Читать вопросы по физике: "Теплопроводность, конвекция, теплоотдача и теплопередача." Страница 1

(Назад) (Cкачать работу)

1. Теплопроводность, конвекция, теплоотдача и теплопередача.

Законы Фурье и Ньютона.

 Теплопередача  — физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к более холодному либо непосредственно (при контакте), либо через разделяющую (тела или среды) перегородку из какого-либо материала.

Всего существует три простых (элементарных) вида передачи тепла:

Теплопроводность.Конвекция.Тепловое излучение

Существуют также различные виды сложного переноса тепла, которые являются сочетанием элементарных видов. Основные из них:

теплоотдача (конвективный теплообмен между потоками жидкости или газа и поверхностью твёрдого тела);

 теплопередача  (теплообмен от горячей жидкости к холодной через разделяющую их стенку);

конвективно-лучистый перенос тепла (совместный перенос тепла излучением и конвекцией);

термомагнитная конвекция

 Процесс передачи теплоты от более нагретых участков тела менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело, называется теплопроводностью.

Закон теплопроводности Фурье: плотность теплового потока q пропорциональна градиенту температуры grad T, то есть , где –коэффициент теплопроводности измеряется в Вт/(м·K). (Градиент (от лат. gradiens, род. падеж gradientis —шагающий), вектор, показывающий направление наискорейшего изменения некоторой величины, значение которой меняется от одной точки пространства к другой Если величина выражается функцией u (х, у, z), то составляющие Г. равны  Г. обозначается знаком grad u. Г. в некоторой точке направлен по нормали к поверхности уровня в этой точке, длина Г. Равна

Закон Нью́тона — Ри́хмана: Тепловой поток (выражается в Вт/м²) на границе тел пропорционален их разности температур (так называемый температурный напор): q = αΔT.

Коэффициент пропорциональности α — коэффициент теплоотдачи  - плотность теплового потока при перепаде температур на 1K, измеряется в Вт/(м²·К).

2. Дифференциальное уравнение теплопроводности

Рассмотрим однородную плоскую стенку толщиной δ (рис. 9.2). На наружных поверхностях стенки поддерживаются постоянные температуры tс1 и tс2. Коэффициент  теплопроводности  стенки постоянен и равен λ. При стационарном режиме () и отсутствии внутренних источников теплоты (qv=0)  дифференциальное   уравнение   теплопроводности  примет вид:

При заданных условиях температура будет изменяться только в направлении, перпендикулярном плоскости стенки (ось Оx). В этом случае

и  дифференциальное   уравнение   теплопроводности  перепишется в виде:

Граничные условия первого рода запишутся следующим образом: при x=0 t=tc1; при x=δ t=tc2. Интегрируя уравнение (9.17), находим

После второго интегрирования получаем

Постоянные С1 и С2 определим из граничных условий: при x=0 t=tc1, С2=tc1; при x=δ t=tc2=С1·δ+tc1, отсюда . Подставляя значения С1 и С2 в уравнение (9.18), получим уравнение распределения температуры по толщине стенки:

Похожие работы