 |
|
Однородная плоская стенка.
ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ
Теплообмен широко распространен в природе и технике. Существует три различных по своей природе элементарных видов теплообмена: теплопроводность, конвективный теплообмен (конвекция) и лучистый теплообмен.
Теплопроводность – молекулярный перенос тепла в сплошной среде, обусловленный наличием градиента температур.
Конвекция – перенос теплоты, обусловленный перемещением макроскопических элементов среды в пространстве, сопровождаемый теплопроводимостью.
Лучистый теплообмен между телами, в отличие от теплопроводности и конвекции, может осуществляться и при отсутствии промежуточной среды, например, в вакууме. Он обусловлен только температурой и оптическими свойствами тел, участвующих в теплообмене. В реальных условиях все три вида теплообмена, как правило, протекают одновременно.
Основной задачей теплопроводности является определение температурного поля в теле, которое может быть стационарным, когда температура во всех точках тела не зависит от времени, и нестационарным. Кроме того, если температура изменяется только по одной координате, то оно называется одномерным.
Большинство практических задач решаются при условии стационарного теплообмена, когда энергия не расходуется на нагрев, плотность теплового потока неизменна и температурное поле одномерное.
Рассмотрим перенос теплоты теплопроводности при стационарном режиме для трех практически важных случаях: через однородную неограниченную плоскую, бесконечно длинную цилиндрическую и сферическую стенку. Для таких простейших задач получены расчетные формулы по определению плотности теплового потока и распределение температуры по толщине стенки.
Однородная плоская стенка.
Плотность теплового потока
, Вт/м2 , (14)
где
tc1 и tc2 - температуры на поверхностях стенки, которые поддерживаются постоянными, оС;
- толщина стенки, м;
λ - коэффициент теплопроводности стенки, Вт/(м∙К).
В большинстве практических задач приближенно предполагается, что λ не зависит от температуры и одинаков по всей толщине стенки. Значение λ находят по справочникам, при средней температуре 
.
Погрешность расчетов при этом обычно меньше погрешности исходных данных и табличных величин. При линейной зависимости, λ = а + bt, точная расчетная формула для q не отличается от приближенной.
Количество теплоты, передаваемой через произвольную поверхность F,
, Вт (15)
Отношение /λF называется термическим сопротивлением стенки и обозначается Rλ.
Таким образом:
. (16)
Очень часто термическим сопротивлением называют величину /λ, которая равна термическому сопротивлению плоской стенки площадью 1 м2.