Краткая теория. Теплопроводность – это процесс переноса теплоты (внутренней энергии) между непосредственно соприкасающимися телами или частями одного и того же тела

Теплопроводность – это процесс переноса теплоты (внутренней энергии) между непосредственно соприкасающимися телами или частями одного и того же тела. Она обусловлена тепловым движением и энергетическим взаимодействием структурных частиц (молекул, атомов, электронов).

1. Тепловой поток. Количество теп­лоты Q_τ (Дж), переносимое через какую-либо изотермическую поверхность в единицу времени, называется тепловым потоком Q (Вт), т.е.

Q = .

(1)

Тепловой поток, отнесенный к единице площади изотермической поверхно­сти, называется плотностью теплового потока q (Вт/м²):

q = = .

(2)

2. Закон Фурье – количе­ство переданной теплоты пропорционально падению температуры, времени и площади сечения, перпендикулярного направлению рас­пространения теплоты. Если количество переданной теплоты отнести к единице площади сечения и единице времени, то установ­ленную зависимость можно записать:

= – λ gradt.

(3)

Уравнение (3) является математическим выражением основ­ного закона теплопроводности – закона Фурье. Этот закон лежит в основе всех теоретических и экспериментальных исследований процессов теплопроводности.

3. Значение коэффициента теплопроводности λ представляет собой количество теплоты, которое проходит в единицу времени через единицу площади изотермической поверхности при температурном градиенте, равном единице.

Для различных веществ коэффициент теплопроводности λраз­личен и в общем случае зависит от структуры, плотности, влажности, давления и температуры. Все вместе взятое затрудняет выбор правильного значения коэффициента теплопроводности.

В технических же расчетах значения коэффици­ента теплопроводности обычно берутся по справочным таблицам.

4. Стационарная теплопровод­ность через однослойную плоскую стенку рассчитывается по формулам:

q = = (t1 – t2), Вт/м2;

(4)

 

Q = F(t1 – t2), Вт.

(5)

Отношение λ/δ называется тепловой проводимостью стенки, а обратная величина δ/λ – термическим сопротивлением. Послед­нее определяет падение температуры в стенке на единицу плотно­сти теплового потока.

5. Уравнение теплопровод­ности для установившегося теплового потока через многослойную плоскую стенку:

(6)

6. Тепловой поток через однослойную цилиндрическую стенку:

Q = .

(7)

7. Тепловой поток через многослойную цилиндрическую стенку:

Q = ,

(8)

где d₁ и d₂; d₂ и d₃; d₃ и d₄ и т. д. – внутренний и наружный диаметры каждого цилиндрического слоя.

8. Теплопередачей называется процесс переноса теплоты от одного теплоносителя к другому через разделяющую стенку.

9. Плотности теплового потока процесса теплопередачи:

q = = k·(tж1-tж2).

(9)