Основные положения и закон теплопроводности Фурье. Коэффициент теплопроводности.

Основные положения и закон теплопроводности Фурье. Коэффициент теплопроводности.

Теплопроводность – процесс распространения (переноса) теплоты путем непосредственного соприкосновения микрочастиц, имеющих различную температуру, или путем соприкосновения тел (или их частей), когда тело не перемещается в пространстве.

Закон теплопроводности Фурье:

Французский ученый Жан Батист Фурье (1768... 1830 г.г.), сначала экспериментально в 1807 г., а затем и теоретически в 1822 г., установил, что для изотропных (твердых) сред количество передаваемой теплоты ΔQ (Дж) пропорционально падению температуры          (-∂T / ∂n), времени Δτ (с) и площади сечения F (м²), перпендикулярного направлению распространения теплоты:

ΔQ = - λ · (∂T / ∂n) · F · Δτ

Математическое выражение закона теплопроводности Фурье:

Q = - λ · (∂T / ∂n)

Множитель пропорциональности в λ в законе Фурье называется коэффициентом теплопроводности, характеризующим способность вещества проводить теплоту.

Коэффициент теплопроводности λ численно равен количеству теплоты ΔQ (Дж), проходящей в единицу времени Δτ (с), через единицу поверхности F (м²), при разности температур ΔT в одни градус (К), на единицу длины l, один метр (м):

λ = ΔQ / (Δτ · F · (ΔT / l)) = Q₀ / (F · (ΔT / l)) Дж / с · м² · (К / м) = Вт / (м·К)

Коэффициент теплопроводности – тепловой поток, проходящий через один квадратный метр изометрической поверхности при температурном градиенте, равном единице.

λ металлов лежит в пределах 20...400 Вт/(м · К).

λ строительных материалов лежит в пределах 0,02...3,0 Вт/(м·К).

λ жидкостей лежит в пределах 0,06...0,7 Вт/(м·К).

λ газов лежит в пределах 0,005...0,5 Вт/(м·К).

Основные положения конвективного теплообмена. Закон Ньютона.

Конвекция – перемещение макроскопических частей среды (газа, жидкости) приводящее к переносу массы и теплоты. В реальных условиях конвекция всегда сопровождается теплопроводностью или молекулярным переносом теплоты. Совместный процесс переноса теплоты конвекцией и теплопроводностью называется конвективным теплообменом. Конвективный теплообмен между жидкостью и твердым телом часто называют теплоотдачей.

Расчеты процесса теплоотдачи производятся по закону английского математика и физика Исаака Ньютона (1643-1727 г.г.):

Q = α · F · (T_w – T_f), Вт

где α – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²·К); F – площадь теплообмена, (м²), T_w, T_f – температуры поверхности стенки и жидкости, К.

Коэффициент теплоотдачи α численно равен количеству теплоты (Дж), передаваемому от жидкости к твердой поверхности (или обратно) в единицу времени (с), через единицу поверхности (м²), при перепаде температур между стенкой и жидкостью в один градус, К.

 

Общий или сложный теплообмен.

Разделение общего процесса переноса теплоты на элементарные явления: теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение – производится в основном из методологических соображений. В действительности эти же явления протекают одновременно, влияют друг на друга и такое совокупное (совместное) воздействие носит название – общий или сложный теплообмен.

Теплообмен при конденсации.

На теплообмен при изменении агрегатного состояния влияют физико-химические особенности среды и поверхности:

1) состояние поверхности – чистая, загрязненная, шероховатая;

2) капиллярность и поверхностное натяжение;

3) адсорбция – поглощение газов, паров или жидкостей поверхностным слоем твердого тела (адсорбента);

4) абсорбция – объемное поглощение газов или паров жидкостью (абсорбентом, с образованием раствора);

5) десорбция – удаление из твердых тел и жидкостей веществ, поглощенных при адсорбции и абсорбции.

Конденсацией называется переход вещества из парообразного состояния в жидкое состояние.

Капельная конденсация имеет место при слабой интенсивности конденсации, когда конденсат не смачивает поверхность или металлическая поверхность загрязнена до стойко адсорбированной.

Пленочная конденсация имеет место при соприкосновении водяного пара с чистой металлической поверхностью.

Основные положения и закон теплопроводности Фурье. Коэффициент теплопроводности.

Теплопроводность – процесс распространения (переноса) теплоты путем непосредственного соприкосновения микрочастиц, имеющих различную температуру, или путем соприкосновения тел (или их частей), когда тело не перемещается в пространстве.

Закон теплопроводности Фурье:

Французский ученый Жан Батист Фурье (1768... 1830 г.г.), сначала экспериментально в 1807 г., а затем и теоретически в 1822 г., установил, что для изотропных (твердых) сред количество передаваемой теплоты ΔQ (Дж) пропорционально падению температуры          (-∂T / ∂n), времени Δτ (с) и площади сечения F (м²), перпендикулярного направлению распространения теплоты:

ΔQ = - λ · (∂T / ∂n) · F · Δτ

Математическое выражение закона теплопроводности Фурье:

Q = - λ · (∂T / ∂n)

Множитель пропорциональности в λ в законе Фурье называется коэффициентом теплопроводности, характеризующим способность вещества проводить теплоту.

Коэффициент теплопроводности λ численно равен количеству теплоты ΔQ (Дж), проходящей в единицу времени Δτ (с), через единицу поверхности F (м²), при разности температур ΔT в одни градус (К), на единицу длины l, один метр (м):

λ = ΔQ / (Δτ · F · (ΔT / l)) = Q₀ / (F · (ΔT / l)) Дж / с · м² · (К / м) = Вт / (м·К)

Коэффициент теплопроводности – тепловой поток, проходящий через один квадратный метр изометрической поверхности при температурном градиенте, равном единице.

λ металлов лежит в пределах 20...400 Вт/(м · К).

λ строительных материалов лежит в пределах 0,02...3,0 Вт/(м·К).

λ жидкостей лежит в пределах 0,06...0,7 Вт/(м·К).

λ газов лежит в пределах 0,005...0,5 Вт/(м·К).