Строительная теплотехника. Виды теплопередачи. Уравнение теплопроводности. Теплообмен на поверхностях ограждения. (Лекция 2)

1. Строительная теплотехника

Преподаватель
Соколов Александр Николаевич

2. Лекция 2 - Тезисы

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

3. Виды теплопередачи

3
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

4. Метод измерения теплопроводности

4
Метод измерения теплопроводности

5. Решение задач теплопроводности связано с определением

5
Решение задач теплопроводности
связано с определением
уравнение Лапласа
уравнение Фурье

6.

6
-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

7. Дифференциальное уравнение теплопроводности (уравнение Фурье)

7
Дифференциальное уравнение
теплопроводности (уравнение Фурье)
При отсутствии внутренних источников тепла

8.

8
Дифференциальное уравнение
теплопроводности при одномерном
распространении тепла (в направлении x)
уравнение Фурье
t
t
2
c x
2

9.

9
Коэффициент
температуропроводности
м
a
c с
2

10.

10
Физический смысл уравнения Фурье
в каждой точке среды
изменение температуры во времени
пропорционально
пространственному изменению градиента
температуры

11.

11
В случае неоднородного материала
dt
q ( x )
dx
dq
d
dt
( x )
dx
dx
dx

12.

12
Нелинейное уравнение
теплопроводности с переменными
коэффициентами
t
t
c ( x)
( x )
x
x
t
t
t
t
c ( x, y, z )
( x, y, z ) ( x, y, z ) ( x, y, z )
x
x y
y z
z

13.

13
Уравнение Фурье
является
уравнением нестационарного поля
любого потенциала переноса

14.

14
При стационарных условиях
t
0

15.

15
Дифференциальное уравнение
температурного поля
при стационарных условиях
уравнение Лапласа
2
2
2
t t t
0
2
2
2
x
y
z
2
d t
0
2
dx

16.

16
Физический смысл уравнения Лапласа
t t t
0
2
2
2
x
y
z
2
2
2
t
t
t
2 2 2 0
x
y
z
2
2
2
q q q
0
x y z

17.

17
Плотность теплового потока
q gradt
dt
q
dx

18.

18
При одномерной передаче тепла
через однородный слой
2
d t
0
2
dx
t f (x) – линейная функция
• Плотность теплового потока
q Const

19.

19
Для плоского однородного слоя
2
d t
0
2
dx
Граничные условия:
x 0 t 1
x t 2

20.

20
Интегрируем
dt
C1
dx
2
d t
0
2
dx
t C1 x C 2

21.

21
Из граничных условий
x 0 t 1
1 C2
C2 1
x t 2
2 C1 C 2
1 2
C1

22.

22
Распределение температур по толщине
слоя
t C1 x C 2
1 2
t
x 1
1 2
t 1
x

23.

23
Плотность теплового потока
dt
q
dx
1 2
dt
C1
dx
q 1 2

24.

24
В случае неоднородного материала
t
t
c ( x)
( x )
x
x
t
0
t
(
x
)
0
x
x

25.

25
В случае неоднородного материала
t
t
c ( x)
( x )
x
x
t
0
t
(
x
)
0
x
x
2
t
x
0
R
2
R

26. Конвекция

26
Конвекция
– перенос тепла движущимися
частицами жидкости или газа. При
этом перенос теплоты осуществляется
одновременно конвекцией и
теплопроводностью

27. Конвекция

27
Конвекция
в кг/(м2∙с);
где
- скорость;
- плотность жидкости.

28. Конвекция

28
Конвекция
Естественная конвекция – движение обусловлено
разностью температур, следовательно
неодинаковой плотностью

29. Конвекция

29
Конвекция
Вынужденная конвекция – движение частиц
вызвано внешним воздействием

30. Излучение

30
Излучение
– перенос энергии в виде электромагнитных
волн между двумя взаимно излучающими
поверхностями (различно нагретыми
поверхностями твёрдых тел, разделённых
лучепрозрачной средой)

31. Теплопередача излучением

31
Теплопередача излучением
При нагревании какого-либо тела часть тепловой
энергии превращается на его поверхности в
энергию лучистую. Излучение тепла
поверхностью тела аналогично световому
излучению и отличается от него длиной волн.
Видимые световые лучи имеют длины волн от 0,4
до 0,8 μ, а тепловые (инфракрасные) лучи – от 0,8
до 800 μ.
Законы распространения, отражения и
преломления, установленные для видимых
световых лучей, справедливы и для тепловых.

32.

32
Материал
Кирпич красный, мрамор
шлифованный, штукатурка,
рубероид и т.д.
Степень черноты
0.91-0.94
Краски малярные
0.8
Гладкая поверхность бетона
0.6
Железо оцинкованное
0.28
Железо полированное
0.128
Алюминий
0.04-0.06

33.

33
Спектральная интенсивность
распределение излучаемой энергии по длинам волн
характеризуется
спектральной интенсивностью излучения
dR
d
R d
0

34.

34
Кривые зависимостей
спектральной интенсивности излучения
от длины волны для источников, имеющих различную температуру

35.

35
Тепловое излучение
• Закон Вина
T max Const

36.

36
Тепловое излучение
• Длины волн
8 10 8 10
• При температуре
7
4
м
0 150 C
o
(11 7) 10
6
м

37.

37
Тепло, передаваемое излучением от
более нагретой поверхности S1 к
поверхности S2
Q =5,67 ПР S1 ((T1/100)4 – (T2/100)4)
ПР – приведенный относительный коэффициент
излучения при теплообмене между двумя
серыми поверхностями
– угловой коэффициент излучения

38.

38
Теплопередача
– перенос
тепла
из одной воздушной среды
(более нагретой)
в другую (менее нагретую)
через разделяющую эти среды ОК,
включающий все виды теплообмена

39.

39
Тепловосприятие
– процесс
теплообмена
между поверхностью ОК
и прилегающей к ней
нагретой воздушной средой

40.

40
Теплоотдача
– процесс
теплообмена
между поверхностью ОК
и прилегающей к ней
охлажденной воздушной средой

41.

41
Теплообмен на поверхностях
ограждения
q t
к л

42.

42
Коэффициенты теплоотдачи
внутренней и наружной
поверхностей
в int i
н ext e

43.

43
Коэффициенты теплоотдачи
внутренней и наружной
поверхностей
q
в
(t в в )
q
н
( н t н )
Вт
2
м К

44.

44
Количество теплоты, передаваемое
конвекцией, зависит от
• Разности температур
воздуха и поверхности
• Характера движения воздуха

45.

45
Тепло, передаваемое излучением от
более нагретой поверхности S1 к
поверхности S2
Q =5,67 ПР S1 ((T1/100)4 – (T2/100)4)
ПР – приведенный относительный
коэффициент излучения при теплообмене
между двумя серыми поверхностями
– угловой коэффициент излучения

46.

46
Q =5,67 ПР S1 ((T1/100)4 – (T2/100)4)
q = 5,67 ПР ((T1/100)4 – (T2/100)4)
((T1/100)4 – (T2/100)4) = b ( 1 – 2)
b = 0,81 + 0,01 ( 1 + 2)/ 2
q = 5,67 ПР b ( 1 – 2) = л( 1 – 2)

47.

47
q 5,67 пр b(t R в ) л (t R в )
tR
i
i
i i
i
t R t ср
S
S
i
i
i

48.

48

49.

49