Слайд 1Основные понятия и определения, механизмы переноса тепла. Теплопроводность.
Основы теории
передачи теплоты
Слайд 2Основные понятия и определения
Теплота самопроизвольно передается от среды с более
высокой температурой к среде с более низкой температурой;
Тепловые - процессы
скорость которых определяется скоростью переноса энергии в форме теплоты;
Движущая сила – разность температур ∆t;
Количество переданной теплоты Q, Дж, кДж;
Слайд 3Теплообменная поверхность – F, м2;
Плотность теплового потока - количество теплоты,
передаваемой через единицу поверхности в единицу времени:
q=Q/F, Вт/м2;
Процесс
передачи теплоты – установившийся и неустановившийся:
Q=f (∆t, F,τ…)
Слайд 4Градиент температуры
Градиент температуры - это вектор, нормальный к изотермической поверхности
и направленный в сторону возрастания температуры. Численно градиент температуры равен
производной от температуры по нормали к поверхности:
Слайд 5Способы (механизмы) передачи теплоты
Теплопроводность – перенос энергии микрочастицами (молекулами,
ионами, электронами) за счет их «теплового» движения. Носители энергии –
микрочастицы, совершающие колебательное движение, процесс протекает на молекулярном уровне;
Конвекция – перемещение в пространстве неравномерно нагретых объемов среды, перенос тепла связан с переносом массы;
Тепловое излучение – перенос тепла от одного тела к другому электромагнитными волнами.
Слайд 6Теплопроводность
Закон Био – Фурье - количество тепла, возникающего в теле
вследствие теплопроводности при некоторой разности температур в отдельных частях тела,
прямо пропорционально градиенту температуры, времени проведения процесса и площади сечения, перпендикулярного направлению теплового потока.
Слайд 7Закон Био-Фурье
dQ= -· dF· gradt·dτ,
где dQ – количество тепла, Дж;
- коэффициент пропорциональности,
коэффициент теплопроводности, ;
grad t – градиент температуры, К/м;
dτ – время, с;
dF – поверхность теплообмена, перпендикулярная тепловому потоку, м2.
Слайд 8Коэффициент теплопроводности
Коэффициент теплопроводности - физическая характеристика, способность данного тела
проводить тепло.
Количественно коэффициент теплопроводности равен количеству тепла, проходящего в
единицу времени через единицу изотермической поверхности F в стационарном температурном поле, при единичном градиенте температур,:
Слайд 9Коэффициент теплопроводности зависит от природы и агрегатного состояния вещества, от
температуры и давления.
Для газов возрастает с повышением температуры и
мало зависит от давления;
для жидкости – уменьшается с увеличением температуры;
для твердых тел – увеличивается с повышением температуры.
Слайд 10Дифференциальное уравнение теплопроводности
Уравнение выводится на основе закона сохранения энергии, считая,
что тело однородно и изотропно (одинаковость физических свойств). Физические параметры
,λ, с – постоянны.
Согласно закону сохранения энергии вся теплота внесенная из вне в элементарный объем путем теплопроводности за время dτ идет на изменение внутренней энергии вещества в этом объеме:
Слайд 11
где а – коэффициент температуроводности, физический параметр вещества, м2/с;
Уравнение гласит
– изменение температуры во времени для любой точки тела пропорционально
величине а.
Слайд 12Закон Фурье для стационарного процесса
Уравнение теплопроводности для многослойной плоской
стенки:
Уравнение теплопроводности для плоской стенки
Слайд 13Уравнение теплопроводности для цилиндрической стенки (для стационарного режима)
Уравнение теплопроводности цилиндрической
однослойной стенки :
Уравнение теплопроводности многослойной цилиндрической стенки:
Слайд 14Лучистый теплообмен
Физические основы
Слайд 15Лучистый теплообмен
Процесс распространения тепла в виде электромагнитных волн.
Все тела
обладают способностью излучать энергию, поглощать энергию и превращать ее в
тепловую.
Тепловое излучение имеет одинаковую природу со световым.
Слайд 16Характеристики теплового излучения
Лучеиспускательная способность – количество энергии, излучаемой единицей поверхности
тела в единицу времени во всем интервале длин волн:
E=Qл/(F τ)
Лучеиспускательная способность абсолютно черного тела пропорциональна абсолютной температуре его поверхности в 4-ой степени (закон Стефана Больцмана):
Где K0- константа лучеиспускания абсолютно черного тела,
с0- коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела
Слайд 17Интенсивность лучистого потока
Интенсивность общего лучистого потока зависит от 4-ой степени
абсолютной температуры излучающего тела, его излучающей способности и степени черноты
серого тела:
Слайд 18Закон Кирхгофа
Отношение лучеиспускательной способности тел к их поглощательной способности для
всех тел одинаково и равно лучеиспускательной способности абсолютно черного тела
при той же температуре:
E0=Ec/А
Слайд 19Чем выше температура излучающего тела, тем в более короткой области
длин волн лежит максимум излучения.
Лучистый теплообмен становится заметным по сравнению
с конвективным при температуре больше 400 С
Слайд 20Лучеиспускательная способность газов зависит от объема, вида газа и температуры
в степени 3-3,5;
Газы излучают объемом;
Газы излучают в определенной части спектра;
Лучеиспускательная
способность смеси газов ниже, чем отдельного газа.