Теплопроводность и теплопередача разница: Теплоотдача и теплопередача фактор — Справочник химика 21

Содержание

Теплоотдача и теплопередача фактор — Справочник химика 21

    Коэффициент К определяют по коэффициентам теплообмена (теплоотдачи), характеризующим эффективность передачи тепла от горячего агента к холодному. При решении задач по расчету теплопередачи в теплообменных аппаратах коэффициент К обычно подбирают из практических данных, учитывая основные факторы, от которых он зависит. Практические данные о коэффициентах теплопередачи некоторых теплообменных аппаратов высокопроизводительных установок приведены в табл. 5. [c.102]
    Вследствие сказанного коэффициент теплоотдачи при кипении изменяется по длине аппарата, а в.месте с ним меняется и коэффициент теплопередачи. Рассмотрим, каково влияние этого фактора при условии, что изменением коэффициента теплоотдачи аг со стороны некипящего теплоносителя можно пренебречь. Для этого изучим, насколько отличается величина площади теплопередающей поверхности, полученная по формуле (1.
16), т. е. / лог, от своего точного интегрального значения Рщ . [c.60]

    Хотя каждый из корректирующих факторов может изменяться в широких пределах, зависящих от конструкции теплообменника, общий перепад давления со стороны кожуха в типичном кожухотрубном теплообменнике составляет примерно 20—30% перепада давления, который рассчитывался бы для потока через такой же теплообменник, но без учета перетечек и эффектов байпасирования. Фактически это самый большой недостаток предыдущих соотношений для расчета перепадов давления. При отсутствии представления о существенном влиянии перетечек и байпасных потоков ничего необычного не было в том, что результаты расчетов перепада давления по некоторым методикам просто завышались в 2, а то и в 10 раз. Следует, однако, отметить, что завышенные перепады давления могут существенно повлиять на расчеты теплопередачи в кожухотрубном теплообменнике. Как правило, размеры элементов конструкции рассчитаны на предельно допустимое значение перепада давления.

Если перепады давления завышены, то возникает необходимость в увеличении шага размещения перегородок, диаметра кожуха или других изменений размеров кожуха, которые уменьшают скорость жидкости в межтрубном пространстве. Но уменьшение скорости приводит к снижению коэффициентов теплоотдачи и увеличению размеров аппарата, В некоторых случаях в результате уменьшения скорости может увеличиться загрязнение поверхности теплообмена. Таким образом, корректное определение перепадов давления не менее важно, чем расчеты коэффициентов теплоотдачи. [c.27]

    В отличие от коэффициента теплопередачи К коэффициент теплоотдачи а характеризует скорость переноса теплоты в теплоносителе. Коэффициент теплоотдачи зависит от многих факторов режима движения и физических свойств теплоносителя (вязкости, плотности, теплопроводности и т.д.), геометрических параметров каналов (диаметра, длины), состояния поверхности омываемых теплоносителями стенок (шероховатая, полированная и т. п.). Таким образом, коэффициент теплоотдачи является функцией многих переменных, и простота уравнения (11.

32) только кажущаяся, так как получить аналитическую зависимость для определения а очень сложно. [c.278]


    Процессы теплообмена имеют большое значение в химической, энергетической, металлургической, пищевой и других отраслях промышленности. В теплообменных аппаратах теплопередача от одной среды к другой через разделяющую их стенку обусловлена рядом факторов и является сложным процессом, который принято разделять на три элементарных вида теплообмена теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение. На практике эти явления не обособлены, находятся в каком-то сочетании и протекают одновременно. Для теплообменников наибольшее значение имеет конвективный теплообмен или теплоотдача, которая осуществляется при совокупном и одновременном действии теплопроводности и конвекции. 
[c.112]

    Кроме того, конструкция печи влияет на теплопередачу посредством своих элементов, предназначенных для сжигания топлива, превращения в тепло электроэнергии и перемещения газов. От этих конструктивных элементов зависят интенсивность и характер тепловыделения, скорость и направление движения газов, т.е. факторы, которыми определяется температура газовой среды ГД1) (функция времени — продолжительности передачи тепла) и суммарный (включающий излучение и конвекцию) коэффициент теплоотдачи а ., или а . (формула (12.8) и (12.9)). 

[c.627]

    Гидродинамическую аналогию используют также для процесса теплопередачи. При этом фактор массоотдачи заменяется на фактор теплоотдачи  [c.114]

    Теплопередача конвекцией представляет собой весьма сложный контактный процесс теплообмена, зависящий от большого количества факторов, оказывающих влияние на величину коэффициента теплоотдачи конвекцией (ккал/м час град), входящего в качестве множителя в известную формулу Ньютона, [c.356]

    В сочетании с зависимостями для расчета теплоотдачи со стороны воды и переноса тепла через стенку трубки формула (1) дает возможность рационально проектировать трубные пучки конденсаторов. При расчете по этой методике среднего по поверхности пучка коэффициента теплопередачи могут быть отдельно учтены основные теплофизические, режимные и геометрические факторы, воздействующие на тенлообмен в конденсаторе. 

[c.148]

    Первым и основным фактором, определяющим процесс теплообмена, является коэффициент теплопередачи, вторым — потери напора в скруббере Вентури. Оба эти фактора являются функцией скорости воздуха в горловине и удельного расхода воды, подаваемой на орошение. Поэтому исследования и обработка результатов опытов были направлены на выяснения взаимосвязи указанных величин. Коэффициенты теплопередачи рассчитывали по суммарному количеству тепла, переходящего от воздуха к воде в результате как конвективного теплообмена, так и путем испарения части воды, и относили к площади поперечного сечения горловины. Такой расчет используется нри охлаждении ненасыщенных газов в полых скрубберах [2, 31 коэффициенты теплоотдачи являются средними для аппарата в целом.[c.93]

    Основной характеристикой температурного поля, являющейся индикатором дефектности, служит величина локального температурного перепада. Координаты места перепада, его рельеф или, иными словами, топология температурного поля и его величина в градусах являются функцией большого количества факторов. Эти факторы можно подразделить на внутренние и внешние. Внутренние факторы определяются теплофизическими свойствами контролируемого объекта и дефекта, а также их геометрическими параметрами. Эти же факторы определяют временные параметры процесса теплопередачи, в основном, процесса развития температурного перепада. Внешними факторами являются характеристики процесса теплообмена на поверхности объекта контроля (чаще всего величина коэффициента конвективной теплоотдачи), мощность источника нагрева и скорость его перемещения вдоль объекта контроля. 

[c.529]

    Теплопередача от псевдоожиженного слоя к поверхности теплообмена подчиняется законам, отличающимся от законов теплообмена между газовым потоком и твердыми частицами псевдоожиженного слоя.

Теплообмен менаду псевдоожиженным слоем и погруженной в него поверхностью теплообмена во многом определяется скоростью газового потока и порозностью слоя. С увеличением скорости газа усиливается интенсивность перемешивания, способствующая выравниванию температуры в псевдоожиженном слое как по оси, так и по радиусу, т. е. повышению интенсивности теплообмена. Вместе с тем увеличение скорости способствует увеличению порозности слоя, т. е. уменьшению концентрации твердой фазы. Это обстоятельство должно вызвать уменьшение теплопередачи, так как при уменьшении концентрации твердой фазы объемная теплоемкость среды, окружающей поверхность теплообмена, уменьшается. Такое двоякое действие скорости газового потока является причиной максимума зависимости коэффициента теплоотдачи от скорости газового потока [116, 44]. До тех пор, пока с повышением скорости газа порозность увеличивается незначительно, увеличение интенсивности перемешивания является доминирующим фактором и коэффициент теплоотдачи возрастает при увеличении скорости.
[c.144]

    Естественно ожидать, что факторы, способствующие теплоотдаче от стенки к жидкости, должны усиливать теплопередачу при кипении. Таким фактором может быть искусственное перемешивание или перемешивание, вызванное движением поднимающихся пузырьков. Движение последних зависит от геометрического расположения греющей поверхности и от того, происходит ли испарение в свободном или ограниченном пространстве. Таким образом, на процесс теплопередачи при испарении влияет геометрическая форма и расположение поверхности теплопередачи. [c.109]


    Коэффициенты теплоотдачи а и теплопередачи К не являются физическими константами, зависящими только от физических свойств жидкости или газа и твердого тела, между которыми происходит теплообмен. Они зависят от многих факторов и прежде всего от характера движения газа или жидкости. 
[c.39]

    При расчете процессов теплопередачи наибольшую трудность представляет определение частных коэффициентов теплоотдачи. Изучение процессов теплопередачи ведется как в теоретическом, так и в экспериментальном направлении. В первом случае задачи решаются математически, во втором — путем непосредственного опыта. Вследствие ограниченности возможностей аналитического решения дифференциальных уравнений в изучении процесса теплоотдачи большое значение приобретает эксперимент. Однако экспериментальное изучение сложных процессов, зависящих от большого числа отдельных факторов, является очень трудной задачей. Одним из средств для решения этой задачи является теория подобия, которая по своему существу является теорией эксперимента. 

[c.69]

    Первое приближение. Примем значение коэффициента теплопередачи С/в = = 312 Вт/(м2-°С). Принятое значение в расчете на единицу полной наружной поверхности оребренной трубы с низкими ребрами меньше, чем для гладкой трубы. Это является следствием того, что термические сопротивления с внутренней стороны трубы должны будут умножаться на большие значения отношения площадей наружной и внутренней поверхностей трубы, тогда как все остальные факторы, такие, как скорости и сопротивления загрязнения, остаются теми же. Средневзвешенная эффективность оребренной поверхности незначительно уменьшает эффективный коэффициент теплоотдачи от потока в межтрубном пространстве к трубе  [c.366]

    Скорость фазового перехода из газообразного состояния в твердое. Эта скорость определяется интенсивностью отвода тепла из газовой фазы и из образующейся затем твердой фазы. При проведении сублимации без добавления в конденсатор холодного газа-носителя фактором, определяющим скорость процесса, является обычно коэффициент теплоотдачи от пара к поверхности конденсации. В этом случае величина общего коэффициента теплопередачи лежит в пределах 2,44—9,77 ккал м ч — град). Исключительно высокие скорости охлаждения могут быть получены при добавлении холодного газа-носителя непосредственно в пар или при дополнительном охлаждении потока пара путем прямого контакта с инертной жидкостью. [c.602]

    Вследствие такой сложной зависимости коэффициента теплоотдачи йг от многих факторов еще не найдено достаточно надежных общих формул, и для расчетов часто приходится пользоваться опытными значениями коэффициента теплопередачи К.[c.398]

    Это значение несколько велико с точки зрения генерации шума (для отопительных систем зданий скорость воздуха должна быть ниже 6,1 м сек), но в данном случае шум не является лимитирующим фактором. Первое приближение может быть получено подстановкой этого значения в 14-ю строку табл. 11.4, вместе с величиной 1,52 м/сек для скорости воды в трубах. Последнее значение было выбрано исходя из приемлемого значения перепада давлений по водяной стороне. Массовая скорость (строчка 15) представляет собой произведение величин, стоящих в строках 13 и 14 для воздуха и воды соответственно. Коэффициент теплопередачи рассчитывается согласно операциям, указанным в строках 21—27 таблицы. Отметим только, что при расчете величины, стоящей в 24-й строке, коэффициент теплоотдачи с водяной стороны был умножен на отношение теплообменных поверхностей с водяной и воздушной сторон соответственно. [c.222]

    Наиболее капитальными опытами по теплообмену между кипящим слоем и теплообменником являются опыты А. В. Чечет-кина [12]. Эти опыты проводились с целью определения локальных значений коэффициентов теплоотдачи, определения средних по поверхности коэффициентов теплопередачи, выявления зависимости этих коэффициентов от различных определяющих факторов, в том числе от влажности воздуха и скорости фазовых превращений. Опыты проводились на трех специальных экспе- [c.70]

    Требуемые высокие значения эффективности теплопередачи говорят о том, что применяемая схема движения теплоносителя должна быть близкой к противоточной. По-видимому, этому условию удовлетворяет многоходовая пере-крестнопоточная схема (см. рис. 1.14). Анализ рис. 4.4 показывает, что при характерной для этого случая постоянной разности температур и величине подогрева, в четыре раза превышающей разность температур, отношение длины к диаметру непрерывного круглого канала для воздуха должно быть равно примерно 300. Большие значения коэффициента теплоотдачи при поперечном обтекании оребренных труб могут снизить эту величину примерно вполовину. Если принять Ид, = 150, то ориентировочное значение скорости воздуха люжет быть определено, исходя из допустимой величины перепада давления (фактор трения, отнесенный к эквивалентному диаметру проходного, сечения приблизительно. равен 0,13). Таким образом, [c.222]

    При работе испарителей в схеме холодильной машины появляется ряд специфических эксплуатационных факторов, оказывающих значительное влияние на теплоотдачу и теплопередачу в аппарате. К таким факторам относятся наличие масла в хладагенте, перегрев паров хладагента на выходе из испарителя, наличие пара на входе в испаритель. [c.177]

    В результате поверочных расчетов теплообменных аппаратов из уравнения (128) определяют действительное значение коэффициента теплопередачи Это значение сравнивают с величиной /Сер, вычисляемой по уравнению (139) при свойствах и скоростях потоков, наблюдавшихся во время испытаний установок. Отклонения /С р от Кср могут вызываться погрешностями измерений на установке, а также погрешностями расчетных формул для определения коэффициентов теплоотдачи, которые могут недостаточно полно учитывать масштабный фактор, связанный с неравномерным распределением материальных и тепловых потоков. Уменьшение К р по сравнению с Кср может быть связано с дефектами изготовления оборудования, а также с условиями эксплуатации, например забивкой аппаратов водой или углекислым газом. [c.204]

