Теплопередача - наука о процессах распространения теплоты во времени и пространстве.
Основы теории тепло-
и массообмена
- Главная
- Разное
- Дизайн
- Бизнес и предпринимательство
- Аналитика
- Образование
- Развлечения
- Красота и здоровье
- Финансы
- Государство
- Путешествия
- Спорт
- Недвижимость
- Армия
- Графика
- Культурология
- Еда и кулинария
- Лингвистика
- Английский язык
- Астрономия
- Алгебра
- Биология
- География
- Детские презентации
- Информатика
- История
- Литература
- Маркетинг
- Математика
- Медицина
- Менеджмент
- Музыка
- МХК
- Немецкий язык
- ОБЖ
- Обществознание
- Окружающий мир
- Педагогика
- Русский язык
- Технология
- Физика
- Философия
- Химия
- Шаблоны, картинки для презентаций
- Экология
- Экономика
- Юриспруденция
Теплотехника. Основы теории тепло- и массообмена. (Лекция 11) презентация
Содержание
- 1. Теплотехника. Основы теории тепло- и массообмена. (Лекция 11)
- 2. Теплопередача может осуществляться тремя различными видами передачи
- 3. Теплота передается за счет непосредственного соприкосновения частиц,
- 4. Температурным полем называется совокупность значений температуры t
- 5. Если температура каждой точки тела зависит от
- 6. Геометрическое место точек с одинаковой температурой образуют
- 7. К определению градиента температуры Градиент температуры
- 8. Предел отношения изменения температуры Δt к расстоянию
- 9. Количество тепла Q, проходящее в единицу времени
- 10. Тепловой поток
- 11. Связь между удельным тепловым потоком и градиентом
- 12. Полное количество теплоты, проходящее за время τ
- 13. Коэффициент пропорциональности λ, Вт/(м.К) – называется коэффициентом
- 14. Для различных веществ коэффициент λ различен и
- 15. где λ0 и λ – значения коэффициентов
- 16. 1) Для газов λ лежит в пределах
- 17. Дифференциальное уравнение теплопроводности описывает явление в самом
- 18. Геом. условия определяют форму и размеры тела,
- 19. Граничные условия определяют тепловое взаимодействие тела с
- 20. Гран. условия II рода Задается распределение плотности
- 21. Гран. условия III рода. Задается температура внешней
- 22. Гран. условия IV рода Задаются в том
- 23. Однородная стенка. Рассмотрим однородную плоскую стенку толщиной
- 24. При распространении тепла в плоской однородной стенке
- 25. (20) Количество тепла, переданное через 1 м2
- 26. (21) Отношение λ /δ наз. тепловой проводимостью,
- 27. При λ=const температура однородной стенки меняется по
- 28. С учетом λ = f(t), уравнение температурной
- 29. Стенка, состоящая из нескольких разнородных слоев называется
- 30. Теплопроводность и теплопередача многослойной плоской стенки Многослойная стенка
- 31. Изменение температуры в каждом слое: Сумма изменений
- 32. Удельный тепловой поток: Для n-слойной стенки удельный
- 33. Многослойная стенка
Теплопередача может осуществляться тремя различными видами передачи теплоты: теплопроводностью, кон-векцией и тепловым излучением. Коэффициент к, Вт/(м2.К), называется коэффициентом теплопередачи, он характеризует скорость передачи теплоты через единицу поверхности при разности температур
Слайд 1Основное уравнение теплопередачи:
Q =k(tf1 – tf2)Fτ, (1)
где tf1 и tf2 - температуры
нагретой и холодной жидкостей; F - расчетная поверхность теплопередачи; τ -время.
Слайд 2Теплопередача может осуществляться тремя различными видами передачи теплоты: теплопроводностью, кон-векцией и
тепловым излучением.
Коэффициент к, Вт/(м2.К), называется коэффициентом теплопередачи, он характеризует скорость передачи теплоты через единицу поверхности при разности температур между жидкостями в 1 К.
Теплопередача
Слайд 3Теплота передается за счет непосредственного соприкосновения частиц, имеющих различную температуру, что
приводит к обмену энергией между молекулами, атомами и свободными электронами.
