Реферат на тему Теплопередача через изотропную шаровую стенку: тепловой поток, коэффициент теплопередачи, общее тепловое сопротивление теплопередачи, тепловое сопротивление теплоотдачи, внутренне тепловое сопротивление, поверхностная плотность теплового потока, температуры поверхностей стенки.

Содержание:

Введение 3
1. Изотропная теплопроводность через сферическую оболочку 4
2. Основные параметры теплопередачи через изотропную шаровую стенку 9
Заключение 13
Список использованной литературы 14

Введение:

В теории о теплообмене изучается сущность процесса распространения тепла в твердых, жидких и газообразных телах. Данные процессы исходя из их физико-механической природы достаточно разнообразны, при этом они различаются большим уровнем сложности и, как правило, протекают и эволюционируют в виде полноценной совокупности комплекса всевозможных теплофизических явлений.
Процесс переноса теплоты может осуществляться тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением, или радиацией. Данные формы кардинальным образом различаются по своей природе и для них справедливы различные физические законы. Процесс переноса теплоты теплопередачей протекает между непосредственно соприкасающимися телами или частицами тел с различными показателями температуры. Учение о теплопроводности однородных и изотропных тел опирается на весьма прочный теоретический фундамент. Оно основано на простых количественных законах и располагает хорошо разработанным математическим аппаратом. Теплопроводность представляет собой, согласно взглядам современной физики, молекулярный процесс передачи теплоты.
Известно, что при нагревании тела кинетическая энергия его молекул возрастает. Частицы более нагретой части тела, сталкиваясь при своем беспорядочном движении с соседними частицами, сообщают им часть своей кинетической энергии. Этот процесс постепенно распространяется по всему телу. Перенос теплоты теплопроводностью зависит от физических свойств тела, от его геометрических размерах, а также от разности температур между различными частями тела. При определении переноса теплоты теплопроводностью в сферических (шаровых) телах можно наблюдать ряд трудностей, на практике до сих пор удовлетворительно не решенных.

Заключение:

Исходя из рассмотренного в работе материала, можно сделать вывод о тои, что теплопередачей называют процесс обмета теплом вещества (газ, жидкость, твердое тело) имеющего высокую температуру с веществом, обладающим меньшей температурой, через стенку, которая их разделяет.
Процесс теплопередачи можно разделить на теплоотдачу энергии горячим веществом стенке, процесс теплопроводности внутри стенки и теплоотдачу стенки энергии холодному веществу. Поток тепла при стационарной теплопередаче величина постоянная, то есть не зависит от времени и координат.
В первой главе в результате проделанной работы было выведено дифференциальное уравнение теплопроводности применительно к данным конкретным условиям задачи (то есть вусловиях теплопередачи через изотпропную шаровую стенку) и получено решение данного уравнения в виде функции T(r).
Количественно способность вещества проводить тепло характеризуется коэффициентом теплопроводности. Эта характеристика равна количеству теплоты, проходящему через однородный образец материала единичной длины и единичной площади за единицу времени при единичной разнице температур (1 К).
Для вычисления коэффициента теплопередачи или термического сопротивления плоской стенки необходимо определить коэффициенты теплоотдачи и теплопроводности.

Фрагмент текста работы:

1. Изотропная теплопроводность через сферическую оболочку
Теплопроводность (λ единица измерения Вт / (м•К)) — это процесс переноса энергии в виде тепла — через тело с конечной массой при наличии градиента температуры. В соответствии со вторым началом термодинамики, тепловой поток всегда направлен в сторону уменьшения температуры.
Рисунок 1. Процесс переноса энергии в виде тепла
Отношение между переносимым теплом в единицу времени (dQ/dt или тепловым потоком Q) и градиентом температуры (ΔT/Δx) через площадь A (площадь перпендикулярную, направлению распространения тепла с постоянной скоростью) называется уравнением теплопроводности.
Теплопроводность гомогенных и изотропных материалов может быть рассчитана по уравнению :

где a – температуропроводность, cp — удельная теплоемкость, ρ – плотность.
В большинстве случаев, когда рассматривается явление изотропной теплопроводности через сферическую оболочку, речь идет о ситуации, при которой постоянный тепловой поток направлен через шаровую стенку, при этом источником теплоты является внутренняя сфера радиусом R1. Мощность источника P является постоянной величиной. Среда между граничными сферами изотропна, а значит её теплопроводность x является функцией одной переменной — расстояния от центра сфер (радиуса) r. Таким образом:

Исходя из этого, температура среды в данном случае также является функцией одной переменной — радиуса r:
T = T(r),
Изотермические поверхности при этом — концентрические сферы, а искомое температурное поле — одномерное и стационарное, а граничные условия представляет собой условия первого рода:
T(R1) = T1, T(R2) = T2
Из одномерности температурного поля можно получить вывод о том, что плотность теплового потока j также, как теплопроводность и температура, являются функциями одной переменной — радиуса r. Неизвестные функции j(r) и T(r) можно рассчитать двумя способами :
• С помощью решения дифференциального уравнения Фурье,
• Использовать закон Фурье.
В большинстве случаев выбирается второй способ. Закон Фурье для одномерного сферически симметричного температурного поля выглядит следующим образом: