Закон Фурье

- вектор плотности теплового потока, передаваемого теплопроводностью в данной точке и в данный момент времени, пропорционален в той же точку и в тот же момент времени. Знак “-“ означает, что и направлены противоположно друг другу.

- коэффициент теплопроводности

[Л] = 1 Вт/м*К

Величина Л – количество теплоты, переносимое в единицу времени через единицу поверхности материала при падении t на (или 1 К) на единицу длины.

Металлы: Л – самый высокий (Л=3-360 Вт/м*К)

Газы: Л – самый низкий (Л=0, 005-0, 5 Вт/м*К)

Теплопроводность плоской стенки

Теплообмен – обмен тепловой энергией между физическими телами или системами, вызванный разностью температур этих тел или систем. Такой перенос теплоты в соответствии с вторым законом термодинамики всегда направлен от более нагретых тел или систем к менее нагретым.

Теплопроводность – молекулярный перенос теплоты в сплошной среде. В этом случае теплота передается за счет непосредственного соприкосновения частиц, имеющих различную температуру, что приводит к обмену энергией между молекулами, атомами и свободными электронами.

В «чистом» виде явление теплопроводности наблюдается в твердых телах и неподвижных жидкостях или газах.

Теплопроводность плоской стенки, на боковых поверхностях которой поддерживают температуры t1 и t2

- толщина стенки

Считаем, что t=f(x) и Л=const

В этом случае t в стенке меняется по линейному закону

Плотность теплового потока q прямо пропорциональна коэффициенту теплопроводности стенки Л, разности температур ее боковых поверзностей и обратно пропорциональна толщине стенки.

, где = (м2/К*Вт) –термическое сопротивление стенки

- тепловая проводимость

Тепловой поток Q, переданный через плоскую стенку поверхности F, определяется: , Вт

Конвективный теплообмен. Закон Ньютона-Рихмана

Теплообмен – обмен тепловой энергией между физическими телами или системами, вызванный разностью температур этих тел или систем. Такой перенос теплоты в соответствии с вторым законом термодинамики всегда направлен от более нагретых тел или систем к менее нагретым.

Конвекция – перенос теплоты при перемещении объемов жидкости или газа в пространстве.

Конвективный теплообмен – теплообмен между движущимися жидкостью или газом и поверхностью твердого тела.

Теплоноситель – движущаяся жидкая или газообразная среда, используемая в качестве рабочего тела в процессе переноса теплоты.

Существенное влияние на перенос теплоты оказывает характер движения жидкости:

Ламинарный и Турбулентный

Ламинарное движение – упорядоченное течение жидкости, характеризующееся отсутствием перемешивания между соседними слоями жидкости (скорость низкая).

Турбулентное движение – течение жидкости, при котором ее частицы совершают беспорядочные хаотические перемещения по сложным траекториям (скорость высокая).:

У поверхности тела из-за наличия вязкого трения скорость жидкости падает до нуля. Слой жидкости у поверхности теплообмена, в котором сохраняется ламинарное движение, называют пограничным, в нем теплота передается теплопроводностью, и его можно условно представить как дополнительно изолирующий слой между стеной и ядром потока. Внутри турбулентного ядра потока теплота передается конвекцией при интенсивном перемешивании частиц жидкости.

Для определения количества теплоты, передаваемой и воспринимаемой жидкостью, применяют закон Ньютона-Рихмана:

, Вт, где tс – температура стенки,

tж - температура жидкости,

F – площадь поверхности теплообмена, м2

- коэффициент теплоотдачи, Вт/м2*

В процессе теплоотдачи независимо от направления теплового потока от стенки к жидкости или наоборот количество теплоты принято считать положительным, поэтому разность температур берется по абсолютной величине.

Наибольшую трудность представляет определение коэффициента теплоотдачи , т.к. он зависит от множества факторов:

· Характера движения жидкости вблизи поверхности теплообмена

· Направления теплового потока

· Физических свойств жидкости

· Формы поверхности теплообмена

Значения определяются на основе экспериментальных данных, которые обобщаются в виде критериальных уравнений.

Критерии конвективного теплообмена. Критериальные уравнения

Наибольшую трудность в процессе теплоотдачи представляет определение коэффициента теплоотдачи , т.к. он зависит от множества факторов:

1.Характера движения жидкости вблизи поверхности теплообмена

2.Направления теплового потока

3.Физических свойств жидкости

4.Формы поверхности теплообмена

Значения определяются на основе экспериментальных данных, которые обобщаются в виде критериальных уравнений.

Безразмерные критерии: