стенки t₁ и t₂, причем t₂> t₁. Теплота распространяется только вдоль оси х. При этих условиях температурное поле в стенке будет одномерным и изотермическими поверх­ностями будут плоскости, параллельные поверхностям стенки. Для слоя толщиной dx; на основании закона Фурье можно написать следующие уравнения теплопро­водности:

Проинтегрировав данное уравнение, получим

,

Из уравнения следует, что температура изменя­ется по толщине стенки по линейному закону. Константа интегрирования С определяется из усло­вий на границах стенки: если х=0, то t=t₁ откуда С= t₁. Если x=δ, то t = t₂ и уравнение принимает вид

Окончательно получим q, Вт/м²:

Из уравнения видно, что поверхностная плотность теплового потока зависит от температурного перепада Δt = t₁- t₂, поэтому можно написать:

Отношение называется термическим сопро­тивлением стенки. Зная поверхностную плотность тепло­вого потока q, можно определить общее количество теп­лоты, переданной за 1 ч через стенки поверхности F, по формуле

Из формулы видно, что общее количество теп­лоты, переданной через однослойную плоскую стенку, пропорционально поверхностной плотности теплового потока и площади поверхности стенки.

Для плоской многослойной стенки уравнение теплопроводности имеют вид:

18.Конвективныйтеплообмен.Ур-ние Ньютона-Рихмана. Коэф.теплоотдачи.

Конвекция-перенос тепла в жидкостях и газах при перемещении разнонагретых ч-ц сред. Она осуществляет перенос не только тепловой энергии, но и перенос массы. Конвекция всегда сопровождается теплопро­водностью.

Если перемещение частиц жидкости или газа обуслов­ливается разностью их плотностей, то такое перемещение называют естественной конвекцией. При естествен­ной конвекции нагретые объемы теплоносителя поднима­ются, охладившиеся — опускаются. Если жидкость или газ перемещается с помощью на­соса, вентилятора, эжектора и других устройств, то та­кое перемещение называют вынужденной конвекцией. Теплообмен происходит в этом случае значительно ин­тенсивнее, чем при естественной конвекции.

С огласно з-ну Ньютона-Рихмана удельный тепловой поток опр-ся произведением α (коэф-т теплоотдачи, Вт/м2*К) на разность температур: q=α(t_ж1-t₁).

Коэффициент теплоотдачи а [Вт/(м²К)] - количество тепло­ты, проходящей в единицу времени от жидкости (газа) к стенке (или наоборот) через 1 м² поверхности при раз­ности температур жидкости и стенки 1°. В а учитыва­ются следующие факторы: характер движения жидко­сти или газа (ламинарное или турбулентное) и природа его возникновения; скорость движения жидкости или га­за w; физические параметры жидкости или газа (коэф­фициент теплопроводности λ, вязкость μ, плотность ρ, теп­лоемкость с_р, коэффициент объемного расширения β, температура жидкости или газа и поверхности t_ж1, t₁; форма Ф и линейные размеры омываемой жидкостью или газом поверхности l₁, l₂, l₃…). α=f(λ,С_р,ρ,μ,w,t,е,β,Ф).