Теплопроводностью называется молекулярный перенос теплоты в сплошной среде (в твердых телах, капельных жидкостях и газах).
Теплопроводность определяется тепловым движением микрочастиц тела (молекул, атомов, ионов, электронов).
Теплопередача
Слайд 4Температурным полем называется совокупность значений температуры t в данный момент времени
τ для всех точек пространства.
Если температура является функцией пространственных координат (х, у, z), то такое поле называется стационарным или установившимся.
Уравнение температурного поля:
Т = f (x, y, z, τ)
(2)
Теплопередача
Слайд 5Если температура каждой точки тела зависит от времени τ, т. е.
T = f (х, у, z, τ), то поле наз. нестационарным или неустановившимся.
Температура может быть функцией одной, двух трех координат. Соответственно и температурное поле наз. одно-, двух- и трехмерным.
Более простой вид имеет уравнение одномерного стационарного температурного поля:
t= t(x)
Теплопередача
Слайд 6Геометрическое место точек с одинаковой температурой образуют изотермическую поверхность. Изотермические поверхности
друг с другом не пересекаются, все они или замыкаются на себе, или кончаются на границе тела. Изменение температуры в теле наблюдается лишь в направлениях пересекающих эти поверхности.
Наиболее резкое изменение температуры наблюдается в направлении нормали n к изотермической поверхности.
Теплопередача
Слайд 8Предел отношения изменения температуры Δt к расстоянию между изотермами по нормали
n называется температурным градиентом:
(3)
Температурный градиент является вектором, направленным по нормали к изотермической поверхности в сторону возрастания температуры (град/м).
Градиент температуры
Слайд 9Количество тепла Q, проходящее в единицу времени через изотермическую поверхность F,
называется тепловым потоком.
Тепловой поток q на 1 м2 поверхности называется удельным тепловым потоком.
Тепловой поток q на 1 м2 поверхности называется удельным тепловым потоком.
Тепловой поток и удельный тепловой поток - векторы, положительное направление которых совпадает с направлением распространения теплоты и противоположно вектору градиента температуры.
Тепловой поток
Слайд 11Связь между удельным тепловым потоком и градиентом температуры называется законом теплопроводности,
или законом Фурье
Вт/м2
где q – удельный тепловой поток;
λ - коэффициент теплопроводности вещества,
Вт/(м.град);
grad t – градиент температуры, град/м.
(4)
плотность теплового потока пропорциональна градиенту температуры.
Закон Фурье
Слайд 12Полное количество теплоты, проходящее за время τ через изотермическую поверхность F,
равно:
Закон Фурье
Для определения количества теплоты, проходящего через какую-либо поверхность твердого тела, необходимо знать температурное поле внутри рассматриваемого тела. Нахождение температурного поля и является главной задачей теории теплопроводности.
Слайд 13Коэффициент пропорциональности λ, Вт/(м.К) – называется коэффициентом теплопроводности, является теплофизическим параметром
и характеризует способность вещества проводить теплоту:
(5)
Здесь F - площадь поперечного сечения параллелепипеда, l – длина его грани.
Коэффициент теплопроводности
Слайд 14Для различных веществ коэффициент λ различен и в общем случае зависит
от структуры, плотности, влажности, давления, температуры.
В технических расчетах значения λ находят по справочным таблицам.
Т.к. при распространении тепла температура в различных частях различна, то нужно знать λ= f (T). Для большинства материалов эта зависимость почти линейная:
Коэффициент теплопроводности
Слайд 15где λ0 и λ – значения коэффициентов теплопроводности при t0 и
t; b - постоянная, определяемая из опыта.
Общее количество тепла, переданное через стенку площадью F м2 за время τ, составит
(6)
Дж
Коэффициент теплопроводности
Слайд 161) Для газов λ лежит в пределах 0,005-0,5 Вт/(м·0С ).
2)
Для капельных жидкостей λ лежит в пределах 0,08-0,7 Вт/(м·0С ).
3) Для строительных и теплоизоляционных материалов λ лежит в пределах 0,02-3,0 Вт/(м·0С). Материалы с λ•0,2 Вт/(м·0С ) - называют теплоизоляционными.
4) Для металлов λ лежит в пределах 20-400 Вт/(м·0С). Самые теплопроводные серебро (λ ≈ 410), медь (λ ≈ 395), золото (λ ≈ 300).
Коэффициент теплопроводности
Слайд 17Дифференциальное уравнение теплопроводности описывает явление в самом общем виде. Для конкретного
процесса, следует дать дополнительное математическое описание процесса, называемое условиями однозначности (единственности), которые включают в себя: геометрические, физические, начальные и граничные условия.
Условия однозначности.
Начальные и граничные условия
Слайд 18Геом. условия определяют форму и размеры тела, в которых имеет место
процесс теплопроводности.
Физические условия состоят из задания теплофизических свойств тела с, λ, а и распределения внутренних источников теплоты.
Начальные условия — сведения о начальном распределении температуры в твердом теле, т. е. задается поле температуры t0=f(x, у, z, 0) в момент времени τ=0.
Начальные условия
Слайд 19Граничные условия определяют тепловое взаимодействие тела с окружающей средой и бывают
4-х родов.
Граничные условия I рода. Задается распределение температуры на поверхности тела tw как функции координат поверхности тела {xw, yw, zw) и времени:
tw = f(xw, yw, zw, τ).
При постоянстве температуры во времени и на поверхности
tw =const.
Граничные условия
Слайд 20Гран. условия II рода Задается распределение плотности теплового потока на поверхности
тела qw в любой момент времени:
Если тепловой поток на поверхности постоянен, то qw = const.
Граничные условия
Слайд 21Гран. условия III рода. Задается температура внешней среды tf и условия
теплообмена этой среды с поверхностью тела по закону конвективного теплообмена:
откуда
Граничные условия
Слайд 22Гран. условия IV рода Задаются в том случае, если тело многослойное,
т. е. состоит из слоев с различными теплофизическими свойствами. При идеальном тепловом контакте тепловые потоки на поверхностях соприкасающихся сред одинаковы:
как одинакова и температура тел на поверхности соприкосновения: t1s = t2s.
Граничные условия
Слайд 23Однородная стенка.
Рассмотрим однородную плоскую стенку толщиной б, λ=const, t1 и t2=
const
Схема теплопередачи через стенку
Теплопроводность плоской стенки
Слайд 24При распространении тепла в плоской однородной стенке только в одном направлении
(вдоль оси х):
Т.к q = const при стационарном тепловом режиме:
C - const интегрирования определяется из граничных условий: при х = 0; t = t1= С; а при х = б; t = t2.
(19)
(18)
Вт/м2
Теплопроводность плоской стенки
Слайд 25(20)
Количество тепла, переданное через 1 м2 стенки в единицу времени прямо
пропорционально λ, разности температур наружных поверхностей Δt и 1/δ .
Теплопроводность плоской стенки
Слайд 26(21)
Отношение λ /δ наз. тепловой проводимостью, а δ /λ - ее
тепловым или термическим сопротивлением.
Если в уравнение (19) подставить С и q, то получим уравнение температурной кривой:
(22)
Теплопроводность плоской стенки
Слайд 27При λ=const температура однородной стенки меняется по линейному закону. Но λ
= f (T), для большинства материалов:
Для плоской стенки имеем:
(23)
Разделив переменные и произведя интегрирование, получим:
(24)
Теплопроводность плоской стенки
Слайд 28С учетом λ = f(t), уравнение температурной кривой в стенке :
Температура
стенки изменяется не по прямой, а по кривой.
(25)
Теплопроводность плоской стенки
Слайд 29Стенка, состоящая из нескольких разнородных слоев называется многослойной.
При стационарном режиме удельный
тепловой поток – const для всех слоев :
(26)
Многослойная стенка
Слайд 31Изменение температуры в каждом слое:
Сумма изменений температуры в каждом слое составляет
полный температурный напор:
(27)
(28)
Многослойная стенка
Слайд 32Удельный тепловой поток:
Для n-слойной стенки удельный тепловой поток равен:
q из (26)
подставить в (27) :
(29)
(30)
(31)
Многослойная стенка
