Sposoby przenoszenia energii-opracowanie

Sposoby przenoszenia energii. Przewodzenie ciepła, prawo Fouriera, przewodność cieplna, przewodzenie ciepła przez przegrody płaskie,i cylindryczne. Przenikanie ciepła, współczynnik przenikania ciepła. Promieniowanie ciepła. Złożona wymiana ciepła. Krytyczna średnica izolacji.
Przewodzenie ciepła
Podczas przewodzenia ciepła natężenie strumienia cieplnego jest proporcjonalne do spadku temperatury, mierzonego w kierunku prze­pływu ciepła. Sformułowanie to stanowi prawo Fouriera, którego matematyczny zapis ma postać
(8.2)
gdzie: wielkość dT/dx, zwana gradientem temperatury, jest miarą spadku temperatury w kierunku przepływu ciepła, - współczynnik proporcjonalności, zwany współczynnikiem przewodzenia ciepła albo krótko przewodnością cieplną.
Przewodność cieplna charakteryzuje zdolność ciała do przewodze­nia ciepła. Im większa jest jej wartość, tym większa ilość ciepła jest przewodzona w jednostce czasu. Najmniejszą przewodność cieplną wykazują gazy, największą - metale. Spośród metali najlepszym przewodnikiem ciepła jest srebro.
Przewodność cieplna zależy ponadto od temperatury; dla gazów ze wzrostem temperatury rośnie; dla cieczy maleje, a dla metali jest w przybliżeniu stała.
W tablicy 8.1 podano wartości przewodności cieplnej dla wybranych gazów, cieczy i ciał stałych. Tablica 8.1. Współczynnik przewodzenia ciepła różnych substancji Substancja
Temperatura
T, [K]
Współczynnik przewodzenia
ciepła , [W/(m K)]
Metale
Aluminium
293
229
Cyna
293
66
Cynk
293
113
Miedź
293
384
Ołów
273
35,1
Srebro
293
418
Stal
293
45
Złoto
293
311
Żelazo
293
73
Substancje stałe nieorganiczne
Beton
293
0,8 1,4
Cegła
293
0,380,52
Grafit
293
12 170
Lód
273
2,2
Szkło
293
0,75
Substancje stałe organiczne
Guma
293
0,130,21
Papier
293
0,140,21
Skóra
293
0,140,16
Ciecze
Rtęć
293
9,3

(…)

… cieplnego P względem do zera:
(6.8)
A zatem ekstremum przenikania ciepła występuje wtedy, gdy średnica izolacji
(6.9)
Czy to ekstremum oznacza maksimum czy minimum oporu cieplnego, określa druga pochodna
do której podstawiając , odpowiadające punktowi ekstremalnemu, otrzymamy ostatecznie:
Dodatnia druga pochodna wskazuje na minimum oporu cieplnego, a zatem maksimum strumienia ciepła przenikającego…
…)
Ponieważ , więc po dodaniu stronami do siebie wyrażeń (8.17-8.19), otrzymujemy
A+R+P = 1
Zależnie od wartości współczynników A, R i P rozróżnia się:
ciała doskonale białe, odbijające całkowicie promieniowanie, tzn. A=0,R=1,P=0;
ciała doskonale czarne, pochłaniające całkowicie padające promienio­wanie, czyli A = 1, R = 0, P = 0;
ciała doskonale przepuszczalne, tzn. A = 0, R = 0, P = 1.
W przyrodzie nie ma ciał doskonale…
… o temperaturze T, oblicza się na podstawie prawa Stefana­-Boltzmana - wg wzoru o postaci
(8.20)
gdzie: - emisyjność, tj. zdolność promieniowania lub stopień czarno­ści (dla ciał szarych słuszny jest związek = A),
-stała promieniowania ciała doskonale czarnego lub stała Stefana-Boltzmana, wynosząca
= 5,6710-8 W/(m2K4)
Złożona wymiana ciepła
W praktyce często wymiana ciepła przez przejmowanie (qk zachodzi…
…. Wielkość tę, oznaczaną symbolem q, zgodnie z definicją określa wzór
(8.1)
gdzie: - strumień ciepła (ilość ciepła w jednostce czasu - moc cieplna),
A - pole powierzchni wymiany ciepła.
Ustalone przenikanie ciepła przez przegrodę płaską i cylindryczną
Dana jest przegroda płaska, składająca się z n warstw o grubościach , ,..., , zbudowana z materiałów o współczynnikach przewodzenia ciepła , ,... (rys. 6.1…
… do otaczającego ośrodka. Jako izolacje cieplne stosuje się materiały o niskich współczynnikach przewodzenia ciepła, takie jak azbest, korek, wata szklana, wełna itp.
Rys.6.3. Przenikanie ciepła przez przegrodę cylindryczną pokrytą jedną warstwą izolacji
Poniżej zostanie rozpatrzony warunek, przy którym materiał zastosowany do izolacji cieplnej powierzchni cylindrycznej będzie faktycznie zmniejszał straty ciepła…
... zobacz całą notatkę