    Коэффициент теплопередачи Кг, определяемый в основном величиной коэффициента теплоотдачи аг от стенки к кипящей жидкости, зависит от большого числа конструктивных и физико-химических факторов, важнейшими из которых являются  [c.148]

    При тепловом расчете описываемых типов аппаратов обычно рассматривают четыре фактора, влияющие на скорость теплопередачи (рнс. 5.15) теплоотдачу пограничного слоя греющей жидкости к металлической стенке, теплопроводность стенки, теплоотдачу от стенки к пограничному слою нагреваемой жидкости и теплоотдачу от пограничного слоя нагреваемой жидкости к основной массе жидкости. При обычных толщинах стенки аппарата, вследствие хорошей теплопроводности металла, влияние этого фактора на общую скорость теплопередачи мало по сравнению с влиянием коэффициентов теплоотдачи пограничных слоев жидкости. Кроме того, коэффициент теплоотдачи от стенки аппарата к реакционной массе рассматривают как единый фактор, так как его величина сильно зависит от изменения температуры. [c.144]

    На интенсивность теплопередачи при кипении влияют следующие факторы 1) величина удельного теплового потока дг, зависящая от разности температур между теплопередающей поверхностью и кипящей жидкостью 0 , физических свойств жидкости 2) смачиваемость теплопередающей поверхности жидкостью если кипящая жидкость хорошо смачивает поверхность, то пузырьки образуются небольшие, легко отделяются от поверхности, улучшая теплопередачу. Масло, растворенное в холодильном агенте, ухудшает смачиваемость, а следовательно, теплоотдачу 3) конструкция испарителя при парообразовании внутри вертикальных труб всплывающие пузырьки пара усиливают теплообмен и способствуют подъему парожидкостной смеси скорость подъема тем больше, чем меньше диаметр труб 4) скорость движения теплоносителя 5) загрязнение [c. 156]

    Интенсивность выпаривания, а следовательно, и производительность выпарной установки зависят от ряда факторов. Решающим фактором является теплоотдача от греющего пара выпариваемому раствору. Чем выше полезная разность температур, тем выше скорость движения раствора в трубах греющей камеры и тем интенсивнее идет процесс выпаривания. С повышением концентрации увеличивается вязкость раствора, снижается скорость циркуляции и перемешивания, ухудшается теплопередача и снижается интенсивность выпаривания. Поэтому во II и III корпусах выпаривают меньше воды, чем в I корпусе. [c.126]

    А. Тепло- и массопереиос к твердым телам и жидким средам прн внешнем обтекании тел и течении в каналах, при вынужденной и естественной конвекции. Перенос теплоты к твердым телам и жидким средам при ламинарном течении с заданными граничными условиями или условиями сопряжения полностью описывается законом теплопроводности Фурье, если только тепловые потоки не превышают своих физических пределов (фононный, молекулярный, электронный перенос н т. д.). Возможность решения сложных задач в большей или меньшей степени зависит только от наличия необходимой вычислительной техники. Для расчета ламинарных течений, включая и снарядный режим, к настоящему времени разработано достаточно много стандартных про1-рамм, и их число продолжает непрерывно увеличиваться. Случай движущихся тел включает в себя также и покоящиеся тела, так как координатную систему можно связать с телом и, таким образом, исключить относительное движение. Поэтому методы расчета теплопередачи к твердым телам и жидким средам при их ламинарном течении полностью аналогичны. Единственным фактором, влияющим на тепловой поток как при нестационарном нагреве твердого тела, так и при квазистационар-ном ламинарном течении, является время контакта. Хотя часто коэффициент теплоотдачи нри ламинарном течении представляется как функция скорости, необходимо обязательно помнить, что скорость течения есть только мера времени контакта или времени пребывания среды в теплообменнике. Эта концепция обсуждалась в 2. 1.4, где было показано, каким образом и — а-метод, используемый обычно для описания ламинарного теплообмена, можно применить и для расчета нестационарного теплопереноса а твердом теле. В разд. 2.4 эта концепция получает даль- [c.92]

    Задача о теплопередаче от неподвижного диска в системе двух дисков в настоящее время не решена. В связи с этим температура поверхности рабочего электрода определялась с помощью эмпирических уравнений, полученных методом математического планирования эксперимента. За выходной параметр принималась температура поверхности металла, определяемая с помощью зачеканенной в образец хромель-копелевой термопары, а факторами были частота вращения верхнего диска, температура раствора в ячейке и плотность теплового потока (при теплоотдаче от раствора к металлу — температура хладагента). [c.176]

    В трубчатых печах конверсии основным фактором, лимитируицим скорость процесса, является теплоотдача от внутренней поверхности трубч к потоку газа. При исследовании переноса в зернистом слое можй о пользоваться как коэф циентом теплопередачи, так и эффективным коэффициентом теплопрсводимости олоя, рассмотренным выше. [c.65]

    Коэффициент теплоотдачи со стороны закрученного газового потока зависит от многих факторов, влияюших на гидродинамическую структуру потока. Реализация процесса энергетического разделения в закрученном газовом потоке усложняет картину взаимодействия потоков, процесс теплопередачи и теплоотдачи. [c.151]

    Если при нагреве тонкого тела перепад температур АГ» по его толщине изменяется во времени незначительно, то при нагреве массивных тел величина АТ» может изменяться в широких пределах, достигая величин, не допустимых с точки зрения качества нагрева. Поэтому величина удельной поверхности нагрева играет при нагреве тонких тел иную роль, чем при нагреве массивных. В первом случае ее главная роль заключается в увеличении теплоотдачи на поверхность изделия, во втором — в интенсификации теплопередачи внутри изделия. Иными словами, в первом случае она интенсифицирует определяющий процесс, во втором —- определяемый процесс. В первом случае увеличение удельной поверхности нагрева можно заменить воздействием других факторов, например увеличением оАГср, во втором случае единственный путь интенсификации нагрева — это максимально возмолсное увеличение удельной поверхности нагрева. Это следует из того, что к для данного материала есть величина постоянная, а увеличениеДГср по технологическим причинам возможно в ограниченных пределах. Указанное имеет принципиальное значение при расчете и конструировании печей. [c.29]

    Следует отметить, что во многих случаях при тепловом расчете теплообменников существенной является не абсолютная величина коэффициента теплопередачи, а относительное изменение этой величины ори переходе от одного режима (работы к другому. При таком переходе гео метричеоюие факторы, определяющие со бой значения коэффициентов теплопередачи, а также понравоч-ный коэффициент на загрязнение, остаются неизменными. Влияние остальных факторов на коэффициенты теплоотдачи, как было установлено выще, может быть сведено к двум основным, а именно к влиянию скорости или расхода каждой из сред я к влиянию средней температуры этих сред в теплообменнике. Так, при теплоотдаче от воды к стенке или от стенки к воде имеем [c.123]

    Однако практически зависимость толщины пограничного слоя от. ряда параметров заставляет пользоваться уравнением (12), где а=а — коэффициенту теплоотдачи конвекцией. В отличие от других коэффициентов, применяемых в теории теплопередачи, коэффициент к есть величина, зависящая от многих факторов и определяемая исключительно опытным путем. Так как теплоотдача конвекцией органически связана с гидродинамическими условиями в потоке и свойствами среды, составляющей поток, то наиболее общим выражением, позволяющим находить коэффициент теплоотдачи конвекцией при вынужденном движении, является взаимосвязь между числами Нуссельта (Ыи=акХа1Х), Рейнольдса [Re — wxa ) и Пранд-тля (Яа = г1(с/Я ), представленная уравнением [c. 85]

    Дэйвидсон пришел к выводу, что определяющим фактором теплопередачи в трубах с толстыми стенками является не коэффициент теплоотдачи от стенки к жидкости, а теплопроводность материала стенки. Автору не удалось непосредственно измерить коэффициент теплоотдачи. Однако экстраполируя измеренные значения коэффициента теплопередачи для труб с различной толщиной стенки к значениям, которые могли бы быть при нулевой толщине, Дэйвидсон получил возможность оценить величину коэффициента теплоотдачи к кипящей жидкости. Эта величина превышает 2,4 10 ккал/м — час° С. Вероятно, поверхностное кипение в зоне подогрева явилось основной причиной того, что полученные коэффициенты теплоотдачи были в 4 раза выше рассчитанных по уравнению Диттуса и Волтера. Рассматривая механизм теплообмена для условий, в которых проведены опыты, Дэйвидсон предложил при обобщении экспериментальных данных использовать следующие критерии  [c.68]

    При рассмотрении факторов, оказывающих влияние на задержку при самовоспламенении, нельзя игнорировать также гидродинамическое состояние смеси. Однако действие этого фактора следует рассматривать совместно с условиями горения в камере сгорания. Так, известно, что в дизельном двигателе при движении воздуха или газовой смеси задержка воспламенения уменьшается. Это объясняют тем, что одновременно с интенсификаи.ией теплопередачи от воздуха к распыленному топливу происходит также усиление химического действия. Однако такое объяснение сомнительно. Ниже, в разд. 5.4, где рассматривается самовоспламенение предварительно перемешанных газов, будет показано, что перемежающиеся вихри и пульсации течения оказывают негативное действие на развитие и ускорение газофазных химических реакций и, следовательно, затрудняют воспламенение. Это объясняется не только усилением теплоотдачи к стенкам реакционного сосуда, но также тем, что вихри и пульсации препятствуют локальному накоплению тепла и активных молекул, выделяемых в ходе химической реакции. Исходя из этого, можно охидать, что для распыленного топлива, ио крайней мере в тех случаях, когда задержка воспламенения [c. 88]

    Анализ системы, состоящей из уравнения (2.44) и кинетического уравнения реакции первого порядка, проведен в работах [96, 97]. Такой подход удобно использовать для моделирования процессов получения крупногабаритных блоков, так как часто из-за низкой теплопроводности режим их получения близок к адиабатическому (число БиоСО, ). Более полная постановка задачи моделирования процесса химического формования в форме дается анализом режимов работы периодического реактора без смешения при нестационарно протекающих химических процессах и кондуктивном теплопереносе. Один из вариантов расчета может быть выполнен при следующих допущениях [98] реакция, протекающая в рассматриваемой области, является одностадийной и необратимой теплопередача в зоне реакции осуществляется путем теплопроводности движение реагирующего вещества и связанный с ним конвективный механизм передачи тепла отсутствуют исходное вещество и продукты реакции находятся в одном фазовом состоянии, т. е. протекание реакции не сопровождается фазовыми превращениями лраиица рассматриваемой области непроницаема для вещества теплообмен на границе раздела происходит по закону Ньютона величины, характеризующие физические свойства вещества (теплопроводность, теплоемкость, плотность), химическую реакцию (энергия активации, предэкспоненциальный фактор, тепловой эффект) и условия протекания процесса (давление, температура окружающей среды, форма и размеры области, коэффициент теплоотдачи), в ходе процесса не изменяются.[c.54]

    Одним из факторов, ограничивающих производительность установок по каталитической газификации, является скорость теплопередачи через стенки труб от греющего газа к компонентам реакции. В периодических процессах тепло, необходимое для реформинга, аккумулируется в слое катализатора. Углерод, отложив-цшйся на катализаторе и снижающий его активность, выжигают воздухом, обеспечивая таким образом подвод тепла для процесса. Количество тепла, подводимого в течение каждого цикла, ограничено количеством, которое может быть накоплено в слое катализатора, скоростью подвода тепла изнутри частиц катализатора к наружной поверхности и скоростью теплоотдачи от поверхности частиц к газам-реагентам. [c.328]

    Приведенная выше методика теплового расчета процесса вальцевания пригодна лишь для проведения приближенных или ориентировочных расчетов. Это обусловлено тем, что выражение (2.17) для количества теплоты, уносимого охлаждающей водой, предполагает, что соответ-ствуюихая часть энергии практически мгновенно передается от вальцуемого материала к воде. Однако скорость теплопередачи в значительной степени зависит от величины существующих термических сопротивлений, условий теплоотдачи и гидродинамического режима течения воды. Поэтому разность температур воды на выходе и на входе в валок не является произвольной, а определяется указанными выше факторами. [c.31]

    Если В последовательных опытах (трех и более) при исследовании теплообменника скорость жидкости изменяется лишь внутри труб или только в межтрубном пространстве, то и зменёииё общего коэффициента теплопередачи зависит только от изменения соответствующего коэффициента теплоотдачи. Например, общий коэффициент теплопередачи получен из трех опытов, в которых скорость жидкости, текущей по трубкам, составляла соответственно 0,61, 1,22 и 2,44 ж/сек скорость жидкости, находящейся в меЖтрубном пространстве, сохраняется постоянной. Из теории теплопередачи известно, что а1=йУ , где размерная константа Ь характеризует неизменяюшиеся факторы в выражении для коэффициента теплоотдачи. Поскольку Яот/бот, Яотл/ботл и 2 являются величинами, сохраняющими в этих опытах постоянное значение, то сумма их обратных величин есть некоторая размерная константа а. Тогда уравнение (П1-89) можно записать в следующем виде ,  [c.220]


Разница между теплопроводностью и температуропроводностью — Разница Между

Теплопроводность и температуропроводность — два термина, используемые в термической и статистической физике. Теплопроводность является часто используемым термином в физике, в то время как температуро

Основное отличие — теплопроводность от температуропроводности

Теплопроводность и температуропроводность — два термина, используемые в термической и статистической физике. Теплопроводность является часто используемым термином в физике, в то время как температуропроводность является редко используемым термином в теплофизике. Теплопроводность материала является мерой способности этого материала проводить тепло через него. Температуропроводность материала, с другой стороны, является тепловой инерцией этого материала. Это основное различие между теплопроводностью и температуропроводностью. Теплопроводность тесно связана с температуропроводностью. Соотношение между двумя величинами может быть выражено в виде уравнения.

