Тезисы. Лекция 2

Лекция 2 - Тезисы
Виды теплопередачи
Уравнение теплопроводности
Теплообмен на поверхностях ограждения

Температурное поле
одновременное распределение температур в рассматриваемой среде

Изолинии температур двумерного поля: x, y – направление координат t = f (x,y)

Градиент температуры

Тепловой поток – количество теплоты переносимое за единицу времени
Плотность теплового потока – количество теплоты, переносимое за единицу времени через единицу площади

Однородное температурное поле в плоской протяжённой стене:
t = f(x); t – изолинии температур; Q – направление потока тепла

Схема распределения температур и одномерного направления потоков тепла в плоских ограждающих конструкциях, однородных в теплофизическом отношении
а – конструкция, выполненная из одного материала;
б – конструкция слоистая, выполненная из различных материалов;
t1-t4 - изолинии распределения температур; Q – одномерное направление потока тепла нормальное к изолиниям температур

Элементы формирования двумерных (1, 2, 3, 4) и трёхмерных (5, 6, 7) температурных полей в наружных ограждениях здания

Двумерные (плоские) температурные поля геометрически сложных элементов однородных наружных стен: а – наружного угла; б - простенка

Виды теплопередачи
Теплопроводность
Конвекция
Излучение

Виды теплопередачи
Теплопроводность
теплообмен между непосредственно соприкасающимися частицами среды с различной температурой, при котором происходит обмен энергией теплового движения структурных частиц (молекул, атомов, свободных электронов)
Теплопроводность не связана с переносом вещества

Метод измерения теплопроводности

Решение задач теплопроводности связано с определением
уравнение Лапласа
уравнение Фурье

Количество тепла, проходящее через слой площадью S толщиной за время при разности температур .
Коэффициент теплопроводности материала характеризует способность материала в той или иной степени проводить тепло через свою массу
количество тепла, проходящее за 1 с через 1 м2 слоя толщиной 1 м при разности температур на границах слоя в 1 градус

Решение задач теплопроводности связано с определением
уравнение Лапласа
уравнение Фурье

Дифференциальное уравнение теплопроводности (уравнение Фурье)
при отсутствии внутренних источников тепла

Коэффициент температуропроводности

Дифференциальное уравнение теплопроводности (уравнение Фурье)
при отсутствии внутренних источников тепла

Дифференциальное уравнение теплопроводности при одномерном распространении тепла (в направлении x)
уравнение Фурье

Дифференциальное уравнение теплопроводности при одномерном распространении тепла (в направлении x)
уравнение Фурье

Физический смысл уравнения Фурье
в каждой точке среды
изменение температуры во времени
пропорционально
пространственному изменению градиента температуры

В случае неоднородного материала

Нелинейное уравнение теплопроводности с переменными коэффициентами

Уравнение Фурье
является
уравнением нестационарного поля
любого потенциала переноса

При стационарных условиях

Дифференциальное уравнение температурного поля
при стационарных условиях
уравнение Лапласа

Физический смысл уравнения Лапласа

При одномерной передаче тепла через однородный слой
– линейная функция
Плотность теплового потока

Плотность теплового потока

Для плоского однородного слоя
Граничные условия:

Интегрируем

Из граничных условий

Распределение температур
по толщине слоя

Плотность теплового потока

Термическое сопротивление

В случае неоднородного материала

Конвекция
– перенос тепла движущимися частицами жидкости или газа. При этом перенос теплоты осуществляется одновременно конвекцией и теплопроводностью

Конвекция
Естественная конвекция – движение обусловлено разностью температур, следовательно неодинаковой плотностью

Конвекция
Вынужденная конвекция – движение частиц вызвано внешним воздействием

Излучение
– перенос энергии в виде электромагнитных волн между двумя взаимно излучающими поверхностями (различно нагретыми поверхностями твёрдых тел, разделённых лучепрозрачной средой)

Виды теплопередачи
Излучение
закон Стефана – Больцмана
R = σ T4, σ = 5,67·10 – 8 Вт/(м2 К4)
q = σ T4 = 5,67(T1/100)4 (Вт/м2)
q = σ ε T14 = 5,67ε (T1/100)4 (Вт/м2)

Спектральная интенсивность
распределение излучаемой энергии по длинам волн
характеризуется
спектральной интенсивностью излучения

Кривые зависимостей
спектральной интенсивности излучения
от длины волны для источников, имеющих различную температуру

Тепловое излучение
Закон Вина

Тепловое излучение
Длины волн м
При температуре
м

Тепло, передаваемое излучением
R = σ T4, σ = 5,67·10 – 8 Вт/(м2 К4)
q = σ (T14 –T24 )=
= 5,67((T1/100)4-(T2/100)4 ) (Вт/м2)
q = σ ε (T14 -T24)
= 5,67ε ((T1/100)4–(T2/100)4) (Вт/м2)

Тепло, передаваемое излучением от более нагретой поверхности S1 к поверхности S2
Q =5,67 εПР S1 ψ ((T1/100)4 – (T2/100)4)
εПР – приведенный относительный коэффициент излучения при теплообмене между двумя серыми поверхностями
ψ – угловой коэффициент излучения

Теплопередача
– перенос тепла
из одной воздушной среды
(более нагретой)
в другую (менее нагретую)
через разделяющую эти среды ОК,
включающий все виды теплообмена

Тепловосприятие
– процесс теплообмена
между поверхностью ОК
и прилегающей к ней
нагретой воздушной средой

Теплоотдача
– процесс теплообмена
между поверхностью ОК
и прилегающей к ней
охлажденной воздушной средой

Теплообмен на поверхностях ограждения

Коэффициенты теплоотдачи внутренней и наружной поверхностей

Количество теплоты, передаваемое конвекцией, зависит от
Разности температур воздуха и поверхности
Характера движения воздуха

Конвекция
У внутренней поверхности – естественная
У наружной поверхности – вынужденная

Коэффициент теплообмена конвекцией
на внутренней поверхности
Потолок
Стены
Пол