Основний закон теплопровідності. Закон Фур’є

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 16Следующая ⇒

Щільність теплового потоку пропорційна градієнту температур, де λ коефіцієнт пропорційності.

[Вт/м*К] – щільність

[Дж/с=Вт]

[Дж]

При конвективному перенесенні теплоти, переноситься як маса так і енергія, які переносяться рідиною, що рухається.

Якщо не залежить від часу,то поле називається стаціонарним.

- трьохвимірне;

не залежить від z - стаціонарне двовимірне фізичне поле;

-одновимірне.

У фізичному полі можна виділити лінії, які з’єднують однакові значення.

Ізотерма-однакові значення температури.

Ізобара - однакові значення тиску.

Ізохора - однакові значення об’єму.

Якщо поверхня об’єднує в собі однакові значення температур, то така поверхня називається ізотермічною поверхнею.

Ізотерми та ізотермічні поверхні ніколи не перетинаються між собою.

Тепловий процес – це процес поширення теплової енергії в просторі і часі. Рушійною силою будь-якого процесу є різниця температур. В природних процесах тепло завжди рухається від більш нагрітого тіла до менш нагрітого (другий закон термодинаміки). Це тепло може переноситися одним із трьох способів:

1) теплопровідністю;

2) конвекцією;

3) тепловим випромінюванням.

Теплопровідність – це тоді, коли тепло переноситься за рахунок руху йонів, вільних електронів. Цей спосіб найкраще підходить для переносу теплоти в твердих тілах.

Конвекція – тепло переноситься разом з рухом самого середовища (видимий рух).

Теплове випромінювання – це тоді, коли тепло переноситься за допомогою електромагнітних хвиль довжиною 0,8-800 мкм. Особливістю теплового випромінювання є те, що тепло може переноситися і через абсолютний вакуум.

В реальних умовах тепло переноситься не одним із вищеназваних способів, а їх комбінацією. Коли один із способів є домінуючим, то двома іншими нехтують, замінюючи їх вплив відповідними коефіцієнтами.

Теплопередача – це передача теплоти від більш нагрітого теплоносія до холодного через стінку, що їх розділяє, тобто стінка приймає тепло від гарячого теплоносія, проводить через свою товщину, і віддає тепло холодному теплоносію, таким чином теплопередача включає наступні процеси:

1) тепловіддачу від гарячого носія до стінки;

2) проведення цієї теплоти через товщину стінки;

3) віддача теплоти від стінки до холодного теплоносія.

Складний теплообмін – це тоді, коли тепло переноситься за рахунок конвекції і за рахунок теплового випромінювання.

Теплопровідність відбувається в твердих тілах за рахунок коливань атомів в кристалічних решітках, в металах за рахунок дифузії вільних електронів, в газах та крапельних рідинах за рахунок руху молекул.

Температуру вимірюють в 0С або К і вона характеризує міру нагрітості тіла.

Температурне поле – це сукупність миттєвих значень температур у всіх точках даної системи в любий момент часу. Температурне поле буває стаціонарним і нестаціонарним. Якщо температура не змінюється в часі, то температурне поле стаціонарне. Якщо температура змінюється не по трьом, а по двом координатам, то поле називається двомірним стаціонарним полем, якщо ж температура змінюється лише по одній координаті і не залежить від часу, то температурне поле називається одномірним стаціонарним полем:

t=f(x,y,z,τ)

Рис.1.2. До визначення градієнту Температур

Якщо , то t=f(x,y,z) – стаціонарне поле Якщо – характеристика одномірного температурного поля.

Ізотерма – це лінія, яка з’єднує однакові температури, що лежать в одній площині.

В просторі геометричне місце однакових температур називається ізотермічною поверхнею Ізотерми та ізотермічні поверхні ніколи і ніде не перетинаються між собою.

Нехай різниця температур між двома поряд розташованими ізотермічними поверхнями складає Δt по нормалі на відстані Δn, тоді:

, таким чином, градієнт температур – це кількісна характеристика максимальної зміни температури. Похідна по нормалі до ізотермічної поверхні називається температурним градієнтом, вектор якого направлений в бік збільшення температури. Градієнт температур ніколи не дорівнює нулю. Переміщення теплоти відбувається завжди по нормалі до ізотермічної поверхні в протилежному напрямі від напрямку підвищення температури.

Виходячи з понять суцільності середовища інтенсивність перенесення маси чи енергії може бути описана величиною,яка називається щільністю або густиною потоку.

[Вт/м²]- густина теплового потоку