Эта статья охватывает,

1. Что такое теплопроводность? — определение, единица измерения, формула, свойства теплопроводников

2. Что такое температуропроводность? — Определение, Единица измерения, Формула, Свойства

3. В чем разница между теплопроводностью и температуропроводностью?


Что такое теплопроводность

В физике теплопроводность — это способность материала проводить тепло. Теплопроводность обозначается символом K. Единицей измерения теплопроводности в СИ является ватт на метр Кельвина (Вт / мК). Теплопроводность данного материала часто зависит от температуры и даже направления теплопередачи. Согласно второму закону термодинамики тепло всегда течет из горячей области в холодную область. Другими словами, чистый теплообмен требует градиента температуры. Чем выше теплопроводность материала, тем выше будет скорость теплопередачи через этот материал.

Обратная величина теплопроводности данного материала известна как тепловое сопротивление из этого материала. Это означает, что чем выше теплопроводность, тем ниже удельное тепловое сопротивление. Теплопроводность (K) материала может быть выражена как;

K (T) = α (T)п (T) Cп(Т)

Где α (T) — температуропроводность, p (T) — плотность, спТ- удельная теплоемкость

Такие материалы, как алмаз, медь, алюминий и серебро, имеют высокую теплопроводность и считаются хорошими теплопроводниками. Алюминиевые сплавы широко используются в качестве радиаторов, особенно в электронике.Материалы, такие как дерево, полиуретан, глинозем и полистирол, с другой стороны, имеют низкую теплопроводность. Поэтому такие материалы используются в качестве теплоизоляторов.

Теплопроводность материала может изменяться, когда фаза материала изменяется от твердого к жидкому, от жидкого к газу или наоборот. Например, теплопроводность льда изменяется, когда лед тает в воду.

Хорошие электрические проводники обычно являются хорошими проводниками тепла. Тем не менее, серебро является относительно слабым теплопроводником, хотя это хороший электрический проводник.

Электроны — основной вклад в теплопроводность металлов, тогда как колебания решетки или фононы — основной вклад в теплопроводность неметаллов. В металлах теплопроводность приблизительно пропорциональна произведению электропроводности и абсолютной температуры. Однако электропроводность чистых металлов уменьшается, когда температура увеличивается, так как электрическое сопротивление чистых металлов увеличивается с ростом температуры. В результате произведение электрического сопротивления и абсолютной температуры, а также теплопроводности остается приблизительно постоянным с увеличением или уменьшением температуры.

Diamond является одним из лучших тепловых преобразователей при комнатной температуре, имея теплопроводность более 2000 Вт на метр на Кельвин.

Что такое температуропроводность

Температуропроводность материала — это тепловая инерция этого материала. Его можно понимать как способность материала проводить тепло относительно тепла, накопленного на единицу объема.

Температуропроводность материала может быть определена как теплопроводность, деленная на произведение удельной теплоемкости и плотности. Это может быть выражено математически как;

α (T) = K (T) / (п(Т) Сп(Т))

α (T) = температуропроводность

Это означает, что чем выше температуропроводность, тем выше теплопроводность. Поэтому материалы, имеющие более высокую температуропроводность, быстро пропускают тепло через них. Температуропроводность газа очень чувствительна к температуре и давлению. Единицей измерения температуропроводности СИ является м2s-1.

В отличие от теплопроводности, коэффициент температуропроводности не является часто используемым термином. Однако это важное физическое свойство материалов, которое помогает понять способность материала проводить тепло относительно тепла, накопленного на единицу объема.

Пиролитический графит имеет температуропроводность 1,22 × 10−3 м2/ s

Разница между теплопроводностью и температуропроводностью

Определение:

Теплопроводность: Теплопроводность материала является мерой способности этого материала проводить тепло через него.

Температуропроводность: Под температуропроводностью можно понимать способность материала проводить тепло относительно тепла, накопленного на единицу объема.

Формула для расчета

Теплопроводность (K) материала может быть выражена как;

K (T) = α (T) ρ (T) Cp (T)

Где α (T) — температуропроводность, ρ (T) — плотность, Cp (T) — удельная теплоемкость

Температуропроводность (α) материала может быть выражен через теплопроводность как;

α (T) = K (T) / (ρ (T) Cp (T))

Обозначается:

Теплопроводность: К

Температуропроводность: α

Единица СИ:

Теплопроводность: Вт / мК

Температуропроводность: м2.

Размеры

Теплопроводность: M1L1T−3Θ−1

Температуропроводность: L2.

Изображение предоставлено:

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА И КУЛИНАРИЯ. КОНВЕКЦИЯ.: mariareznor — LiveJournal

Еще один вид теплопередачи, с которым мы все сталкиваемся на кухне, — конвекция — передача тепла перемещающимися струями газа или жидкости. Обратите внимание, что при конвекции тепло передается посредством переноса вещества, в отличие от теплопроводности, где перенос тепла происходит от частицы к частице. Когда жидкость или газ нагреваются, та их часть, что находится ближе к источнику тепла, расширяется, становится менее плотной и поднимается наверх, а ее место занимает более холодное вещество, и так далее. Таким образом тепло распространяется в веществе равномерно.

Конвекция переносит тепло быстрее, чем теплопроводность и бывает двух видов: свободная (нагревание/остывание воды в океане, воздуха в комнате и т. д.) и вынужденная (с применением грубой силы: размешивание ложкой чая в стакане, вентилятор).

Когда вы держите руку над газовой горелкой, вы чувствуете тепло. Источник нагревает воздух, он расширяется, становится чуть менее плотным и поднимается наверх.

В кулинарии мы можем наблюдать это явление в кипящей воде, масле для фритюра, духовке. Когда-нибудь надеюсь написать о том, как удивительно работают все эти техники.

В кастрюле с водой, масле для фритюра или духовке образуются постоянно циркулирующие конвекционные потоки из-за неравномерного нагрева (сильнее возле дна кастрюли, возле источника тепла). Большие куски еды создают препятствие для этих потоков, появляются пятна, внося в процесс готовки элемент рандома. По этой причине, например, не стоит утрамбовывать ногами пакеты с продуктами в су вид ванну, оставьте место для свободной циркуляции воды.

Когда вы готовите что-то в жидкости (вине, воде, бульоне), вы тоже сталкиваетесь с явлением конвекции. Конвекция в жидкостях намного быстрее, чем в газах, из-за более высокой плотности первых. Поэтому вы можете свободно поместить руку в духовку на некоторое время, но если вы тоже самое сделаете с горячей жидкостью, то немедленно получите ожог.

Вынужденная конвекция в духовке, например, осуществляется благодаря работе вентиляторов, которые гоняют потоки воздуха. Вокруг куска еды из-за трения о шероховатую поверхность продуктов обычно образуется тонкий изолирующий слой воздуха, который мешает нагреву, вынужденная конвекция помогает этот слой разогнать. В жидкости работает тот же принцип, если вы просто перемешаете ее ложкой, нагрев будет происходить быстрее.

Этот принцип работает не только с нагревом, но и с охлаждением. Существуют специальные промышленные холодильные установки, которые, подобно духовке с конвекцией, охлаждают продукты потоками холодного воздуха, разгоняя изолирующий слой.

Чтобы определить, насколько быстро тепло перемещается от источника к продукту, нам нужно учитывать такие показатели, как плотность, вязкость и скорость потока. Коэффициент теплопередачи охватывает эти три свойства и показывает, какое количество теплоты переходит от более нагретого вещества к менее нагретому за единицу времени.
Например, конвекционная печь и классический духовой шкаф — оба переносят тепло за счет конвекции, но первая при этом готовит многие продукты значительно быстрее. Это объясняется разницей коэффициента теплопередачи.

Стационарная теплопроводность и теплопередача тел

Рассмотрим стационарный процесс теплопередачи через бесконечную однородную плоскую стенку толщиной й (рис. 13.6). Задана теплопроводность стенки %, температуры окружающей среды i i и ж2, коэффициенты теплоотдачи i и ог- Необходимо найти тепловой поток от горячей жидкости к холодной и температуры на поверхностях стенки i и с2- Плотность теплового потока от горячей среды к стенке определится уравнением q=ai tx]—i i). Этот же тепловой поток передается путем теплопроводности через твердую стенку q=X t — —/с2)/б и от второй поверхности стенки к холодной среде  [c. 298]
Стационарная теплопроводность и теплопередача стен определяется формулами 42.  [c.254]

Затем приближенным расчетом можно проверить, достигает ли температура газовых пузырей температуры расплава за время их пребывания в расплаве. При этом исходят из наиболее неблагоприятного случая, когда теплопередача к пузырям определяется их стационарной теплопроводностью.  [c.40]

Это есть дифференциальное уравнение температурного поля в стационарных условиях теплопередачи, дающее решение задачи о распределении температуры в данной среде. Физический смысл уравнения (3) будет ясен, если каждое из слагаемых его левой части умножить на величину коэффициента теплопроводности среды Я, тогда каждое из слагаемых будет представлять собой величину изменения теплового потока в данной точке поля по одной из осей координат. Следовательно, сумма изменений ве-личины теплового потока в любой точке поля должна быть равной нулю. Или, другими словами, сумма количеств тепла, притекающего к данной точке по всем направлениям, должна быть равна нулю. Это — основное условие так называемого теплового баланса .  [c.13]

Решение вопросов, связанных с передачей тепла в нестационарных условиях, сводится к интегрированию дифференциальных уравнений теплопроводности (1) и (2), приведенных в главе I. Решение этих уравнений в общем виде представляет задачу более сложную, чем решение дифференциальных уравнений температурных полей в стационарных условиях теплопередачи.  [c.96]

СТАЦИОНАРНАЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ И ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ  [c.340]

Эта функция приобретает тривиальный вид при конвекции с достаточно малыми числами Рейнольдса. Малым R соответствуют малые скорости движения. Поэтому в первом приближении в уравнении (53,2) можно пренебречь членом, содержащим скорость, так что распределение температуры определяется уравнением ДГ=0, т. е. обычным уравнением стационарной теплопроводности в неподвижной среде. Коэффициент теплопередачи не может, очевидно, зависеть теперь ни от скорости, ни от вязкости жидкости и потому должно быть просто  [c. 251]

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ПРИ СТАЦИОНАРНОМ РЕЖИМЕ И ГРАНИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ТРЕТЬЕГО РОДА. КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ  [c.372]

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ и ТЕПЛОПЕРЕДАЧА ПРИ СТАЦИОНАРНОМ РЕЖИМЕ  [c.270]

Для определения теплопроводности Я различных материалов используются как относительные, так и абсолютные методы. Теплопроводность определяется при установившемся процессе теплопередачи (стационарный способ) и в условиях переходного, не-установившегося процесса (нестационарный способ).  [c.166]


РАСПРОСТРАНЕНИЕ ТЕПЛОТЫ ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬЮ В ТЕЛАХ ПРОСТЕЙШЕЙ ФОРМЫ ПРИ СТАЦИОНАРНОМ РЕЖИМЕ И ГРАНИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ТРЕТЬЕГО РОДА. КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ  [c.288]

Теплопередача слагается из трех последовательных процессов перенос тепла конвекцией от теплоносителя ко внутренней стенке, перенос тепла за счет теплопроводности через стенку, перенос тепла конвекцией от наружной стенки к тепловоспринимающей среде. Расчетная формула теплопередачи для стационарного режима имеет следующий вид  [c.91]

Теплопередача — обусловленная разностью температур передача теплоты от одного тела к другому или от одних частей тела к другим частям того же тела. Рассматривают теплопередачи кондуктивную (кондукцию, теплопроводность), конвективную (конвекцию), радиационную (теплопередачу излучением, лучистую теплопередачу). Действительные процессы теплопередачи обычно сложны, в них все виды теплопередачи сопутствуют друг другу расчёт таких сложных процессов упрощается путём изучения отдельных видов теплопередачи, абстрагируясь от других. Задачи теплопередачи могут охватывать области, где каждая точка характеризуется определённой температурой, остающейся неизменной во времени (стационарное температурное поле), и области, где каждая точка имеет температуру, меняющуюся по времени (нестационарное температурное поле) в первом случае—установившаяся (стационарная) теплопередача, во втором—неуста-новившаяся (нестационарная).[c.482]

Рассмотрим модель эффективной теплопроводности капиллярно-пористой системы, которая своими предельными случаями имеет вышеуказанные модели. Предполагается, что теплопередача в капиллярно-пористой системе, насыщенной жидкостью, происходит чистой кон-дукцией и для представленной модели решается двумерное стационарное уравнение теплопроводности  [c.65]

В заключение отметим, что критерий Био точно равен отношению температурного перепада к температурному напору [формулы (24) и (25)] только в условиях теплопередачи через плоскую стенку при стационарном режиме. Для нестационарного режима и тела другой конфигурации уравнения типа (24) и (25) становятся недействительными. Однако и в этих более сложных условиях критерий Био сохраняет смысл меры отношения температурного перепада к те.мпературному напору. Именно поэтому величина Bi играет такую важную роль в теории теплопроводности.  [c.30]

