Способи передачі тепла всередині нагрітих тіл і з їх поверхні

Розрізняють три види теплообміну: теплопровідність, конвекцію і випромінювання.

Теплопровідність - це розповсюдження тепла між безпосередньо контактуючими поверхнями, зумовлене тепловим рухом молекул і атомів, а в металах і вільними електронами.

Математично цей процес описується рівнянням Фур’є:

(7.4)

де l - питома теплопровідність - це кількість тепла, яке передається через одиницю поверхні S за одиницю часу при температурному градієнті в напрямі координати x.

Вираз (7.4) зручно записати у вигляді:

(7.5)

Температурне поле може бути тримірним, тому тепло, яке передається в напрямку х, необхідно визначати за температурним градієнтом у даному напрямі. Сукупність значень температури у всіх точках простору називають температурним полем. Якщо температура не залежить від часу - поле стаціонарне, якщо залежить - нестаціонарне. Поверхні з однаковою температурою називають ізотермічними поверхнями, з лінії перетину ізотермічних поверхонь площиною - ізотермами. Ізотермічні поверхні або замикаються на себе, або закінчуються на границях тіла, але не перетинаються.

Питома теплопровідність різних речовин залежить від їх фізичних властивостей. Величини теплопровідності розмірності [Вт/м×к] наближено мають такі значення: для міді - 390, латуні - 85, сталі - 40, води - 0,7, повітря - 0,02, ізоляційних матеріалів - 0,1¸0,4.

Конвекція - це перенос тепла мікрооб’ємами (молекулами, атомами) газу або рідини. Потужність, яку віддає тіло за рахунок конвекції, визначається формулою Ньютона:

(7.6)

де К_тк - коефіцієнт тепловіддачі конвекцією з поверхні S; u₂, u₁ - температура охолоджуючої поверхні і довкілля, відповідно.

Коефіцієнт тепловіддачі конвекцією є складною функцією багатьох факторів, в тому числі: а) температури, в’язкості і густини охолоджуючого середовища; б) форми, розмірів і просторового розташування охолоджуючої поверхні; в) швидкості і температури охолоджуючого середовища. У багатьох випадках на практиці користуються емпіричними залежностями для визначення К_тк.

Випромінювання - частину тепла нагріте тіло віддає в навколишній простір шляхом випромінювання електромагнітних (ультразвукових, світлових та інфрачервоних) коливань. Цей вид теплообміну називають тепловим випромінюванням і кількісно він описується за допомогою рівняння Стефана-Больцмана:

(7.7)

де s₀ - стала Стефана-Больцмана» 5,7×10^-12[Вт×см^-2×К^-4]; e - коефіцієнт теплового випромінювання; Т - температура тіла, К.

Незважаючи на те, що конвекція і випромінювання представляють собою зовсім різні механізми теплообміну, при практичних розрахунках їх об’єднують і формулу Ньютона (7.6) для визначення температури охолоджуючої поверхні над температурою довкілля записують у вигляді:

(7.8)

де t = u₂ - u₀ - перевищення температури охолоджувальної поверхні над температурою довкілля; К_т=К_тк+К_тв - коефіцієнт тепловіддачі , котрий визначає тепловіддачу конвекцією (К_тк) і випромінюванням (К_тв).

В діапазоні робочих температур довготривалого режиму (u₂=90¸120⁰С) значення К_т для наближених розрахунків вважають незалежним від температури. При цьому слід пам’ятати, що при таких температурах доля випромінювання є незначною у порівнянні з тепловіддачею шляхом конвекції (Р_в<<Р_к). Для більш точних розрахунків ці два види теплообміну розглядаються окремо.

Дата добавления: 2017-02-01; Просмотров: 72; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!