Однослойная стенка

Применение законов стационарной теплопроводности к решению задач противопожарной безопасности

Газы.

Диоксид углерода.

Для тушения некоторых горючих материалов применяется разновидность ПОС - твердый ди­оксид углерода, который при нагревании переходит в газ, минуя жидкую фазу, что является его основной особенностью, позволяющей использовать его при тушении материалов, портящихся от влаги. Механизм тушения заклю­чается в охлаждении горящих материалов и разбавлении продуктов их раз­ложения диоксидом углерода.

Из числа газов при тушении пожаров находят применение диоксид уг­лерода, азот, водяной пар, реже гелий, аргон. При их применении реализуется принцип разбавления реагирующих веществ.

1. Совокупность значений температуры t в данный момент времени t для всех точек пространства, характеризуемых координатами х, у, г, называется температурным полем:

t = f(x, у, z, t)

Если температура в различ­ных точках пространства не изменяется во времени, то температурное поле называют стационарным.

2. Изотермической поверхностью тела называется геометрическое место точек, имеющих одинаковую температуру. Изотермические поверхности не пересекаются: они замыкаются на себя, распола­гаясь внутри самого тела, или кончаются на границах тела.

3. Наиболее резкое изменение температуры на единицу длины будет получаться в направлении нор­мали п к изотермическим поверхностям. Предел отношения изменения температуры Dt к расстоянию между изотермами по нормали n называется температурным градиентом:

grad t = lim (Dt/Dn) = дt/дn град/м

По физическому смыслу температурный гра­диент выражает изменение температуры в градусах, приходящееся на 1м расстояния между изотермическими поверхностями по нормали. Чем больше значения температурного градиента, тем неравномернее распределение температуры в данном теле.

Значение температурного градиента, взятое с обратным знаком, называется падением температуры.

4. Количество переносимого тепла называется тепловым потоком. Тепловой поток, отнесенный к единице поверхности, называется удельным те­пловым потоком q.

Связь между количеством тепла dQ, проходящим через элементар­ную площадку dF, лежащую на изотермической поверхности, в еди­ницу времени, и температурным градиентом установил Фурье:

dQ = - l дt/дn dF, кДж/ч

q = dQ/dF = - l дt/дn, кДж/м² ч

Знак минус в правой части уравнении указывает на то, что тепловой поток и температурный градиент, как векторы, имеют противоположные направления.

Рассмотрим теплопроводность твердой плоской однослойной стен­ки, толщина ко

торой d мала по сравнению с длиной и высотой (рис. 1.3). Материал стенки имеет постоянный коэффициент теплопровод­ности l. На левой и правой наружных поверхностях стенки температуры не изменяются во времени и соответственно равны t₁ и t₂.

Предположим, что t₁>t₂. В этом случае тепло будет пере­даваться слева направо, так как температура уменьшается только в направлении оси х, перпендикулярно плоскости стенки. Температурное поле стационарное, изотермические поверхности плоские и распо­лагаются перпендикулярно оси x.

Рис. 1.3. Однослойная плоская стенка

Основной закон теплопроводности при стационарном режиме - это закон Фурье. Для слоя тол­щиной dx, находящегося на рас­стоянии x от поверхности стенки слева, закон запишется в виде:

q = - l dt/dx,

где q – удельный тепловой поток.

Разделив переменные и интегрируя, получаем

dt = —(q/l) dx.

t₂ - t₁ = - qd/l

откуда

q = (l/d)(t₁-t₂), кДж/м² ч

Отношение (l/d) (кДж/м² ч град) называется тепловой проводимостью стенки, а обратная ему величина — тепловым, или тер­мическим, сопротивлением стенки - R = d/l. Последнее определяет падение температуры в градусах при прохождении через стенку удельного теплового потока, равного единице.

Для многослойной стенки удельный тепловой поток

, кДж/м² ч

Дата добавления: 2014-01-20