Рассмотрим вначале случай теплопередачи через однородную цилиндрическую стенку (рис. 71), причем предположим, что жидкость, омывающая стенку с внутренней стороны, более нагрета, чем жидкость, омывающая стенку с наружной стороны, т. е. что t > и. Общий процесс теплопередача в данном случае складывается из трех составляющих процессов конвективной теплоотдачи от греющей жидкости к цилиндрической стенке, передачи тепла теплопроводностью в пределах цилиндрической стенки и конвективной теплоотдачи от цилиндрической стенки к омывающей ее нагреваемой жидкости. Каждый из этих трех отде.льных процессов нами был уже рассмотрен ранее. При стационарном режиме тепловой поток в этих трех процессах будет один и тот же. I а основании формул (214), (210) и (215) для этого потока мы можем написать  [c.220]

В книге дается систематическое изложение методов экспериментального исследования наиболее важных вопросов теплообмена. К ним относятся вопросы теплопроводности при стационарном и нестационарном режимах конвективный теплообмен жидкости в одно- и двухфазном состояниях вопросы теплообмена излучением и теплопередачи в теплообменных аппаратах.[c.2]

В.месте с тем в рассматриваемых автором контактных задачах теплопередачи через изоляционный слой в теплопроводные среды [1-3] переход к граничным условиям 3-го рода является корректным, так как в общем выражении для теплового сопротивления слагаемое ничтожно мало по сравнению с тепловым сопротивлением изоляции. При этом в стационарных задачах граничные условия определяются через хорошо известное значение коэффициента теплопередачи, а в нестационарных формулируются при помощи обобщенных коэффициентов теплопередачи, отражающих нестационарный характер рассматриваемых явлений.  [c.160]


Третья глава содержит основные сведения по теории теплопроводности, необходимые для исследования температурных полей и соответствующих им тепловых напряжений в квазистатической постановке. В ней рассматриваются способы теплопередачи на поверхности тела, выводятся основные уравнения стационарной и нестационарной теплопроводности при отсутствии и наличии источников тепла, формулируются идеализированные граничные условия и исследуются отдельные задачи о стационарных и нестационарных температурных полях в пластинах, дисках и цилиндрах, имеющие практическую целенаправленность и иллюстрирующие применение основных методов теории теплопроводности.[c.8]

Ниже будут рассмотрены три вида теплопередачи теплопроводность, конвективный обмен и теплообмен излучением, причем рассмотрение ограничивается случаями стационарного теплового режима, при котором температура тел в каждой точке пространства остается с течением времени неизменной.  [c.8]

Если нагреваемое тело окружено тепловой изоляцией, то тепловые потери зависят не только от ее качества (теплового сопротивления 7 т), но и от режима нагрева. В нестационарном режиме необходимо учитывать теплоемкость футеровки, решая для нее уравнение теплопроводности. При этом возможны случаи, когда в начале нагрева температура футеровки Тф больше и тепловые потери отрицательны, т. е. теплота передается от футеровки к загрузке. Расчет таких режимов требует совместного решения внешней и внутренней по отношению к нагреваемому изделию задач и практически реализуем только численными методами. В важном случае стационарной теплопередачи через футеровку расчет потерь с поверхности заготовки может быть выполнен в общем виде.[c.47]

Для установления распределения температуры по ребру и тепла, переданного через такую поверхность, исследуем тепловой баланс элемента ребра. Для примера рассмотрим комбинированную теплопередачу теплопроводностью и конвекцией для ребра, выполненного в форме стержня (рис. 2.1). В случае стационарного процесса тепловой поток вследствие теплопроводности в рассматриваемый элемент ребра через сечение х должен быть равен сумме теплового потока из элемента в сечении х- ёх и теплового потока через боковую поверхность между сечениями х и х+(1х. Выражение теплового баланса с учетом этого условия имеет вид  [c.20]

Коэффициент, характеризующий теплопроводность и теплопередачу в стационарном режиме,  [c.268]

Термическое сопротивление Е(бД) = 1Д слоя теплоизоляции толщиной 5 см с коэффициентом теплопроводности Я==0,04 Вт/ /(м2-°С) равно 1,23 м2-°С/Вт. Термическое сопротивление слоя асбестоцемента толщиной 0,6 см с Я, = 0,35 Вт/(м -°С) равно 0,017 м2-°С/Вт. Сопротивление тепловосприятию (внутри) и теплоотдаче (снаружи) принимаем равным, соответственно, 1/ав = 1/8,141 = 0,123 м2-°С/Вт и 1/ан= 1/23,26=0,043 м -Х/Вт. Таким образом, получаем следующее уравнение всей теплопередачи в стационарном режиме с неизвестной температурой воздуха в чердачном пространстве.  [c.32]

Нестационарный процесс передачи тепла сложнее стационарного. При нестационарном тепловом режиме теплопроводность выражается дифференциальным уравнением второго порядка, решение которого в общем виде очень сложно и приводится в специальных курсах теплопередачи.  [c.70]

Зная. количественные соотношения для теплоотдачи и теплопроводности, можно вывести зависимость для комплексного явления — теплопередачи (рис. 2-5). Пусть и 2— средние температуры жидкостей, движущихся вдоль однослойной стенки. Напишем плотности тепловых потоков (при стационарном режиме).  [c.47]

При стационарном процессе теплопередачи тепловой поток на всем своем пути сохраняет неизменное значение Q = idem, т. е. количество теплоты, передаваемой в единицу времени теплоотдачей от горячей среды к стенке, равно количеству теплоты, передаваемой теплопроводностью через стенку, равно количеству теплоты, передаваемой теплоотдачей кой части и ребер к холодной среде.  [c.233]

Примечание. Объемную массу определяли в соответствш с ГОСТ 15588—70, а коэффициент теплопроводности — на разли>-ных прпборах стационарного режима теплопередачи (прибор КФ—прибор д-ра Бока).  [c.71]

На рис. 3-5 представлены данные сравнительного расчета нагрева плоской экранной изоляции при различной величине теплового потока и разной степени черноты экранов. Так как при малоинтенсивной теплопередаче эффективный коэффициент теплопроводности можно считать величиной постоянной, то для расчета температурного поля, заданного условиями Ki = 0,295 Bi = 2,40 л = = 5 (рис. 3-5,а), применимо решение для нестационарной теплопроводности плоской стенки (3-30). При этом коэффициент теплопроводности принимается равным эффективному коэффициенту теплопроводности экранной изоляции, найденному из условий стационарного режима по формуле (2-66). Коэффициент температуропроводности подсчитывается согласно соотношению  [c.118]

НЕРАВНОВЕСНЫЙ ПРОЦЕСС в термодинамике и статистической физике — фиа. процесс, включающий неравновесные состояния. Пример процесс установления равновесия термодинамич. или статистич.) в изолир. системе, находящейся в неравновесном состоянии. Если в такой системе существуют неоднородное поле темп-р, градиенты концентраций и скоростей упорядоченного движения частиц, то вызванные ими Н. п. теплопроводности, диффузии, вязкого течения способствуют устранению различия свойств в разных частях системы и установлению равновесия. В неизолир. системах Н. п. могут протекать стационарно без изменений физ. состояния системы, пример — теплопередача за счёт теплопроводности при пост, разности темп-р). Н. п. является необратимым процессом, связанным с производством энтропии. Д. Н. Зубарев.  [c.330]


Теплопроводность и теплопередача в различных непрерывно действующих нагревательных и теплообменных аппаратах (котлах, подогревателях, холодильниках и т. п.), ограждающих конструкциях строительных сооружений при длительных неизменных температзфах наружной и внутренней среды могут рассматриваться не зависящими от времени. В этих стационарных условиях теплового режима предполагается, что прежнее, начальное, распределение температур, которое существовало в элементах рассматриваемого устройства до установившегося во времени теплового воздействия, настолько потеряло свое значение, что распределение температур в элементах устройства определяется только неизменными во времени граничными условиями стационарной теплопередачи.  [c.161]

Для определения теплопроводности Я, различных материалов существуют методы абсолютные и относительные. Каждый из них может быть стационарным, т. е. применяться для установившегося процесса теплопередачи, и нестационарным, когда наблюдения производятся в условиях переходного, неустановившегося процесса. При использованнии относительных методов требуется образец эталонного материала с известным значением  [c. 587]

Относительный стационарный жтод определения теплопроводности (Хрис-тиансена) основан на измерении разности температур между концами образца при установившемся процессе теплопередачи. Между нагревателем 2 (рнс. 25-100) с температурой (например, сосуд с кипящей водой) и холодильником 6 с температурой Гз (например, ящик с тающим льдом) помещены испытываемый образец 3 и эталон 5 в виде пластинок одинакового поперечнога сечения и толщиной соответственно t и t,,. Для обеспечения надежных тепловых контактов между нагревателем, образцом, эталоном и холодильником предусматриваются металлические прокладки. Температура T a прокладки между образцом и эталоном измеряется термометром 4. Прибор окружается теплоизоляцией 1.  [c.587]

При идеальном стационарном режиме работы калориметра температуры исследуемого образца и образца сравнения равны и меньше температуры оболочки 7 обр=7 срскорости нагревания, теплопроводности, поверхностного коэффициента теплопередачи и теплоемкости исследуемого образца. / Рисунок 1-1.Теплопроводность через плоскую стенку в стационарном режиме. Что один процесс накладывает на другой.

Во-первых, 1 газ (или жидкость) тепло должно подаваться к разделительной стенке. Далее тепло должно проходить через стенку, а в конце его воспринимают с противоположной поверхности стенки холодным газом (или холодной жидкостью).в этом разделе мы определим простейший случай, то есть постоянную область и тепловой поток плоской стенки, вместе с этим выведем основные законы теплопередачи. Поэтому сначала подумайте о плоской стенке толщиной B. Несмотря на различия, временная температура остается постоянной ’ / wi и / w₂ (рис. 1-1).Количество тепла, проходящего через стенку участка площади а в единицу времени при определенных перепадах температур, обозначается буквой Q*.

Отдельные процессы более подробно описаны в следующем разделе. Людмила Фирмаль

Согласно закону Фурье, это количество тепла определяется по формуле: «’Ф ^ О-я ^ 2)」 (Б6) Здесь 2 — это теплопроводность, которая характеризует свойства веществ, входящих в состав стен. Из Формулы (1-6) можно легко установить размерность теплопроводности. D-и 1 [ккал / м-ч-Град 1. л ВТТ-л »» gsg2> * Q отличается от термодинамики, что означает количество тепла независимо от времени. Количество тепла, проходящего через единицу площади поверхности в единицу времени, называется тепловым потоком. Тепловой поток, как следует из определения Если теплопроводность не зависит от температуры, как видно из рис.1, то температура внутри стенки уменьшается, а линейный закон падает от/ wi до Zw₂.Теплопроводность различных веществ описывается в appendix. As как видно из таблицы, среди твердых тел металлы обладают самой высокой теплопроводностью.

Например, теплопроводность чугуна составляет около 45 ккал / м-ч * град, а меди-около 300 ккал! М-ч * град. Металлические сплавы обладают значительно меньшей теплопроводностью, чем чистые металлы. Например, теплопроводность нержавеющей стали составляет около 13.3 ккал! М-Ч’град. Теплопроводность неметаллических материалов составляет около 0,05-3 ккал! М’ч’град. 02), что соответствует разности потенциалов.

Отношение 6 / CL называется термическим сопротивлением и обозначается символом Rc. (1-дневный) (Это соответствует уравнению сопротивления R закона Ома).Обратная теплопроводность, или удельное тепловое сопротивление, соответствует удельному сопротивлению электротехники Предположим, что стена состоит из нескольких слоев различных материалов, например, 3 слоев, которые характеризуются коэффициентами теплопроводности X/, X₂, X3.Температуры соединения слоев могут быть скомпилированы по слоям tw2 и tW3 (рис. 1-2) C) : Если мы добавим эти равенства для каждого члена、 Эта формула позволяет определить количество тепла (подлежащего передаче).

Температура противоположной поверхности стенки и тепловое сопротивление многослойной стенки равны сумме теплового сопротивления каждого слоя, поэтому в рассматриваемом случае один и тот же закон может быть применен к сопротивлению, Соединенному последовательно в электротехнике. Инженерные (на самом деле, чаще всего встречаются стены, которые разделяют жидкости или gases. In в этом случае температура по обе стороны стены не известна. Только знать температуру жидкости по обе стороны стены. На рис. 1-3 показаны эти температуры Характер/]и Z₂.To определите температурное поле жидкости, » получите кривую, показанную на рисунке.

  • Температурный градиент заметен только в относительно тонком слое вблизи самой стены, и в большинстве случаев даже на расстоянии от стены разница температур незначительна. Для простоты эта температурная кривая может быть заменена пунктирной линией на пунктирную линию. Это явление можно предположить, что тонкий пограничный слой (толщина d’) жидкости соединен со стенкой и находится вне этого слоя. Р2. Он проходит через многослойную стену в стационарном режиме. Плоская стена в режиме покоя. В результате хаотических движений в жидкости отсутствует температура difference.

As вы увидите позже, что это упрощенная картина гораздо более сложного процесса, но она объясняет основные явления и имеет преимущество всеобъемлющего clarity. In в пограничном слое, как и в твердых телах, тепло передается теплотой conduction. So, температурный градиент в слое выражается непосредственно, «теплопередача описывается формулой (1-6), при необходимости»заменяя величину теплопроводности жидкости или газа величиной K и толщиной D ’пограничного слоя. Итак, для количества тепла, подводимого к поверхности стены, получаем следующую формулу: (1-12) Количество передаваемого тепла Q можно определить, зная толщину пограничного слоя Y, но последний равен В значительной степени это зависит от характера движения жидкости. Например, это зависит от скорости движения жидкости вдоль стенок, формы самих стенок, поверхности стенок и прочего подобного factors. In на практике расчеты обычно выполняются с использованием значения отношения X / d’, без определения истинной толщины пограничного слоя b. это отношение называется коэффициентом теплопередачи и обозначается буквой A. 

