ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Основной закон теплопроводности Фурье из "Теория теплопроводности " Необходимым условием распространения тепла является наличие температурного градиента. Опыт показывает, что передача тепла теплопроводностью происходит по нормали к изотермической поверхности от мест с большей температурой к местам с меньшей температурой. [c.7] Следовательно, вектор q называется вектором теплового потока, направление которого противоположно температурному градиенту (оба вектора направлены по нормали К изотермической поверхности, но в противоположные стороны). [c.7] Проекция вектора q на любое избранное направление I есть также вектор q,, скалярная величина которого равна q- os(n, /). [c.7] касательные к которым совпадают с направлением вектора q, называются линиями теплового тока. Линии теплового тока перпендикулярны к изотермическим поверхностям в точках пересечения с ними. Касательная к линиям теплового тока, взятая в обратном направлении, указывает направление градиента температуры (рис. 1.1). [c.7] Основной закон теплопроводности может быть сформулирован так плотность теплового потока прямо пропорциональна нап ряженности температурного поля, или плотность теплового потока прямо пропорциональна градиенту температуры, т. е. [c.7] Коэффициент теплопроводности является физической характеристикой тела в отношении его способности к теплопроводности. Физический смысл коэффициента теплопроводности и его зависимость от основных параметров тела могут быть вскрыты при рассмотрении механизма передачи тепла в теле в соответствующем состоянии. [c.8] Коэффициент теплопроводности разных веществ изменяется в широких пределах например, X = 0,0086 em/jti-грай (0,0074 ккал1м-ч-град) для четыреххлористого углерода при 100°С и X = 416 втШ-град 358 ккал/м-ч-град) для серебра при 273°К (0°С). Коэффициент теплопроводности зависит от химического состава, физического строения и состояния вещества. [c.8] Теплопроводность в газах и парах в значительной мере обусловлена молекулярным переносом кинетической энергии движения молекул, поэтому вполне естественно, что коэффициенты X для газов и паров малы. [c.8] В жидкостях перенос тепла теплопроводностью происходит по типу распространения продольных колебаний аналогично распространению звука. Поэтому коэффициенты теплопроводности жидкостей больше коэффициентов теплопроводности газов. Молекулярная структура кристаллических тел способствует переносу тепла. [c.8] В металлах перенос тепла теплопроводностью в значительной мере определяется переносом энергии свободными электронами. Различия в коэффициенте теплопроводности разнообразных неоднородных материалов объясняются эффектом пористости. Для волокнистых материалов типичным нарушением однородности является анизотропия, проявляющаяся в неодинаковой теплопроводности в различных направлениях. Коэффициент теплопроводности зависит от температуры для многих металлов он уменьшается с повышением температуры по линейному закону. [c.9] Коэффициент теплопроводности газов увеличивается с повышением температуры, а от давления практически не зависит, за исключением очень высоких (больше абсолютного давления 2000 ат) и очень низких (меньше 10 мм. рт. ст.) давлений. Для смеси газов коэффициент теплопроводности X определяется опытным путем и не подчиняется закону аддитивности. Коэффициент теплопроводности жидкости лежит в пределах от 0,093 до 0,7 вт/м-град. С повышением температуры для большинства жидкостей коэффициент теплопроводности уменьшается, исключение составляют вода и глицерин. Коэффициент теплопроводности строительных и теплоизоляционных материалов изменяется в пределах от 0,0233 до 2,8 вт м-град, с повышением температуры он увеличивается примерно по линейному закону. Материалы с низким значением коэффициента теплопроводности (Х 0,23 вт м-град) обычно называют теплоизоляционными материалами. [c.9] Для определенного интервала температуры ДТ = Та—можно считать Коэффициент теплопроводности постоянным, равным среднему арифметическому значению коэффициента X при температурах h Tj. [c.9] Согласно уравнению (9), плотность потока тепла прямо пропорциональна градиенту объемной концентрации внутренней энергии тела. Коэффициент пропорциональности равен коэффициенту температуропроводности при постоянном объеме тела. [c.9] Таким образом, коэффициент а равен количеству тепла, протекающего в единицу времени через единицу поверхности, при перепаде объемной концентрации внутренней энергии в 1 Злс/л на единицу длины нормали. [c.10] По своему физическому смыслу коэффициент температуропроводности йр характеризует перенос энтальпии тела путем молекулярного движения. [c.10] Таким образом, коэффициент температуропроводности является коэффициентом диффузии внутренней энергии (а ,) или энтальпии (Ор) в зависимости от условий сопряжения тела с окружающей средой (v = onst или р = onst). [c.10] Для твердых тел удельная изохорная теплоемкость мало отличается от удельной изобарной теплоемкости Ср, поэтому можно считать = = В аналитической теории теплопроводности твердых тел коэффициенты температуропроводности считают одинаковыми независимо от условий сопряжения тела с окружающей средой, т. е. [c.10] Следовательно, для определения количества тепла, протекшего через какую-либо поверхность твердого тела, необходимо знать температурное поле внутри тела. Нахождение температурного поля и составляет главную задачу аналитической теории теплопроводности. [c.11] В феноменологической теории теплопроводности предполагается, что скорость распространения тепла является, бесконечно большой. Это предположение подтверждается результатами расчета температурных полей в различных телах при обычных условиях, встречающихся в практике. Однако в разреженных средах при высокоинтенсивных нестационарных процессах теплообмена необходимо учитывать, что тепло распространяется не бесконечно быстро, а с некоторой, хотя и очень большой, но конечной скоростью w,. На это впервые обратил внимание П. Вернотт [117]. Независимо от него автором книги была предложена гипотеза о конечных скоростях распространения тепла и массы для тепло- и влагопереноса в капиллярно-пористых телах [44]. [c.11] Уравнение (2) аналогично уравнению вязкого течения для неньютоновских (вязкоупругих) жидкостей. Остановимся на этом подробно. [c.12] Вернуться к основной статье