Перенос тепла - теплопроводность

В случае переноса тепловой энергии в качестве свойства G необходимо рассматривать среднюю кинетическую энергию теплового движения молекулы газа . Здесь C_V – мольная теплоемкость, а N_A =6,023×10²³ моль^-1 – число Лошмидта (число молекул в грамм-молекуле). Очевидно, что свойство G меняется в пространстве, если меняется температура газа T (k – постоянная Больцмана). Поток тепла, в соответствии с общим уравнением переноса будет равен

, или ,

где - теплопроводность газа, коэффициент теплопроводности; - плотность; m – масса молекулы; - удельная теплоемкость соответственно при постоянном объеме. Видно, что характеристикой газа, которая определяет его свойство распределять тепло по всей занимаемой газом области, является теплопроводность. Уравнение называют уравнением Фурье для теплопроводности или законом Фурье.

Из формулы для теплопроводности можно видеть, что при постоянной концентрации значение коэффициента теплопроводности зависит только от средней скорости теплового движения молекул, т.к. при неизменной плотности длина свободного пробега неизменна. Следовательно, коэффициент теплопроводности пропорционален корню квадратному из температуры . От давления теплопроводность не зависит, т.к. при постоянной температуре давление может изменяться только с изменением концентрации молекул. Но с изменением концентрации обратно пропорционально изменяется длина свободного пробега молекул. Величину , имеющей размерность м²/с называют коэффициентом температуропроводности. Он характеризует перенос тепловой энергии молекулами. С его использованием уравнение теплопроводности Фурье принимает вид .

Контрольные вопросы

1. Перечислить основные этапы решения задач гидравлики.

2. Чем отличаются граничные условия от начальных?

3. Чем должны быть дополнены уравнения законов сохранения при решении задач гидравлики?

4. Какие виды механизмы переноса физических характеристик существуют в движущейся жидкости, и чем они отличаются друг от друга?

5. Перечислить те положения молекулярно-кинетической теории газа, которые необходимы для вывода общего уравнения молекулярного переноса характеристик вещества.

6. В каком направлении происходит молекулярный перенос физических характеристик газа?

7. Дать определение потока свойства, переносимого молекулярным механизмом

8. Перечислить величины, от которых зависит значение потока свойства.

9. Какая физическая характеристика газа (жидкости) характеризует ее способность переносить тепло и как она зависит от давления и температуры?

Дата добавления: 2014-01-11