Величина коэффициента теплопередачи, которая встречается в технической практике, приведена в таблице. / _ м, (1-13) Он был все еще открыт Исааком Ньютоном (1643-1727).Первоначально считалось, что коэффициент теплопередачи а характеризует свойства протекающих жидкостей или газов. Благодаря сравнительно недавним исследованиям в области теории теплопередачи, была установлена сложная природа этой величины elucidated. In в этой книге целая большая глава посвящена проблеме определения коэффициента теплоотдачи. 1-1.Дает представление об относительном размере этого параметра.

Поскольку коэффициент теплопередачи является коэффициентом теплопроводности, деленным на толщину пограничного слоя, ожидается, что газ с низкой теплопроводностью будет иметь более низкий коэффициент теплопередачи, чем жидкость. Вешалка. 1-1 подтверждает этот вывод. Таблица 1-1 Порядок величины коэффициента теплопередачи, ккал, 1м2град Перемещение воздуха. ………………………… 10-250. Движущаяся вода…………………………….. 500-5, 000 Кипяток……………………………….. 2 500-5 000 Конденсированный водяной пар………………… 500-25 000 Применив рисунок (1-13) к условиям, существующим на обеих стенках (Рисунок 1) 1-3, получим: В режиме покоя количество тепла, которое передается в обоих случаях, должно быть равным. Эти 2 равны* Вы также мул закона Ома: Пишите в соответствующем формате (У4) Коэффициент передачи тепла R 1 / alₜ: Называемое тепловое сопротивление (1-15.

Терминальное сосуществование уравнений (1-8) и уравнений (1-14) позволяет установить зависимость между калорийностью и температурой и/или₂, передаваемой через стенку(рис.1-3). (1-16) Сумма частичного теплового сопротивления равна общему тепловому сопротивлению Rₒ теплопередачи. Поэтому в данном случае тот же закон применим и к электрическому сопротивлению, которое подключено в series. In в большинстве случаев в практических расчетах вместо термического сопротивления используются теплопроводность и коэффициент теплопередачи. После этого будет справедливо следующее уравнение, и вы легко получите его из уравнения (1-16). М = ка(/、-/、); (1-17) ка-АГ ’ (От 1 до 18) величина k называется коэффициентом теплопередачи, а размеры-ккал / м * -h-град.

Стена. Разный коэффициент теплопроводности L. и разная толщина b. если он состоит из нескольких слоев, то промежуточный член формулы (1-18) заменяется суммой.(0.000222 + 0.000102) h•град / ккал. Это меньше половины предыдущего значения.

Смотрите также:

Сопряженная теплопередача | Блог COMSOL

В этой статье мы объясним, что такое сопряженная теплопередача, и продемонстрируем несколько примеров. Сопряженной теплопередачей называется теплообмен в твердых телах и жидкостях. В твердых телах основным способом теплопередачи является теплопроводность, а для жидкостей более характерна конвекция. Явление сопряженной теплопередачи проявляется во множестве ситуаций. Например, конструкция радиатора оптимизируется для того, чтобы объединить теплопередачу посредством теплопроводности материала, из которого изготовлен радиатор, и конвекцию окружающей его жидкости.

Теплопередача в твердых телах и жидкостях

Теплопередача в твердом теле

В большинстве случаев теплопередача в твердых телах, вызванная исключительно теплопроводностью материала, описывается законом Фурье, согласно которому плотность теплового потока, q, пропорциональна градиенту температуры: q=-k\nabla T.

Для нестационарной задачи поле температуры в неподвижном твердом теле следует уравнению теплопроводности в следующей форме:

\rho C_{p} \frac{\partial T}{\partial t}=\nabla \cdot (k\nabla T) +Q

Теплопередача в жидкости

Из-за движения жидкости в уравнение добавляются еще три слагаемых:

  1. Перемещение жидкости также предполагает передачу энергии, что проявляется в виде конвекционной составляющей в уравнении теплового баланса. В зависимости от тепловых характеристик жидкости и режимов потока может преобладать теплопередача посредством либо конвекции, либо теплопроводности.
  2. Вязкостные явления в потоке жидкости приводят к ее нагреву. Диссипативным эффектом часто пренебрегают, однако в высокоскоростных потоках вязких жидкостей его влияние может быть существенно.
  3. Поскольку плотность жидкости зависит от температуры, в уравнение теплового баланса добавляется новое слагаемое — работа давления. Примером может служить хорошо известный пример образования тепла при сжатии воздуха.

Учет теплопроводности и слагаемых, описывающих перечисленные механизмы, приводит к следующему нестационарному уравнению теплопроводности для поля температуры в жидкости:

\rho C_{p} \frac{\partial T}{\partial t}+\rho C_p\bold{u}\cdot\nabla T= \alpha_p {T}\left( \frac{\partial p_\mathrm{A}}{\partial t}+\bold{u}\cdot\nabla p_\mathrm{A}\right)+\tau : S+\nabla \cdot (k\nabla T) +Q

Прикладные задачи, связанные с сопряженной теплопередачей

Высокоэффективная теплопередача

Возможность эффективного объединения процессов теплопередачи в твердых телах и жидкостях является ключевой для проектирования высокоэффективных охладителей, нагревателей и теплообменников.

Обычно для передачи теплоты на большие расстояния используются жидкие теплоносители. Самым распространенным способом обеспечения высокой интенсивности теплопередачи является вынужденная конвекция. В некоторых случаях рабочие характеристики подобных устройств становятся еще лучше благодаря сочетанию конвекции и фазовых переходов (например, кипения воды).

Несмотря на это, в теплообменнике также нужны твердые тела, которые разделяют жидкости и позволяют им передавать тепло, но не смешиваться друг с другом.


Поле течения и температуры в кожухотрубном теплообменнике демонстрирует процесс теплопередачи между двумя разделенными тонкой металлической стенкой жидкостями.

Радиаторы обычно изготавливают из металла, обладающего высокой теплопроводностью (например, меди или алюминия). Они рассеивают тепло, увеличивая площадь поверхности теплообмена между твердотельной частью конструкции и окружающей ее жидкостью.


Поле температуры в блоке питания. Температура снижается за счет охлаждения воздухом, продуваемым с помощью вентилятора и перфорированной решетки. Два алюминиевых ребра используются для увеличения площади поверхности теплообмена между потоком воздуха и электронными компонентами.

Энергосбережение

Процессы теплообмена в жидкостях и твердых телах также могут быть объединены для сокращения тепловых потерь в различных устройствах. Поскольку большинство газов (особенно при низком давлении) обладают малой теплопроводностью, они могут использоваться для теплоизоляции… если только они не находятся в движении. Чаще всего именно газы выбирают в качестве изоляционного материала из-за их малой плотности. В любом случае важно ограничить теплопередачу посредством конвекции, уменьшая интенсивность свободной конвекции. Продуманное размещение перегородок и небольших полостей позволяет регулировать свободную конвекцию. Применение этих же принципов в микроскопических масштабах приводит к идее теплоизолирующей пены, в которой небольшие воздушные полости (пузырьки) заключены внутри пенистого материала (например, полиуретана), что обеспечивает прекрасные изоляционные характеристики материала и его малый вес.


Поперечное сечение окна (слева) и увеличенная область оконной рамы (справа).


Показатели температуры в оконной раме и поперечном сечении остекления согласно стандарту ISO 10077-2:2012 (тепловые характеристики окон).

Взаимодействие твердых тел и жидкостей

Граница жидкости и твердого тела

Поле температуры и тепловой поток на границе взаимодействия жидкости и твердого тела остаются непрерывными. Однако поле температуры может быстро изменяться в движущейся жидкости: у поверхности твердого тела температуры жидкости и твердого тела близки; чем дальше от границы, тем ближе температура жидкости к температуре на входе или к температуре окружающей среды. Расстояние, на котором температура жидкости изменяется от температуры твердого тела до температуры окружающей среды, называется тепловым пограничным слоем. Относительные размеры теплового и динамического пограничных слоев отражаются в величине числа Прандтля (Pr=C_p \mu/k): для того чтобы оно было равно единице, толщины теплового и динамического пограничных слоев должны совпадать. Более толстый динамический погранслой приводит к тому, что число Прандтля становится больше единицы. Верно и обратное: при числе Прандтля меньше единицы толщина теплового пограничного слоя превышает толщину динамического пограничного слоя. Число Прандтля для воздуха при атмосферном давлении и 20 °C равняется 0,7. Это объясняется тем, что для воздуха размеры динамического и теплового пограничного слоев схожи, при этом толщина динамического погранслоя чуть меньше толщины теплового. Для воды при температуре 20 °C число Прандтля составляет около 7, поэтому в воде изменение температуры рядом со стенкой происходит быстрее, чем изменение скорости.


Нормализованные профили температуры (красный) и скорости (синий) для свободной конвекции воздуха рядом с холодной твердой поверхностью.

Свободная конвекция

Свободная конвекция возникает тогда, когда жидкость приводится в движение силами плавучести. В зависимости от ожидаемых тепловых характеристик естественная конвекция может быть как полезной (например, в случае охлаждения), так и нежелательной (например, свободная конвекция в слое термоизоляции).

Число Рэлея, обозначаемое как Ra, используется для определения режима течения, обусловленного свободной конвекцией и сопутствующей теплопередачей.3

Число Рэлея может быть выражено через числа Прандтля и Грасгофа как Ra=Pr Gr.

Когда величина числа Рэлея невелика (обычно <103), явлением свободной конвекции можно пренебречь, так как теплопередача происходит посредством теплопроводности жидкости. Для больших значений числа Рэлея необходимо учитывать теплопередачу посредством конвекции.

Когда силы плавучести значительно выше вязкостных сил, режим потока становится турбулентным, в противном случае поток остается ламинарным. На переход между двумя данными режимами указывает критическое значение числа Грасгофа, величина которого составляет 109. Толщину теплового пограничного слоя можно вычислить приближенно при условии, что известно характерное расстояние перепада температуры между твердой стенкой и объемом жидкости: \delta_\mathrm{T} \approx \frac{L}{\sqrt[4\,]{Ra}}, когда Pr по порядку равно или больше единицы.


Профиль температуры при свободной конвекции в стакане холодной воды, контактирующем с горячей поверхностью .

Вынужденная конвекция

При вынужденной конвекции поток приводится в движение воздействием внешних сил (например, ветра) или устройств (например, вентиляторов или насосов), которые преобладают над силами плавучести.

В этом случае режим потока может быть охарактеризован, аналогично изотермическому потоку, числом Рейнольдса Re= \frac{\rho U L}{\mu}. Число Рейнольдса представляет отношение инерционных и вязкостных сил. При малых значениях числа Рейнольдса преобладают вязкостные силы, соответственно, поток ламинарный. При высоких значениях числа Рейнольдса силы внутреннего трения в системе невелики, благодаря чему наблюдаются незначительные возмущения. В случае если значение числа Рейнольдса будет достаточно высоким, поток перейдет в турбулентный режим.

Оценить толщину динамического пограничного слоя можно с помощью числа Рейнольдса \delta_\mathrm{M} \approx \frac{L}{\sqrt{Re}}.

Линии тока и профиль температуры вокруг радиатора, охлаждаемого вынужденной конвекцией.4). Когда окружающие поверхности имеют различную температуру, теплообмен определяется угловыми коэффициентами.

Несмотря на это, как жидкости, так и твердые тела могут быть прозрачными или полупрозрачными. Таким образом, излучение может возникнуть и в жидкости, и в твердых телах. В активных (или недиатермических) средах излучение взаимодействует со средой (твердым телом или жидкостью), которая поглощает, испускает или рассеивает энергию.

Несмотря на то, что при небольшой разнице температур и малой излучательной способности можно пренебречь теплопередачей посредством излучения, она играет ключевую роль в прикладных задачах со значительными перепадами температур или сильно выраженной излучательной способностью.


Сравнение показателей температуры для радиатора с поверхностной излучательной способностью \varepsilon = 0 (слева) и \varepsilon = 0,9 (справа).

Заключение

В большей части практических задач процессы теплопередачи в твердых телах и жидкостях объединены. Причина этого в том, что, как правило, рассматриваемые жидкости обтекают твердые тела или текут между твердых стенок, а твердые тела, в свою очередь, обычно погружены в жидкость. Точное описание режимов теплопередачи, свойств материала, режимов течения и конфигураций геометрии позволяет выполнять анализ полей температуры и процессов теплопередачи. Подобное описание служит также отправной точкой для численного моделирования, которое может использоваться для расчета явлений теплопередачи или для проверки различных конфигураций конструкции для улучшения тепловых характеристик того или иного изделия.

