Что понимается под тепловым потоком, плотностью теплового потока, линейной плотностью теплового потока? Тепловой поток

Количество тепла, проходящее через данную поверхность в единицу времени, называется тепловым потоком Q, Вт .

Количество тепла, через единицу поверхности в единицу времени, называется плотностью теплового потока или удельным тепловым потоком и характеризует интенсивность теплообмена.

(9.4)

Плотность теплового потока q, направлена по нормали к изотермической поверхности в сторону, обратную градиенту температуры, т. е. в сторону уменьшения температуры.

Если известно распределение q по поверхности F, то полное количество тепла Q _τ, прошедшее через эту поверхность за время τ, найдется по уравнению:

(9.5)

а тепловой поток:

(9.5')

Если величина q постоянна по рассматриваемой поверхности, то:

(9.5")

5. Как формулируется и математически выражается закон Фурье для теплопровод- ности? По какой причине в его записи появляется знак минус?

В 1807 году французский ученый Фурье доказал экспериментально, что во всякой точке тела (вещества) в процессе теплопроводности присуща однозначная взаимосвязь между тепловым потоком и градиентомтемпературы:

,

Закон Фурье для поверхностной плотности теплового потока принимает вид:

.

Знак «минус» обозначает, что векторы теплового потока и градиента температуры разнонаправленные. Следует понимать, что теплота передается в направлении спада температуры.

6. Как называют коэффициент, входящий в запись закона Фурье? В чем его физи- ческий смысл и в каких единицах он измеряется?

λ – коэффициент теплопроводности, Вт/(м К). Коэффициент теплопроводности устанавливает физические параметры вещества, и описывает его способность проводить теплоту. Коэффициент теплопроводности находим по формуле:

.

Численно коэффициенттеплопроводности диагностируется количеством теплоты, проходящим в единицу времени через единицу изотермической поверхности при соблюдении требования gradt=1.

Его размерность Вт/(м·К). Величину указанного параметра для разнообразных материалов находим из справочных таблиц, сформированных на данных полученных эмпирически.

7. Какие факторы влияют на величину теплопроводности материалов? Как обычно выражается зависимость теплопроводности от температуры? Теплопроводность строительных материалов напрямую зависит от их плотности, пористости, структуры и формы пор, температуры, влажности, фазового состава влаги и других факторов.

Увеличение количества мелких и замкнутых пор всегда существенно снижает теплопроводность. В крупных порах, а особенно в сообщающихся между собой, возникают конвективные потоки воздуха, снижающие теплоизоляционный эффект пористости.

8. Как изменяется теплопроводность углеродистых сталей с увеличением содержа- ния в них углерода? Как влияют на величину теплопроводности металлов присадки 9 и термообработка?

9. Какие материалы называются теплоизоляционными, как и почему теплопровод- ность теплоизоляционных материалов зависит от их пористости и влажности?

10. Как записывается дифференциальное уравнение теплопроводности в прямо- угольной и цилиндрической системах координат? Как называется входящий в диф- ференциальное уравнение теплопроводности коэффициент и в чем его физический смысл? λ, с_р и ρ постоянны; внутренние источники тепла отсутствуют; тело одно­родно и изотропно; используется закон сохранения энергии, ко­торый для данного случая формулируется следующим образом: разность между количеством тепла, вошедшим вследствие тепло­проводности в элементарный параллелепипед за время dτ и вышед­шим из него за то же время, расходуется на изменение внутренней энергии рассматриваемого элементарного объема. В результате приходим к уравнению:

.

Величину называют оператором Лапласа и обычно обозначают сокращенно ² t (знак читается «набла»); величину λ / cρ называют коэффициентом температуропроводности и обозначают буквой а. При указанных обозначениях дифференциальное уравнение теплопроводности принимает вид

. (5-10)

11. Что такое термическое сопротивление, и как оно связано с теплопроводностью материала? Термическое сопротивление — тепловое сопротивление, способность тела (его поверхности или какого-либо слоя) препятствовать распространению теплового движения молекул.

12. Как определить термическое сопротивление многослойной стенки, если извест- ны сопротивления ее слоев?

ермическое сопротивление такой стенки равно сумме термических сопротивлений отдельных слоев:

. (9.11)

13. Как подсчитать температуру на любой промежуточной изотермической поверх- ности плоской и цилиндрической стенок?

14. В чем заключается существо стационарных методов определения теплопровод- ности? В чем преимущества и недостатки стационарных методов? 15. Какие величины необходимо измерять при определении теплопроводности ме- тодом цилиндрического слоя? По какой формуле вычисляется теплопроводность при использовании этого метода?

15. Какие величины необходимо измерять при определении теплопроводности ме- тодом цилиндрического слоя? По какой формуле вычисляется теплопроводность при использовании этого метода? 1. Теоретические основы работы.

Рассмотрим стационарный процесс теплопроводности в цилиндрической стенке с внутренним радиусом r=r₁ и внешним радиусом r=r₂. На поверхностях стенки заданы постоянные температуры t_c1 и t_c2. В заданном интервале температур теплопроводность материала стенки постоянна. Температура стенки изменяется только в радиальном направлении. Процесс стационарный. При данных допущения уравнение теплопроводности выглядит так:

; (1)

16. Какие условия необходимо обеспечить при определении теплопроводности ме- тодом цилиндрического слоя?