2.2. Основной закон теплопроводности - Закон Фурье.

Закон Фурье устанавливает связь между характеристиками температурного поля в любой его точке и формулируется так:

Удельный тепловой поток при теплопроводности пропорционален градиенту температуры и направлен в обратную сторону в том же направлении

Математическая запись закона Фурье

Знак (-) учитывает, что вектор теплового потока направлен противоположно вектору градиента температур.

Коэффициент пропорциональности  - называется коэффициентом теплопроводности (Вт/м град) и является важной характеристикой способности тел передавать или задерживать тепло при теплопроводности. Величина =40050 для металлов (медь-сталь), применяемых в теплообменниках, =0,2 - 0,05 - для теплоизоляционных материалов.

Уравнение Фурье дает математическое описание произвольного температурного поля в дифференциальной форме.

Для получения расчетных зависимостей процесса теплопроводности в конкретных условиях необходимо дифференциальное уравнение Фурье дополнить математическим описанием всех частных особенностей конкретного процесса - условия однозадачности (размеры, форма, физические характеристики тела, температурные условия и т.д.) и краевые условия (начальные и граничные условия).

2.3. Коэффициент теплопроводности.

Коэффициент теплопроводности () является важным физическим параметром вещества, характеризующим способность тел проводить тепло.

Физический смысл величины  может быть получен из анализа уравнения Фурье:  - это количество тепла проходящего в единицу времени (сек) через стенку вещества толщиной (1м) при разности температур 1С.

Коэффициент теплопроводности зависит от давления и температуры.

Для металлов и твердых веществ  уменьшается с ростом температуры (кроме алюминия).

Для капельных жидкостей  тоже уменьшается с ростом температуры (кроме воды до 127С).

Для газов  возрастает с ростом температуры.

Для пористых тел  растет с ростом температуры, как за счет роста  газа, так и за счет лучистого и конвективного теплообмена в порах.

Величина  имеет наибольшее значение у металлов (от 3 до 458), главным образом за счет свободных электронов (тепло- и электропроводность). Наиболее характерные значения  у металлов следующие: серебро - 458, медь - 384, алюминий 204, латунь - 85, сталь - 45, нерж. сталь - 15.

Строительные материалы имеют более низкий : бетон - 0,7 - 1,5, кирпич - 0,7 - 1,0, стекло - 0,75.

Жидкости имеют  от 0,08 до 0,65: вода - 0,55, аммиак - 0,5, мазут - 0,1.

Газы имеют  от 0,005 до 0,6: воздух - 0,021, угл. газ - 0,013, водород - 0,17.

В теплотехнике материалы делятся на проводники тепла (металлы) и теплоизоляционные материалы, имеющие низкий . Основной принцип получения теплоизоляционных материалов это создание пористых структур (вспененные, газонаполненные, волокнистые и другие материалы),  которых низкое за счет включения газовых вкраплений.

Чем больше пор, тем меньше объемный вес материала и тем меньше .

Чем меньше сами поры, тем меньше  за счет снижения конвективного теплообмена в порах.

Увлажнение изоляционного материала, попадание в поры воды, масла и др. жидкостей резко (на порядок) увеличивает .