Примечания

C_{p}: теплоемкость при постоянном давлении (единицы СИ: Дж/(кг⋅K))

g: ускорение свободного падения (единицы СИ: м/с2)

Gr: число Грасгофа (безразмерная величина)

k: теплопроводность (единицы СИ: Вт/(м⋅K))

L: характерный размер (единицы СИ: м)

n: показатель преломления (безразмерная величина)

p_\mathrm{A}: абсолютное давление (единицы СИ: Па)

Pr: число Прандтля (безразмерная величина)

q: плотность теплового потока (единицы СИ: Вт/м2)

Q: объемный источник теплоты (единицы СИ: Вт/м3)

Ra: число Рэлея (безразмерная величина)

S: тензор скоростей деформации (единицы СИ: 1/с)

T: поле температуры (единицы СИ: K)

T_\mathrm{amb}: температура окружающей среды (единицы СИ: K)

\bold{u}: поле скорости (единицы СИ: м/с)

U: характерная величина скорости (единицы СИ: м/с)

\alpha_{p}: коэффициент теплового расширения (единицы СИ: 1/K)

\delta_\mathrm{M}: толщина инерционного граничного слоя (единицы СИ: м)

\delta_\mathrm{T}: толщина теплового слоя (единицы СИ: м)

\Delta T: характерная разность температур (единицы СИ: K)

\varepsilon: излучательная способность поверхности (безразмерная величина)

\rho: плотность (единицы СИ: кг/м3)

\sigma: постоянная Стефана — Больцмана (единицы СИ: Вт/(м2⋅К4))

\tau: тензор вязких напряжений (единицы СИ: Н/м2)

Базовый курс анализа теплоносителя 10: Глава 4 Основы нагрева

Глава 4 Основы Heat II
4.4 Формы теплообмена

Существует три формы теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение. Рассмотрим комнату, показанную на рисунке 4.5. Вы почувствуете тепло в месте соприкосновения с полом с подогревом из-за теплопроводности. Вы почувствуете теплый ветер от нагревательного элемента за счет конвекции. Вы почувствуете тепло перед плитой из-за радиации. Каждая форма теплопередачи будет более подробно объяснена ниже.


Рисунок 4.5: Форма теплопередачи


4.4.1 Проводимость

Когда температура в объекте неравномерна, атомы и молекулы (включая свободные электроны в металлах) перемещаются внутри объекта. Тепло передается из области более высоких температур в область более низких температур. Такой тип теплопередачи называется теплопроводностью.

Например, как показано на рис. 4.6, когда вы держите банку с горячим чаем, вы чувствуете тепло через банку.Это связано с тем, что тепло проходит через банку из-за разницы температур между горячим чаем и вашей более прохладной рукой.


Рисунок 4.6 Теплопроводность

Теплопроводность — это свойство материала, определяющее, сколько тепла передается в объекте. Для двух материалов с одинаковой начальной разницей температур между ними материал с более высокой теплопроводностью быстрее достигнет однородной температуры.

Теплопроводность — это явление, которое позволяет передавать тепло внутри объекта.Теплопроводность может происходить в твердых телах, а не только в жидкостях и газах.

4.4.2 Конвекция

При теплопроводности тепло передается внутри объекта. Когда объект представляет собой жидкость, тепло может передаваться от жидкости к другому объекту за счет потока жидкости на поверхности объекта. Такой тип теплопередачи называется конвекцией. Конвекция может передавать большее количество тепла, чем теплопроводность.

Например, как показано на рисунке 4.7, когда контейнер с водой нагревается, теплопередача теплопроводности происходит внутри воды на дне контейнера.Кроме того, нагретая вода поднимается вверх за счет плавучести и по бокам емкости возникает конвекция, что приводит к дополнительной теплоотдаче.


Рисунок 4.7: Теплообмен за счет конвекции

Коэффициент теплопередачи выражает количество тепла, передаваемого между жидкостью (жидкостью или газом) и твердой поверхностью за счет конвекции. Тепло может переходить от жидкости к поверхности или наоборот. Коэффициент теплопередачи зависит от типа жидкости, состояния ее потока и формы объекта.Чем больше коэффициент теплопередачи, тем больше происходит теплопередача.

Как правило, чем больше теплопроводность жидкости, тем больше коэффициент теплопередачи. Следовательно, коэффициент теплопередачи жидкости выше, чем у газа.

Например, вы можете наслаждаться сауной с температурой воздуха 100 ° C, но вы не можете наслаждаться баней с температурой воды 100 ° C. Это потому, что коэффициент теплопередачи воды выше, чем у воздуха.Жидкая вода будет передавать коже больше тепла, чем воздух в сауне. В результате вам будет намного жарче в воде, чем в воздухе.

Еще одним фактором, который сильно влияет на величину коэффициента теплопередачи, является скорость потока жидкости по поверхности объекта. Чем выше скорость, тем больше коэффициент теплопередачи. Следовательно, передача тепла за счет принудительной конвекции больше, чем за счет естественной конвекции. Сильный ветерок от электрического вентилятора охладит вас быстрее, чем без вентилятора.



Об авторе
Ацуши Уэяма | Родился в сентябре 1983 года, Хиого, Япония.

Он получил степень доктора философии в области инженерии в Осакском университете. Его докторские исследования были сосредоточены на численном методе решения проблемы взаимодействия жидкости и твердого тела. Он работает инженером-консультантом в Software Cradle и оказывает техническую поддержку клиентам Cradle. Он также является активным лектором на семинарах и курсах обучения Cradle.

Разница между теплопроводностью и коэффициентом диффузии

Автор: Мадху

Ключевое различие между теплопроводностью и коэффициентом диффузии состоит в том, что теплопроводность относится к способности материала проводить тепло, тогда как температуропроводность относится к измерению скорости передачи тепла. тепло материала от горячего до холодного конца.

Теплопроводность и температуропроводность — это два термина, которые описывают теплопередачу через определенный материал.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Обзор и основные отличия
2. Что такое теплопроводность
3. Что такое теплопроводность
4. Сравнение бок о бок — теплопроводность и коэффициент диффузии в табличной форме
5. Резюме

Что такое теплопроводность?

Теплопроводность — это термин, который описывает способность определенного материала проводить тепло через себя.Мы можем обозначить этот термин тремя способами: k , λ или κ. Обычно материал, обладающий высокой теплопроводностью, показывает высокую скорость теплопередачи. Например, металлы обычно обладают высокой теплопроводностью и очень эффективно проводят тепло. Точно так же изоляционные материалы, такие как пенополистирол, имеют низкую теплопроводность и низкую скорость теплопередачи. Таким образом, мы можем использовать материалы с высокой теплопроводностью в теплоотводах, в то время как мы можем использовать материалы с низкой теплопроводностью для теплоизоляции.Кроме того, «тепловое сопротивление» обратно пропорционально теплопроводности.

Математически мы можем выразить теплопроводность как q = -k∇T, где q — тепловой поток, k — теплопроводность, а ∇T — градиент температуры. Мы называем это «законом теплопроводности Фурье».

Мы можем определить теплопроводность как перенос энергии из-за случайного движения молекул через градиент температуры. Следовательно, мы можем отличить этот термин от переноса энергии посредством конвекции и молекулярной работы, потому что он не включает никаких микроскопических потоков или внутренних напряжений, выполняющих работу.

При рассмотрении единиц измерения теплопроводности в системе СИ используются «ватты на метр-кельвин» или Вт / мК. Однако в британских единицах измерения теплопроводность можно измерять в БТЕ / (ч.фут. ° F), где БТЕ — британская тепловая единица, ч — время в часах, фут — расстояние в футах, а F — температура в градусах Фаренгейта. Кроме того, существует два основных способа измерения теплопроводности материала: стационарный и переходный.

Что такое температуропроводность?

Температуропроводность — это мера скорости теплопередачи материала от горячего конца к холодному.Следовательно, это теплопроводность материала, деленная на плотность и удельную теплоемкость при постоянном давлении. Единица измерения этого параметра — м 2 / с. Это производная единица СИ. Обычно мы можем обозначать этот член как α. Но есть и другие символы. Математическое выражение температуропроводности выглядит следующим образом:

α = k / ρc p

Здесь k — теплопроводность, c p — удельная теплоемкость, а ρ si — плотность.Однако вместе ρc p называют объемной теплоемкостью.

Чаще всего коэффициент температуропроводности измеряют с помощью импульсного метода, который включает нагрев полосы или цилиндрической части образца материала коротким импульсом энергии на одном конце и анализ изменения температуры на небольшом расстоянии.

В чем разница между теплопроводностью и диффузией?

Теплопроводность и температуропроводность — это два термина, которые описывают теплопередачу через определенный материал.Ключевое различие между теплопроводностью и коэффициентом диффузии заключается в том, что теплопроводность относится к способности материала проводить тепло, тогда как температуропроводность относится к измерению скорости передачи тепла материала от его горячего конца к холодному концу.

В инфографике ниже приведены различия между теплопроводностью и коэффициентом диффузии для параллельного сравнения.

Заключение — Зависимость теплопроводности от коэффициента диффузии

Теплопроводность и температуропроводность — это два термина, которые описывают теплопередачу через определенный материал.Ключевое различие между теплопроводностью и коэффициентом диффузии заключается в том, что теплопроводность относится к способности материала проводить тепло, тогда как температуропроводность относится к измерению скорости передачи тепла материала от его горячего конца к холодному концу.

Артикул:

1. «Температуропроводность». — Обзор | Темы ScienceDirect , доступны здесь.

Изображение предоставлено:

1. «Простое определение теплопроводности» (CC0) через Commons Wikimedia

Биология теплопередачи — Nexus Wiki

В нашем примере с тепловым излучением мы увидели количественно, что излучение может играть важную роль в передаче энергии между организмом и окружающей его средой.

Итак, каковы последствия теплопередачи? Биологические организмы, являющиеся эндотермами, хотят поддерживать постоянную температуру. В зависимости от окружающей температуры они должны либо поддерживать температуру выше фона, чтобы оставаться в тепле, либо поддерживать температуру ниже фона, чтобы оставаться прохладными. Как это могло работать?

Для простоты моделирования мы будем иметь дело со сферическим животным. Поскольку животное вырабатывает тепло за счет своего метаболизма, мы можем предположить, что скорость метаболизма животного в состоянии покоя равна скорости передачи тепла.Для расчета скорости теплопередачи воспользуемся уравнением (6). Далее мы должны предположить механизм теплопередачи. Если принять теплопередачу только за счет теплопроводности, то коэффициент теплопередачи для сферического животного равен 2κ / d, где κ — теплопроводность жидкости, а d — диаметр сферы (это происходит из сравнения уравнений 5 и 6). Также отметим, что площадь поверхности сферы составляет 4 πr 2 , что составляет всего πd 2 .Таким образом, уравнение 6 становится

.

(8)

Эта скорость передачи тепла должна быть равна скорости метаболизма в состоянии покоя. Показано, что уровень метаболизма в состоянии покоя изменяется в зависимости от массы тела в степени. Мы выражаем это как

(9)

, где M — коэффициент скорости метаболизма в состоянии покоя и является свойством вида организма (например, птицы, рептилии, колючего омара и т. Д.).M имеет единицы Вт / кг 3/4 . Масса m — это просто объем, умноженный на плотность. Так как наше животное сферическое, можно заменить

(10)

Итак, теперь мы можем приравнять уравнения 8 и 10 и решить, как разница температур между организмом и окружающей средой, ΔT, изменяется в зависимости от M, κ и d.

(11)

О чем это нам говорит? Во-первых, это говорит о том, что разница температур будет увеличиваться с увеличением коэффициента метаболизма в состоянии покоя, плотности и диаметра тела.Следовательно, такие животные, как млекопитающие, с более высокой скоростью метаболизма, будут иметь большую разницу температур. Кроме того, животные с большей плотностью и большим диаметром также будут иметь большую разницу температур. Во-вторых, разница температур будет меньше для сред с большей теплопроводностью. Поскольку теплопроводность воды в 23 раза больше, чем у воздуха, разница температур в воде будет намного меньше. Это имеет смысл. Вода отводит тепло намного эффективнее, чем воздух, поэтому организмы будут ближе по температуре к воде.

Еще одна вещь, которую мы можем почерпнуть из этой модели, заключается в том, что диаметр животного станет таким, при котором животное вырабатывает столько метаболического тепла, что разница температур становится слишком большой для передачи только за счет теплопроводности. Мы можем подсчитать, в каком размере это происходит. Для воздуха при нормальной температуре разница температур более 30 К станет чрезмерной. Для типичного млекопитающего M составляет 3,4 Вт / кг 3/4 и ρ b = 1000 кг / м 3 , а для воздуха κ = 0.026 Вт / м К. Следовательно, диаметр животного, при котором это происходит, составляет 2,3 см. Следовательно, животным большего размера требуется дополнительное охлаждение для предотвращения перегрева. По сути, у крупных животных соотношение поверхности к объему ниже. Следовательно, они становятся ограниченными своей площадью поверхности в отводе тепла, выделяемого их большим внутренним объемом.

Каким образом крупные животные могут это обойти? Во-первых, они не полагаются только на теплопроводность для передачи тепла. Конвекция за счет движения воздуха уносит больше тепла, чем просто теплопроводность.Мы можем провести подобное моделирование, используя уравнения для скорости конвективной теплопередачи, и обнаружить, что для сферического животного он может быть, по крайней мере, на порядок больше, чем животное, полагающееся только на теплопроводность. Далее, животные обычно не имеют сферической формы. Они увеличивают площадь своей поверхности, чтобы обеспечить большую площадь для передачи тепла. Это роль ушей слона. Слоны направляют больше крови к ушам, когда им нужно увеличить скорость передачи тепла для охлаждения.Увеличение площади поверхности для терморегуляции также является одним из возможных объяснений пластин на задней части Stegosaurus . Далее, крупные животные обычно не используют изоляцию. Слоны и носороги не используют мех или перья, которые могут препятствовать теплопередаче. Однако шерстистые мамонты, которым требовались довольно большие перепады температур, чтобы выдерживать холодный лед и снег, действительно использовали изоляцию, в честь которой они названы. Такие крупные животные также могут функционировать с более низким коэффициентом метаболизма, если они хотят двигаться медленно.Наконец, крупные животные могут использовать дополнительный охлаждающий механизм. Они могут испарять воду при потоотделении или дыхании. Это отнимает много тепла (теплоты испарения), чтобы помочь крупному животному оставаться в прохладе.

