Теплопроводность

Теплообмен

Теплообменом называют распространение тепла от тела с большей температурой + к телу с меньшой температурой, или об участках тела с большей температурой и участку тела с меньшей температурой.

Различают три вида теплообмена:

1) Теплопроводность

2) Конвективный теплообмен

3) Тепловое излучение

Схема теплообмена между телами показана на рисунке

Тело 1- теплоноситель (жидкие, твердые, газообразные, продукты горения, факел)

Тело 2 - теплоприёмник (заготовки, футеровки, воздух, вода)

Теплопроводность - обусловлена передачей тепла в твёрдых непрозрачных телах, за тем разности температур между участками тела (поверхность - центр).

Механизм теплопроводности:

· металл - это свободное движение электронов;

· диэлектрики - колебание атомов в кристаллической решётке;

· в жидкости - нулевое движение молекул;

· в газах - тепловое движение (броуновское).

Характеристики теплопроводности: температурное поле, тепловой поток, градиент температур.

Совокупность значений температур тела в определённый момент времени называется температурным полем.

Температурное поле трёхмерное, не стационарное, А (x, y, z) = 0

Нестационарное характерезуюшего ,

если то поле стационарное.

τ - время

; ,то поле двухмерное

f (x; y)

z

y

x

Одномерное температурное поле чаше используют на практике

f (x) = 0 f

f

X y

Температурный градиент

1, 2, 3 - изометрические поверхности

1 2 3

gradt

n(x)

t-Δt t S t+Δt

Если изменится, направление по grad t уменьшится.

Тепловой поток - это отношение количества тепла прошедшего через произвольную стенку в единицу времени, q-тепловой поток.

Это вектор, направленный по нормали к изотермической поверхности, и числено равен пределу отношения разных температур к участку тела, стремящегося к нулю.

Уравнение теплопроводности Фурье

q = -λ×grad t×dF, Вт

где q - тепловой поток, Вт;

q₀ - плотность теплового потока, Вт/м²;

dF - элементарная площадка тепла, м²;

λ - коэффициент теплопроводности тела, Вт/м∙К;

Характеризует способность любого тела, проводить тепловую энергию.

λ - зависит от f (t, агрегатного состояния, пористости, влажности, Р, размеров частиц);

λ_t = λ₀ (1 ± at + bt²)

λ₀ - коэффициент теплопроводности при t = 0⁰ C;

t - температура тела, ⁰ С;

Самые высокое значение λ - y твердых тел, например:

при t = 0, Cu λ_медь = 380, Вт/м∙К;

Al, λ_Al = 204, Вт/м∙К;

Λ_сталь = 28-44 Вт/м∙к.

Зависимость от температур имеет вид:

λ

Cu

Al

Легированная

Углерод

t

Коофициент жидкости:

1) вода t = 0-100⁰ С; λ = 0,55-0,65

2) техническое масло, λ = 0,7-0,8, Вт/м∙к;

Газы:

1) воздух t = 0-1000⁰ C, λ = 0.02-0.05, Вт/м∙К;

Зависимость λ от пористости линейная, это характерно для огнеупоров, окатыши, агламират.

λ_п = λ₀ (1-аП)

λ₀ - коэфициент теплопроводности без пористого материала, Вт/м∙к;

П - пористость в долях единицы (П=15-25, 25-35);

А = 0.2-0.4

W- влажность увеличивает теплопроводность (↑λ).

Дата добавления: 2014-01-07