Тепловые расчеты

Основные принципы конструкторских расчетов

Теплообмен представляет собой процесс передачи тепла из области с более высокой температурой в область с более низкой температурой, который имеет место почти при каждом физическом явлении. Все те многочисленные процессы, которые описываются передачей тепла внутри тела или между телами и окружающей средой, являются объек­тами изучения на основе законов термодинамики. Разность темпера­туры представляет собой характерное свойство тепловой энергии, которое и предопределяет интенсивность теплообмена. Традиционно процесс теплообмена подразделяют на три основных вида, а именно: теплопроводность, конвективный и лучистый теплообмен. В большин­стве случаев при решении инженерных проблем важно знать вклад каждого из этих видов теплообмена. При анализе задач теплообмена зачастую приходится иметь дело с двумя или тремя видами, действующими одновременно. Поэтому необходимо уметь раз­личать каждый из них и применять в соответствии с определяющими их законами [11 - 14].

3.1.1. Теплопроводность. Это процесс, посредством которого тепло распространяется в твердых телах или жидкостях, на­ходящихся в состоянии покоя. Определяющие этот вид теплопередачи законы можно представить в конкретных математических выражениях и во многих случаях могут быть получены их аналитические решения. Основное представление о теплопроводности может быть получено из сравнительно простого соотношения. Для бесконечно малого эле­мента тела плотность теплового потока, Вт/м², пропорциональна температур­ному градиенту, т. е.

Q_s=-ldt/dn.

Коэффициент пропорциональности l, будучи определен как коэффи­циент теплопроводности, характеризует транспортные свойства мате­риала. В диэлектрических материалах (т. е. в материалах, не прово­дящих электричество) тепловая энергия передается колебаниями крис­таллической решетки, в то время как в хорошо электропроводящих материалах, таких как металлы, вклад от механизма колебаний ре­шетки относительно небольшой. В металлах тепловая энергия перено­сится главным образом за счет движения свободных электронов в ре­шетке. Важно отметить, что между тепло- и электропроводностью чистых ме­таллов существует зави-симость, описываемая законом Видемана - Франца, Вт/(м×К)

l=Lo s T,

где s — удельная электрическая проводимость, Ом^-1 × м ^-1; Т — аб­солютная температура, К; Lо = 2,45- 10^-8 - число Лоренца, Вт × Ом/К².

Таким образом, существует возможность определения значений l на основе данных по электропроводности. Для других материалов последнее выражение неприменимо и l следует определять эксперимен­тально.

Некоторые значения коэффициентов теплопроводности приведены в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Дата добавления: 2014-01-05