Разница между теплопроводностью и температуропроводностью

Основное различие — теплопроводность и коэффициент теплопроводности

Теплопроводность и температуропроводность — два термина, используемые в термической и статистической физике. Теплопроводность — часто используемый термин в физике, тогда как температуропроводность — редко используемый термин в теплофизике. Теплопроводность материала — это мера способности материала проводить через себя тепло. С другой стороны, температуропроводность материала — это его тепловая инерция. Это основное различие между теплопроводностью и температуропроводностью. Теплопроводность тесно связана с температуропроводностью. Связь между двумя величинами может быть выражена в виде уравнения.

Эта статья охватывает,

1. Что такое теплопроводность? — Определение, единица измерения, формула, свойства теплопроводников

2.Что такое температуропроводность? — Определение, единица измерения, формула, свойства

3. В чем разница между теплопроводностью и температуропроводностью?

Что такое теплопроводность

В физике теплопроводность — это способность материала проводить тепло. Теплопроводность обозначается символом K. Единицей измерения теплопроводности в системе СИ является ватт на метр Кельвин (Вт / мК). Теплопроводность данного материала часто зависит от температуры и даже направления теплопередачи.Согласно второму закону термодинамики, тепло всегда течет из горячей области в холодную. Другими словами, чистая теплопередача требует температурного градиента. Чем выше теплопроводность материала, тем выше будет скорость передачи тепла через этот материал.

Обратная величина теплопроводности данного материала известна как тепловое сопротивление этого материала. Это означает, что чем выше теплопроводность, тем ниже удельное тепловое сопротивление. Теплопроводность (K) материала может быть выражена как;

K (T) = α (T) p (T) C p (T)

Где, α (T) — температуропроводность, p (T) — плотность, C p T — удельная теплоемкость

Такие материалы, как алмаз, медь, алюминий и серебро, обладают высокой теплопроводностью и считаются хорошими проводниками тепла.Алюминиевые сплавы широко используются в качестве радиаторов, особенно в электронике. С другой стороны, такие материалы, как дерево, полиуретан, оксид алюминия и полистирол, обладают низкой теплопроводностью. Поэтому такие материалы используются в качестве теплоизоляторов.

Теплопроводность материала может измениться, когда фаза материала меняется с твердой на жидкую, с жидкости на газ или наоборот. Например, теплопроводность льда изменяется, когда лед тает в воду.

Хорошие электрические проводники обычно являются хорошими проводниками тепла.Однако серебро является относительно слабым проводником тепла, хотя и является хорошим проводником электричества.

Электроны вносят основной вклад в теплопроводность металлов, тогда как колебания решетки или фононы вносят основной вклад в теплопроводность неметаллов. В металлах теплопроводность приблизительно пропорциональна произведению электропроводности на абсолютную температуру. Однако электропроводность чистых металлов уменьшается при повышении температуры, так как электрическое сопротивление чистых металлов увеличивается с повышением температуры.В результате произведение электрического сопротивления и абсолютной температуры, а также теплопроводность остаются примерно постоянными при повышении или понижении температуры.

Diamond — один из лучших теплоносителей при комнатной температуре, имея теплопроводность более 2000 Вт на метр на Кельвин.

Что такое коэффициент температуропроводности

Температуропроводность материала — это тепловая инерция этого материала. Это можно понимать как способность материала проводить тепло по отношению к теплу, накопленному на единицу объема.

Температуропроводность материала можно определить как коэффициент теплопроводности, деленный на произведение удельной теплоемкости и плотности. Математически это можно выразить как;

α (T) = K (T) / ( p (T) C p (T))

α (T) = Температуропроводность

Это означает, что чем выше коэффициент температуропроводности, тем выше теплопроводность. Следовательно, материалы с более высокой температуропроводностью быстро проводят через них тепло. Температуропроводность газа очень чувствительна как к температуре, так и к давлению.Единица измерения температуропроводности в системе СИ — м 2 с -1 .

В отличие от теплопроводности, температуропроводность — это не часто используемый термин. Однако это важное физическое свойство материалов, которое помогает понять способность материала проводить тепло по отношению к теплу, накопленному на единицу объема.

Пиролитический графит имеет коэффициент температуропроводности 1,22 × 10 −3 м 2 / с

Разница между теплопроводностью и температуропроводностью

определение:

Теплопроводность: Теплопроводность материала — это мера способности материала проводить через себя тепло.

Температуропроводность: Температуропроводность можно понимать как способность материала проводить тепло относительно тепла, накопленного на единицу объема.

Формула для расчета

Теплопроводность (K) материала может быть выражена как;

К (Т) = α (Т) ρ (Т) Cp (Т)

Где, α (T) — температуропроводность, ρ (T) — плотность, Cp (T) — удельная теплоемкость

Температуропроводность (α) материала можно выразить через теплопроводность как;

α (Т) = К (Т) / (ρ (Т) Ср (Т))

Обозначается:

Теплопроводность: K

Температуропроводность: α

Единица СИ:

Теплопроводность: Вт / мК

Температуропроводность: м 2 .

Размеры

Теплопроводность: M 1 L 1 T −3 Θ −1

Температуропроводность: L 2 .

Изображение предоставлено:

«Необработанный алмаз» Неизвестный сотрудник Геологической службы США — Первоисточник: веб-сайт Геологической службы США «Минералы в вашем мире». Прямая ссылка на изображение: [1] (Public Domain) через Commons Wikimedia

«Пиролитический графит» (CC BY-SA 3.0) через Commons Wikimedia

Теплопроводность — теплопроводность | Определение

Теплопроводность , также называемая теплопроводностью , происходит внутри тела или между двумя контактирующими телами без участия массового потока и перемешивания.Это прямой микроскопический обмен кинетической энергией частиц через границу между двумя системами. Передача тепла посредством проводимости зависит от движущей «силы» разницы температур и теплопроводности (или сопротивления теплопередаче). Теплопроводность зависит от природы и размеров теплоносителя. Все задачи теплопередачи связаны с разницей температур , геометрией и физическими свойствами исследуемого объекта.В задачах теплопроводности исследуемый объект обычно является твердым телом.

Микроскопически этот режим передачи энергии приписывается потоку свободных электронов с более высоких уровней энергии на более низкие, колебаниям решетки и столкновениям молекул . Рассмотрим блок из камня при высокой температуре, который состоит из атомов, которые интенсивно колеблются вокруг своего среднего положения. При низких температурах атомы продолжают колебаться, но с меньшей интенсивностью .

Если более горячий блок камня соприкасается с более холодным блоком, интенсивно колеблющиеся атомы на краю более горячего блока отдают свою кинетическую энергию менее колеблющимся атомам на краю холодного блока. В этом случае происходит передача энергии между этими двумя блоками и тепловых потоков от более горячего блока к более холодному посредством этих случайных колебаний. Современная точка зрения состоит в том, чтобы приписать перенос энергии волнам решетки, вызванным движением атомов. В электрических изоляторах передача энергии происходит исключительно через эти волны решетки.В проводнике это также связано с поступательным движением свободных электронов.

Как правило, металлов обычно являются хорошими проводниками тепловой энергии. Это тесно связано с его хорошей электропроводностью . У металлов довольно высокая теплопроводность, и те металлы, которые являются лучшими электрическими проводниками, также являются лучшими проводниками тепла. Это связано с тем, как металлы связываются химически. Металлические связи имеют свободно движущихся электронов, (свободных электронов), которые быстро передают тепловую энергию через металл.Электронная жидкость проводящего металлического твердого тела проводит большую часть теплового потока через твердое тело. Фононный поток все еще присутствует, но несет меньше энергии. Об этих механизмах теплопроводности мы поговорим позже.

Закон теплопроводности Фурье

Теплопередача процессов можно количественно оценить с помощью соответствующих скоростных уравнений. Уравнение скорости в этом режиме теплопередачи основано на законе Фурье теплопроводности . Этот закон гласит, что время скорости передачи тепла через материал составляет , пропорционально отрицательному градиенту температуры и площади, перпендикулярной этому градиенту, через которую течет тепло.Его дифференциальная форма:

Тепловой поток

Коэффициент теплопередачи на единицу площади, перпендикулярный направлению теплопередачи, называется тепловым потоком . Иногда его также называют плотностью теплового потока . В системе СИ его единицы — ватты на квадратный метр (Вт.м -2 ). У него есть направление и величина, поэтому это векторная величина. Средний тепловой поток выражается как:

, где A — площадь теплопередачи.Единица теплового потока в английских единицах — БТЕ / ч · фут 2 . Обратите внимание, что тепловой поток может меняться со временем, а также от положения на поверхности.

В ядерных реакторах ограничение локального теплового потока имеет первостепенное значение для безопасности реактора. Поскольку ядерное топливо состоит из топливных стержней, тепловой поток здесь определяется в единицах Вт / см (локальный линейный тепловой поток) или кВт / стержень (мощность на топливный стержень).

Константа пропорциональности, полученная в соотношении, известна как теплопроводность , k (или λ ) материала.Материал, который легко передает энергию за счет проводимости, является хорошим проводником тепла и имеет высокое значение k . Закон Фурье — это выражение, определяющее теплопроводность .

Как видно, для решения закона Фурье мы должны учитывать разницу температур, геометрию и теплопроводность объекта. Этот закон был впервые сформулирован Джозефом Фурье в 1822 году, который пришел к выводу, что «тепловой поток, возникающий в результате теплопроводности, пропорционален величине градиента температуры и противоположен ему по знаку».

Точно так же, как закон Фурье определяет тепловой поток через плиту, его также можно использовать для определения разницы температур, если известно q . Это можно использовать для расчета температуры в центре топливной таблетки, как будет показано в следующих разделах.

Теплопроводность

Характеристики теплопередачи твердого материала измеряются с помощью свойства, называемого теплопроводностью , k (или λ), измеряемой в Вт / м.К . Это мера способности вещества передавать тепло через материал за счет теплопроводности. Обратите внимание, что закон Фурье применяется ко всему веществу, независимо от его состояния (твердое, жидкое или газообразное), поэтому он также определен для жидкостей и газов.

Теплопроводность большинства жидкостей и твердых тел зависит от температуры. Для паров это также зависит от давления. В общем:

Большинство материалов почти однородны, поэтому обычно можно записать k = k (T) .Подобные определения связаны с теплопроводностью в направлениях y и z (k y , k z ), но для изотропного материала теплопроводность не зависит от направления переноса, k x = k y = k z = k.

Из приведенного выше уравнения следует, что теплопроводный поток тепла увеличивается с увеличением теплопроводности и увеличивается с увеличением разницы температур. В общем, теплопроводность твердого тела больше, чем у жидкости, которая больше, чем у газа.Эта тенденция во многом обусловлена ​​различиями в межмолекулярном расстоянии для двух состояний вещества. В частности, алмаз имеет самую высокую твердость и теплопроводность среди всех сыпучих материалов.

См. Также: Теплопроводность

Теплопроводность диоксида урана

В большинстве реакторов PWR используется урановое топливо , которое находится в форме диоксида урана . Диоксид урана представляет собой черное полупроводниковое твердое вещество с очень низкой теплопроводностью .С другой стороны, диоксид урана имеет очень высокую температуру плавления и хорошо известное поведение . UO2 прессуется в гранулы , затем эти гранулы спекаются в твердое тело.

Эти таблетки затем загружаются и заключаются в топливный стержень (или топливный стержень), который изготовлен из циркониевых сплавов из-за его очень низкого поперечного сечения поглощения (в отличие от нержавеющей стали). Поверхность трубки, закрывающей таблетки, называется оболочкой твэла .Топливные стержни являются базовым элементом тепловыделяющей сборки.

Теплопроводность диоксида урана очень низкая по сравнению с металлическим ураном, нитридом урана, карбидом урана и материалом оболочки из циркония. Теплопроводность является одним из параметров, определяющих температуру осевой линии топлива . Такая низкая теплопроводность может привести к локальному перегреву по средней линии топлива, поэтому этого перегрева следует избегать. Перегрев топлива предотвращается за счет поддержания установившегося пика линейного теплового потока (LHR) или коэффициента горячего канала теплового потока — F Q (z) ниже уровня, при котором происходит плавление средней линии топлива.Расширение топливной таблетки при плавлении по средней линии может привести к тому, что таблетка нагнетает оболочку до точки разрушения.

Теплопроводность твердого UO 2 с плотностью 95% оценивается по следующей корреляции [Клименко; Зорин]:

, где τ = T / 1000. Неопределенность этой корреляции составляет + 10% в диапазоне от 298,15 до 2000 K и + 20% в диапазоне от 2000 до 3120 K.

Специальная ссылка: Тепловые и атомные электростанции / Справочник под ред.А.В. Клименко, В. Зорин. MEI Press, 2003.

Специальная ссылка: Теплофизические свойства материалов для ядерной техники: Учебное пособие и сбор данных. IAEA-THPH, МАГАТЭ, Вена, 2008. ISBN 978–92–0–106508–7.

Термическое сопротивление

В технике часто используется еще одно очень важное понятие. Поскольку существует аналогия между диффузией тепла и электрическим зарядом , инженеры часто используют тепловое сопротивление (т.е.е. тепловое сопротивление против теплопроводности) для расчета теплопередачи через материалы. Тепловое сопротивление является обратной величиной теплопроводности. Подобно тому, как электрическое сопротивление связано с проводимостью электричества, тепловое сопротивление может быть связано с проводимостью тепла.

Рассмотрим плоскую стенку толщиной L и средней теплопроводностью k. На двух поверхностях стены поддерживается постоянная температура T 1 и T 2 .Для одномерной устойчивой теплопроводности через стенку T (x). Тогда закон Фурье теплопроводности для стены может быть выражен как:

Уравнение теплопроводности

В предыдущих разделах мы имели дело, в частности, с одномерным стационарным теплопереносом, который может быть охарактеризован уравнением Фурье. закон теплопроводности. Но его применимость очень ограничена. Этот закон предполагает стационарную теплопередачу через плоское тело (обратите внимание, что закон Фурье может быть получен также для цилиндрических и сферических координат), без источников тепла .Это просто уравнение скорости в этом режиме теплопередачи, где известен температурный градиент.

