Главная | Обратная связь

Передача тепла теплопроводностью

Работа № 1

Расчет тепловых потерь через стенку нагревательных печей с использованием законов теплопроводности

Цель работы

1. Изучить теплопередачу в твердых телах теплопроводностью.

2. Научиться вычислять тепловые потери через плоскую стенку, состоящую из разного количества слоев.

3. Усвоить методику определения тепловых потерь через тепло-вые короткие замыкания.

 

Теоретическая часть

 

Продукты горения топлива или электронагреватели вносят в рабочее пространство печей тепло, которое передается нагреваемым материалам, а также стенкам, своду и поду печи. Распространение тепла возможно только от мест с высокой температурой к местам с меньшей температурой и процесс передачи тепла продолжается до выравнивания температуры. Различают три формы передачи тепла: 1) теплопроводностью; 2) конвекцией; 3) излучением.

 

Передача тепла теплопроводностью

 

Если твердое тело, имеющее одинаковую температуру во всём объёме, подвергнуть нагреву в одной точке, то через некоторый промежуток времени в остальных точках температура будет повышаться. В газах тепловая энергия будет передаваться от одной молекулы к другой. При этом молекулы, обладающие большим запасом кинетической энергии, будут отдавать часть энергии молекулам с меньшим запасом кинетической энергии. В металлах передача тепла осуществляется за счет электронной проводимости, а в диэлектриках за счет колебаний атомов или молекул. Отсюда можно дать определение теплопроводности.

Теплопроводность - передача тепла от одних частей тела к другим за счет теплового движения молекул и свободных электронов, обусловленная разностью температур. Передача тепла теплопровод-ностью в чистом виде наиболее характерна для твердых непрозрачных тел. В газах и жидкостях, как правило, одновременно действует теплопередача конвекцией и излучением. В прозрачных твердых телах наряду с теплопроводностью наблюдается излучение. Анализ процессов передачи тепла теплопроводностью имеет большое значение для теории и практики нагрева и охлаждения металла при термической обработке.

Степень нагретости тела определяется температурой и измеряется в градусах стоградусной шкалы температур (t, ^°С) или абсолютной температурой шкалы (Т, К). Температура является величиной скалярной, т. е. не зависит от направления, характеризуется лишь абсолютным значением.

Процесс передачи тепла протекает во времени и в пространстве, т. е. температура является функцией координат x, y, z и времени t: t = f(x, y, z, t). Распределение температуры в различных точках называется температурным полем. Соединив в пространстве точки с одинаковой температурой, получают изотермические поверхности.

Если температурное поле с течением времени не претерпевает никаких изменений (изотермические поверхности неподвижны), его называют стационарным или установившимся. Если изотермические поверхности перемещаются во времени, такое поле называют нестационарным, т. е. . Нестационарное температурное поле в нагреваемом твердом теле показывает, что процесс передачи тепла осуществляется за счет разности температур. Количество тепла Q* (Дж), которое при этом передается в единицу времени (τ, с), называется тепловым потоком Q (Дж/с = Вт). Тепловой поток является векторной величиной и он всегда направлен в сторону меньших значений температуры. Если перенос тепла рассматривать через определенную поверхность F (м²), то получим плотность теплового потока q (Вт/м²), т. е. q = Q/F.