ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Основы термодинамики Первый закон термодинамики из "Основы термодинамики, газовой динамики и теплопередачи " В теории теплообмена используются первый и второй законы термодинамики. Первый закон как одна из форм закона сохранения энергии лежит в основе уравнений теплового баланса (уравнения теплопередачи). Второй закон термодинамики определяет направление процесса переноса теплоты, что учитывается введением соответствующего знака в расчетных уравнениях и формулах. Однако для описания конкретных физических условий, в которых происходит перенос теплоты, в теории теплообмена используются и другие, более частные физические законы (закон Фурье, второй закон Ньютона, закон Планка и др.). [c.207] Теплопроводностью называется процесс передачи тепла от одной частицы тела к другой или от одного тела к другому, когда эти частицы (тела) соприкасаются друг с другом. [c.207] Поле называется однородным, если во всех точках пространства температура одинакова. Если температуры в различных точках неодинаковы, то поле называется неоднородным. Поверхности, на которых расположены точки с одинаковыми температурами, называются изотермическими, а сечение изотермических поверхностей — изотермами. Изотермическая поверхность может быть либо замкнутой, либо кончается на границах тела. Очевидно, что вдоль изотермической поверхности тепло распространяться не может. [c.208] Градиент — мера наибольшей интенсивности изменения температуры в теле, он является векторной величиной. Положительным направлением градиента считается то направление, в котором температура возрастает. [c.209] Любая изотермическая поверхность разделяет тело на две области, в одной из которых температура более высокая, в другой — менее высокая. Теплота переходит через изотермическую поверхность в область более низкой температуры. Количественно интенсивность теплообмена характеризуется плотностью теплового потока д. [c.209] Французский ученый Ж- Б. Фурье в 1807 г. установил, что плотность теплового потока пропорциональна градиенту температуры. [c.209] Коэффициент теплопроводности газов, а в особенности паров сильно зависит от давления. Численное значение коэффициента теплопроводности для разных веществ меняется в очень широких пределах — от 425 вт/м град у серебра, до величин порядка 0,01 вт/м град у газов. Это объясняется тем, что механизм передачи теплоты теплопроводностью в различных физических средах различен. [c.210] Газы имеют невысокую теплопроводность (порядка 0,01—1 вт/м град), которая сильно возрастает с ростом температуры. [c.211] Теплопроводность жидкостей ухудшается с ростом температуры. Исключение составляют вода и глицерин. Вообще коэффициент теплопроводности капельных жидкостей выше, чем у газов, но ниже, чем у твердых тел и лежит в пределах от 0,1 до 0,7 вт/м-град. [c.211] Рассмотрим плоскую однородную стенку толщиной б, выполненную из материала, коэффициент теплопроводности которого л не зависит от температуры. Левая поверхность стенки поддерживается при заданной постоянной по высоте стенки температуре tu правая — при более низкой, но тоже постоянной температуре 2-Температура стенки будет меняться только по ее толщине, в направлении оси л (рис. 11.3), т. е. температурное поле будет одномерным, а градиент температуры будет равен дt/дx. Найдем плотность теплового потока через заданную стенку и установим характер изменения температуры по толщине стенки. [c.211] Плотность теплового потока в плоской стенке прямо пропорциональна коэффициенту теплопроводности, перепаду температур и обратно пропорциональна толщине стенки. [c.212] Температура по толщине однородной стенки изменяется по закону прямой линии. [c.212] В практике технических расчетов чаще встречаются многослойные плоские стенки. При условии плотного прилегания отдельных слоев решение задачи теплопроводности, полученное для однослойной плоской стенки, можно распространить и на многослойную стенку. [c.212] Для примера рассмотрим задачу о теплопроводности плоской трехслойной стенки (рис. 11.4). Каждый из слоев состоит из однородного материала с коэффициентами теплопроводности каждого слоя Хи А,г, Хз. Известны температуры наружных поверхностей многослойной стенки и 4 и толщина каждого слоя бь бг, бд. Предположим, что температуры и постоянны, т. е. рассматриваем опять одномерную задачу тогда постоянной и одинаковой для всех слоев будет и плотность теплового потока. Требуется определить величину д и температуры соприкасающихся поверхностей слоев г и которые по условиям задачи неизвестны. [c.212] Температура в каждом слое стенки при Я=сопз1 меняется линейно. Следовательно, для многослойной стенки температурная кривая представляет собой ломаную линию. [c.214] Это уравнение показывает, что линия t = t x) расположена тем круче, чем больще плотность теплового потока через стенку и чем меньше коэффициент теплопроводности материала стенки. [c.214] В многослойной стенке величина одинакова для всех слоев. В этом случае угол наклона температурной линии тем ближе к 90°, чем меньше X. Так, в примере на рис. 11.4 принято, что Xз Xl 2. [c.214] Задача о теплопроводности цилиндрической стенки представляет большой технический интерес. Решение такой задачи позволяет провести расчет передачи тепла в трубах, которые широко используются как поверхность нагрева в различного вида теплообменниках. [c.214] Предполагаем, что температура не меняется по оси трубы и по окружности трубы, по углу р (рис. 11.5), т. е. как и в случае плоской стенки, задача является одномерной. Допустим, что стенка выполнена из однородного материала, коэффициент теплопроводности X которого известен и не зависит от температуры. Известны также внутренний и наружный радиусы трубы г и г 2 И температуры внутренней и наружной поверхностей и /2, которые не меняются во времени. [c.215] Зависимость температуры от радиуса в цилиндрической стенке изображается логарифмической кривой. [c.217] Вернуться к основной статье