Но главная проблема в большинстве анализов проводимости состоит в том, чтобы определить температурное поле в среде, возникающее в результате условий, наложенных на ее границы. В инженерии мы должны решать задачи теплопередачи, связанные с различной геометрией и различными условиями, такими как цилиндрический ядерный топливный элемент, который включает внутренний источник тепла или стенку сферической оболочки.Эти проблемы более сложные, чем планарный анализ, который мы проводили в предыдущих разделах. Поэтому эти проблемы будут предметом данного раздела, в котором будет введено и решено уравнение теплопроводности .

См. Также: Уравнение теплопроводности

Уравнение теплопроводности — общая форма

Уравнение теплопроводности — это уравнение в частных производных, которое описывает распределение тепла (или температурного поля ) в данном теле во времени .Детальное знание температурного поля очень важно для теплопроводности через материалы. Как только это распределение температуры известно, теплопроводность в любой точке материала или на его поверхности может быть вычислена по закону Фурье.

Уравнение теплопроводности получено из закона Фурье и сохранения энергии . Закон Фурье гласит, что скорость передачи тепла через материал за время пропорциональна отрицательному градиенту температуры и площади, перпендикулярной этому градиенту, через которую течет тепло.

Изменение внутренней энергии на единицу объема материала ΔQ пропорционально изменению температуры Δu. То есть:

∆Q = ρ.c p .∆T

Общая форма

Используя эти два уравнения, мы можем вывести общее уравнение теплопроводности:

Это уравнение также известно как уравнение Фурье-Био и представляет собой основной инструмент для анализа теплопроводности.Из ее решения мы можем получить температурное поле как функцию времени.

На словах уравнение теплопроводности гласит, что:

В любой точке среды чистая скорость передачи энергии путем теплопроводности в единицу объема плюс объемная скорость генерирования тепловой энергии должна равняться скорости изменения тепловая энергия, запасенная в объеме.

См. Также: Коэффициент теплопроводности

Пример — теплопроводность в топливном стержне

В большинстве реакторов PWR используется урановое топливо , которое находится в форме диоксида урана .Диоксид урана — это черный полупроводник с очень низкой теплопроводностью. С другой стороны, диоксид урана имеет очень высокую температуру плавления и хорошо известное поведение. UO 2 прессуют в цилиндрические гранулы , затем эти гранулы спекают в твердое тело.

Эти цилиндрические таблетки затем загружаются и заключаются в топливный стержень (или топливный стержень), который изготовлен из циркониевых сплавов из-за его очень низкого поперечного сечения поглощения (в отличие от нержавеющей стали).Поверхность трубки, закрывающей таблетки, называется оболочкой твэла .

См. Также: Теплопроводность диоксида урана

Тепловое и механическое поведение топливных таблеток и топливных стержней составляют одну из трех основных дисциплин проектирования активной зоны. Ядерное топливо эксплуатируется в очень неблагоприятных условиях (тепловых, радиационных, механических) и должно выдерживать более высокие, чем нормальные условия эксплуатации. Например, температура в центре топливных таблеток достигает более 1000 ° C (1832 ° F), что сопровождается выделением газа деления.Поэтому подробные сведения о распределении температуры в отдельном топливном стержне необходимы для безопасной эксплуатации ядерного топлива. В этом разделе мы изучим уравнение теплопроводности в цилиндрических координатах , используя граничное условие Дирихле с заданной температурой поверхности (т. Е. Используя граничное условие Дирихле). Подробный анализ температурного профиля твэлов будет рассмотрен в отдельном разделе.

Температура по средней линии топливной таблетки

Рассмотрим топливную таблетку радиусом r U = 0.40 см , в котором происходит равномерное и постоянное тепловыделение на единицу объема, q V [Вт / м 3 ] . Вместо объемного теплового потока q V [Вт / м 3 ] инженеры часто используют линейный тепловой расход , q L [Вт / м] , который представляет собой тепловой расход одного метра топливного стержня. Линейный расход можно рассчитать из объемного расхода тепла по формуле:

Центральная линия берется за начало координат r.Благодаря симметрии в z-направлении и азимутальном направлении, мы можем разделить переменные и упростить эту задачу до одномерной задачи . Таким образом, мы решим только температуру как функцию радиуса, T (r) . Для постоянной теплопроводности k соответствующая форма цилиндрического уравнения теплопроводности :

Общее решение этого уравнения:

, где C 1 и C 2 — константы интеграция.

Рассчитайте распределение температуры T (r) в этой топливной таблетке, если:

  • температура на поверхности топливной таблетки составляет T U = 420 ° C
  • радиус топливной таблетки r U = 4 мм .
  • усредненная проводимость материала составляет k = 2,8 Вт / м · K (соответствует диоксиду урана при 1000 ° C)
  • линейная тепловая мощность составляет q L = 300 Вт / см и, таким образом, объемная тепловая мощность равна q V = 597 x 10 6 Вт / м 3

В этом случае поверхность поддерживается при заданных температурах T U .Это соответствует граничному условию Дирихле. Кроме того, эта задача является термосимметричной, и поэтому мы можем использовать также граничное условие термосимметрии. Константы могут быть оценены с помощью подстановки в общее решение и имеют вид:

Результирующее распределение температуры и средняя (r = 0) температура (максимальная) в этой цилиндрической топливной таблетке при этих конкретных граничных условиях будут:

Радиальный тепловой поток на любом радиусе q r [Вт.m -1 ] в цилиндре, конечно, можно определить с помощью распределения температуры и закона Фурье. Обратите внимание, что с тепловыделением тепловой поток больше не зависит от r.

∆T в топливной таблетке

Детальное знание геометрии, внешнего радиуса топливной таблетки, объемного теплового потока и температуры поверхности таблетки (T U ) определяет ∆T между внешней поверхностью и центральной линией топливной таблетки . Следовательно, мы можем рассчитать центральную температуру (T Zr, 2 ), просто используя сохранение энергии между теплом, выделяемым в объеме, и передаваемым за пределы объема:

На следующем рисунке показано распределение температуры в топливной таблетке при различных уровни мощности.

______

Температура в рабочем реакторе варьируется от точки к точке внутри системы. Как следствие, всегда есть один топливный стержень и одного локального объема , которые на горячее на , чем все остальные. Чтобы ограничить эти горячих точек , должны быть введены пределы пиковой мощности . Пределы пиковой мощности связаны с кризисом кипения и условиями, которые могут вызвать плавление топливных таблеток.Однако по металлургическим соображениям верхний предел температуры оболочки твэла и топливной таблетки. Выше этих температур существует опасность повреждения топлива. Одной из основных задач при проектировании ядерных реакторов является обеспечение отвода тепла, производимого на желаемом уровне мощности, при обеспечении того, чтобы максимальная температура топлива и максимальная температура оболочки всегда были ниже этих заранее определенных значений.

Что такое теплопроводность — теплопроводность

Пример — теплопроводность в топливном стержне

В большинстве реакторов PWR используется урановое топливо , которое находится в форме диоксида урана .Диоксид урана — это черный полупроводник с очень низкой теплопроводностью. С другой стороны, диоксид урана имеет очень высокую температуру плавления и хорошо известное поведение. UO 2 прессуют в цилиндрические гранулы , затем эти гранулы спекают в твердое тело.

Эти цилиндрические таблетки затем загружаются и заключаются в топливный стержень (или топливный стержень), который изготовлен из циркониевых сплавов из-за его очень низкого поперечного сечения поглощения (в отличие от нержавеющей стали).Поверхность трубки, закрывающей таблетки, называется оболочкой твэла .

См. Также: Теплопроводность диоксида урана

Тепловое и механическое поведение топливных таблеток и топливных стержней составляют одну из трех основных дисциплин проектирования активной зоны. Ядерное топливо эксплуатируется в очень неблагоприятных условиях (тепловых, радиационных, механических) и должно выдерживать более высокие, чем нормальные условия эксплуатации. Например, температура в центре топливных таблеток достигает более 1000 ° C (1832 ° F), что сопровождается выделением газа деления.Поэтому подробные сведения о распределении температуры в отдельном топливном стержне необходимы для безопасной эксплуатации ядерного топлива. В этом разделе мы изучим уравнение теплопроводности в цилиндрических координатах , используя граничное условие Дирихле с заданной температурой поверхности (то есть используя граничное условие Дирихле). Подробный анализ температурного профиля твэлов будет рассмотрен в отдельном разделе.

Температура по средней линии топливной таблетки

Рассмотрим топливную таблетку радиусом r U = 0.40 см , в котором происходит равномерное и постоянное тепловыделение на единицу объема, q V [Вт / м 3 ] . Вместо объемного теплового потока q V [Вт / м 3 ] инженеры часто используют линейный тепловой расход , q L [Вт / м] , который представляет собой тепловой расход одного метра топливного стержня. Линейный расход можно рассчитать из объемного расхода тепла по формуле:

Центральная линия берется за начало координат r.Благодаря симметрии в z-направлении и азимутальном направлении, мы можем разделить переменные и упростить эту задачу до одномерной задачи . Таким образом, мы решим только температуру как функцию радиуса, T (r) . Для постоянной теплопроводности k соответствующая форма цилиндрического уравнения теплопроводности :

Общее решение этого уравнения:

, где C 1 и C 2 — константы интеграция.

Рассчитайте распределение температуры T (r) в этой топливной таблетке, если:

  • температура на поверхности топливной таблетки составляет T U = 420 ° C
  • радиус топливной таблетки r U = 4 мм .
  • усредненная проводимость материала составляет k = 2,8 Вт / м · K (соответствует диоксиду урана при 1000 ° C)
  • линейная тепловая мощность составляет q L = 300 Вт / см и, таким образом, объемная тепловая мощность равна q V = 597 x 10 6 Вт / м 3

В этом случае поверхность поддерживается при заданных температурах T U .Это соответствует граничному условию Дирихле. Кроме того, эта задача является термосимметричной, и поэтому мы можем использовать также граничное условие термосимметрии. Константы могут быть оценены с помощью подстановки в общее решение и имеют вид:

Результирующее распределение температуры и средняя (r = 0) температура (максимальная) в этой цилиндрической топливной таблетке при этих конкретных граничных условиях будут:

Радиальный тепловой поток на любом радиусе q r [Вт.m -1 ] в цилиндре, конечно, можно определить с помощью распределения температуры и закона Фурье. Обратите внимание, что с тепловыделением тепловой поток больше не зависит от r.

∆T в топливной таблетке

Детальное знание геометрии, внешнего радиуса топливной таблетки, объемного теплового потока и температуры поверхности таблетки (T U ) определяет ∆T между внешней поверхностью и центральной линией топливной таблетки . Следовательно, мы можем рассчитать центральную температуру (T Zr, 2 ), просто используя сохранение энергии между теплом, выделяемым в объеме, и передаваемым за пределы объема:

На следующем рисунке показано распределение температуры в топливной таблетке при различных уровни мощности.

______

Температура в рабочем реакторе варьируется от точки к точке внутри системы. Как следствие, всегда есть один топливный стержень и одного локального объема , которые на горячее на , чем все остальные. Чтобы ограничить эти горячих точек , должны быть введены пределы пиковой мощности . Пределы пиковой мощности связаны с кризисом кипения и условиями, которые могут вызвать плавление топливных таблеток.Однако по металлургическим соображениям верхний предел температуры оболочки твэла и топливной таблетки. Выше этих температур существует опасность повреждения топлива. Одной из основных задач при проектировании ядерных реакторов является обеспечение отвода тепла, производимого на желаемом уровне мощности, при обеспечении того, чтобы максимальная температура топлива и максимальная температура оболочки всегда были ниже этих заранее определенных значений.

Теплообмен

Конвекция — это передача тепла за счет массового движения жидкости, такой как воздух или вода, когда нагретая жидкость перемещается от источника тепло, несущее с собой энергию.Возникает конвекция над горячей поверхностью потому что горячий воздух расширяется, становится менее плотным и поднимается вверх (см. Закон идеального газа). Горячая вода также менее плотная, чем холодная, и поднимается вверх, вызывая конвекционные токи, переносящие энергию.

Конвекция также может приводить к циркуляции жидкости, как при нагревании кастрюли с водой над пламенем. Подогретая вода расширяется и становится более плавучей. Более прохладная, более плотная вода у поверхности спускается вниз, и могут формироваться схемы циркуляции, хотя они не будут такими регулярными, как показано на рисунке.

Конвекционные ячейки видны в нагретом кулинарном масле в кастрюле слева. Нагревание масла вызывает изменения показателя преломления масла, делая видимыми границы ячеек. Образуются паттерны циркуляции, и предположительно видимые стеноподобные структуры являются границами между паттернами циркуляции.

Считается, что конвекция играет важную роль в транспортировке энергии от центра Солнца к поверхности и в перемещениях горячей магмы под поверхностью Земли.Видимая поверхность Солнца (фотосфера) имеет зернистый вид с типичным размером гранулы 1000 километров. Изображение справа взято с веб-сайта NASA Solar Physics и предоставлено Дж. Шармером и шведским вакуумным солнечным телескопом. Гранулы описываются как конвекционные ячейки, которые переносят тепло от внутренней части Солнца к поверхности.

При обычной теплопередаче на Земле трудно количественно оценить эффекты конвекции, поскольку она по своей сути зависит от небольших неоднородностей в достаточно однородной среде.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *