Главная | Обратная связь

Основной закон теплопроводности

Теплопроводность

Способы передачи теплоты

 

Из второго закона термодинамики следует, что самопроизвольный процесс переноса теплоты возникает под действием разности температур и направлен в сторону ее уменьшения.

Во всех веществах теплота передается теплопроводностью за счет переноса энергии микрочастицами.

Перенос теплоты вместе с макроскопическими объемами вещества носит название конвективного теплопереноса, или – конвекции. Движущаяся среда, используемая для переноса теплоты, называется теплоносителем. Различают естественное и вынужденное движение (конвекцию) жидкости. Естественная (свободная) конвекция происходит под влиянием разности плотностей, а вынужденная конвекция возникает вследствие воздействия принудительного источника энергии.

Конвективная теплоотдача – это передача теплота отдается от жидкости к поверхности или наоборот.

Излучение (радиация) – передача тепла излучением (фотонами).

Сложным процессом переноса теплоты от одного теплоносителя к другому через разделяющую их стенку называется теплопередачей и объединяет все элементарные процессы. Вначале теплота передается от горячего теплоносителя к одной из поверхностей стенки конвективным теплообменом, который может сопровождаться излучением, затем, теплота теплопроводностью переносится от одной поверхности стенки к другой, в конце, теплота опять путем конвективного теплообмена передается от поверхности стенки к холодной жидкости.

Интенсивность переноса теплоты характеризуется плотностью теплового потока q, т.е. количеством теплоты, передаваемой в единицу времени через единицу поверхности (Вт/м²).

 

 

Основной закон теплопроводности

 

В общем случае температура t является функцией координат x, y, z и времени τ.

Совокупность значений температуры для всех точек пространства в данный момент времени называется температурным полем - τ). Температура меняется во времени, то поле - неустановившимся (нестационарным), а если не меняется – установившимся (стационарным). Температура быть функцией одной, двух и трех координат - Соответственно одно-, двух- и трехмерным ( -одномерное стационарное поле).

 

Рисунок - Закон Фурье.

 

Предел отношения изменения температуры Δt к расстоянию между изотермами по нормали Δn называется градиентом температуры:

, (К/м).

grad t - вектор, направленный по нормали к изотермической поверхности в сторону возрастания температуры.

Согласно основному закону теплопроводности – Закону Фурье, вектор плотности теплового потока, передаваемого теплопроводностью, пропорционален градиенту температуры:

, (6.1)

где λ – коэффициент теплопроводности вещества, характеризует его способность проводить теплоту, (Вт/(м∙К)),

- плотность теплового потока, характеризует количество тепла, прошедшего через элементарную площадку в единицу времени.

Знак минус в уравнении (6.1) указывает на то, что вектор теплового потока противоположно направлен вектору grad t.

Коэффициент теплопроводности λ характеризует способность данного вещества проводить теплоту:

, (6.2)

Тепловым потоком Q называют количество тепла, прошедшего через произвольную площадку в произвольный промежуток времени:

.(6.3)