20) Способы переноса теплоты.
Всего существует три простых (элементарных) вида передачи тепла:
Теплопроводность
Конвекция
Тепловое излучение
Существуют также различные виды сложного переноса тепла, которые являются сочетанием элементарных видов. Основные из них:
теплоотдача (конвективный теплообмен между потоками жидкости или газа и поверхностью твёрдого тела);
теплопередача (теплообмен от горячей жидкости к холодной через разделяющую их стенку);
конвективно-лучистый перенос тепла (совместный перенос тепла излучением и конвекцией);
термомагнитная конвекция
Совокупность значений температуры в данный момент времени для всех точек изучаемого пространства называется температурным полем:
t = f(x,y,z,τ) ,
где:t –температура тела; x,y,z -координаты точки; τ - время.
Изотермической поверхностью называется геометрическое место точек в температурном поле, имеющих одинаковую температуру.
Градиент температуры - вектор, направленный по нормали к изотермической поверхности в сторону возрастания температуры и численно равный производной от температуры по этому направлению.
21) Тепловой поток — количество теплоты, переданное через изотермическую поверхность в единицу времени. Тепловой поток измеряется в ваттах или ккал/ч (1 вт = 0,86 ккал/ч). Тепловой поток, отнесённый к единице изотермической поверхности, называется плотностью теплового потока или тепловой нагрузкой; обозначается обычно q, измеряется в Вт/м2 или ккал/(м2×ч). Плотность теплового потока — вектор, любая компонента которого численно равна количеству теплоты, передаваемой в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной к направлению взятой компоненты.
Перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия составляющих его частиц, приводит к выравниванию температуры тела. Обычно количество переносимой энергии, определяемое как плотность теплового потока, пропорционально градиенту температуры -закон Фурье. Коэффициент пропорциональности называют коэффициентом теплопроводности. Закон Фурье применим для описания теплопроводности газов, жидкостей и твердых тел, различие будет только в коэффициентах теплопроводности.
22) Дифференциальное уравнение теплопроводности.
|
Это уравнение называется дифференциальным уравнением теплопроводности или уравнением Фурье и лежит в основе математической теории теплопроводности. Коэффициент темп-ти a является физическим параметром вещества. Из уравнения следует, что изменение температуры во времени для любой точки тела пропорционально величине a.
Так как дифференциальное уравнение теплопроводности выведено на основе общих законов физики, то оно описывает явление теплопроводности в самом общем виде. Поэтому можно сказать, что полученное дифференциальное уравнение описывает целый класс явлений теплопроводности. Чтобы из бесчисленного количества выделить конкретно рассматриваемый процесс и дать его полное математическое описание, к дифференциальному уравнению необходимо присоединить математическое описание всех частных особенностей рассматриваемого процесса. Эти частные особенности, которые совместно с дифференциальным уравнением дают полное математическое описание конкретного процесса теплопроводности, называются условиями однозначности или краевыми условиями. Условия однозначности включают в себя: ◊ геометрические условия, характеризующие форму и размеры тела, в которых протекает процесс; ◊ физические условия, характеризующие физические свойства среды и тела; ◊ временные (начальные) условия, характеризующие распределение температур в изучаемом теле в начальный момент времени; ◊ граничные условия, характеризующие взаимодействие рассматриваемого тела с окружающей средой.