ГР 34 ТМ- Ф Основи гідравліки і теплотехніки ТЕМА Теплопровідність

 

Теплопровідність

Конвекція – процес переносу (теплоти) енергії при переміщенні рідини або газу із області із однією температурою в область із іншою температурою. Цей процес проходить тим швидше, чим більші швидкості руху рідини чи газу. Поряд з конвекцією в рідинах та газах завжди буде здійснюватися передача теплоти через теплопровідність.

Одночасний перенос теплоти конвекцією і теплопровідністю називається конвективним теплообміном. Він може бути вимушеним та вільним (природнім за рахунок різних питомих густим газу).

Випромінювання (променевий теплообмін) – процес передачі енергії електромагнітними хвилями інфрачервоного діапазону. Тут відбувається подвійне перетворення енергії – більш нагріте тіло випромінює електромагнітні хвилі, а менш нагріте тіло поглинає енергію цих хвиль і нагрівається.

Як правило, теплообмін між тілами здійснюється всіма трьома способами одночасно, один із яких може домінувати. Процеси теплообміну можуть бути стаціонарними і нестаціонарними.

До висновку в попередньому підрозділі слід додати, що теплопровідність – це такий теплообмін, коли перенос теплової енергії в нерівномірно нагрітому середовищі проходить у відсутності макроскопічного руху середовища. У газах – де хаотичний рух молекул, у металах – це вільні електрони, у діелектриках – переважний механізм теплопровідності коливання атомів.

Теплопровідність може здійснюватися як всередині твердого тіла, так і через гази чи рідини. Поширення теплоти теплопровідністю буде лише тоді, коли в різних точках середовища будуть різці температури. Для простоти будемо вважати, що маємо стаціонарний тепловий режим, коли температура у всіх точках з часом не змінна. Нестаціонарний режим характеризується зміною температури точок тіла з часом. Такий режим буде однозначним, коли тіло весь час нагрівається або охолоджується. Коли період нагрівання і охолодження чергуються, то такий режим буде коливним. Деякі процеси передачі теплової енергії супроводжуються перенесенням речовини (конвекція, променевий теплообмін), то ці питання вивчає теорія масообміну.

Для теплопровідності твердих тіл Фур’є встановив наступний закон:

 q gradt                  (5.44)

 

Це є основним законом теплопровідності. Мінус тут значить, що вектори направлені в протилежні сторони. λ – це фізичний параметр, який характеризує теплопровідність і

називається коефіцієнтом теплопровідності.

λ, ^{ Bт } – дорівнює густині теплового потоку через одношарову

                       м К    

стінку при температурному напорі 1 К.

Таблиця 5.5 Основні показники теплопровідності

Назва матеріалу	Густина 3 ρ, кг/м	Температура Т, °С	Коефіцієнт теплопровідності λ, Вт/м К
Азбест листовий	770	30	0,1163
Бетон	2300	20	0,279
Дуб (поперек волокон)	800	20	0,207
Цегла червона	1800	0	0,768
Цегла вогнетривка	1900	0	0,314
Пісок сухий	1500	20	0,326
Штукатурка	1600	0	0,698
Алюміній	2670	0	204
Латунь	8600	0	85
Мідь	8800	0	384
Срібло	10500	0	458
Сталь вуглецева	1900	20	45
Чавун	7220	20	63
Повітря	1,293	0	0,0244

 

Розглянемо плоску одношарову стінку товщиною δ із однорідного матеріалу. Приймемо, що  f (T) і T >T_{1 2} .

Температурне поле – одномірне і поширення теплоти здійснюється лише в напряму x. 

Розрахункова формула густини теплового потоку для одношарової плоскої стінки має такий вигляд:

 

                                                                                                         t -t1  2 ,

q=

δ                    (5.45) λ

 

де ^ – теплова провідність стінки;

 R_Т ^ – тепловий опір стінки. 