 |
Реклама. ООО "ГК "ВЕЛУНД СТАЛЬ СЗ" Erid: 2SDnjcpqkHH
| |
от точки отсчета 0 и благодаря этому является наибольшей величиной изменения температуры вдоль направления r. Эта величина называется градиентом температуры (grad Т) в точке 0:
Градиент температуры, таким образом, представляет собой вектор, направленный перпендикулярно к изотермической поверхности, который при повышении температуры является положительным, а при понижении отрицательным. Так же как и температурное поле, градиент температурного поля зависит от места и времени:
grad Т = f (r, t). (1.4)
Количество тепла, поток тепла, уравнение теплопроводности
Теплота как тепловая энергия тела вместе с присущей телу температурой характеризует состояние теплового движения составляющих его элементов. С учетом тепловых эффектов при фазовых превращениях, согласно уравнению
dQ = тс (Т) dT, (1.5)
распределение количества тепла между всеми элементами объема тела так же, как и его температурное поле, зависит от координат точки и времени:
QK = f(r,t). (1.6)
Это различие в тепловой энергии между различными точками тела, в котором должен существовать градиент температуры, выравнивается при передаче тепловой энергии во времени с помощью теплового потока, пропорционального градиенту температуры. Величина теплового потока dQ, отнесенная к единице времени dt и единице градиента температуры в направлении, перпендикулярном изотермической поверхности dA, называется плотностью теплового потока /:
Плотность теплового потока пропорциональна градиенту температуры, являющейся двлжущей силой теплового потока:
j = - Я grad Т. (1.8)
В этом уравнении теплопроводности коэффициент теплопроводности я в качестве коэффициента пропорциональности отражает влияние свойств материала, проводящего тепло, на теплопередачу.   
Таким образом, коэффициент теплопроводности характеризует поток тепла, возникающий в проводнике тепла при наличии градиента температуры.
Температуропроводность, уравнение температуропроводности
Изменение температуры нестационарного температурного поля во времени, связанное с передачей тепла в теле, называется температуропроводностью. Кроме передаваемого за счет теплопроводности количества тепла, температуропроводность также учитывает потребляемое или освобождающееся количество тепла во время нагрева или охлаждения элементарного объема внутри тела, проводящего тепло, согласно уравнению (1.5). Температуропроводность зависит также от величины тепловой энергии QE, полученной или выделенной за счет внутренних источников или потребителей тепла в единицу времени. Для временного изменения температуры при выравнивании ее за счет теплопроводности (рис. 1.3) на основе теплового баланса элементарного объема получена зависимость
из которой для неразветвленного потока тепла может быть написано уравнение температуропроводности:
где А — оператор Лапласа.
Это уравнение температуропроводности, содержащее коэффициент температуропроводности а = я/рс , (1.11)
справедливо при предположении, что коэффициент теплопроводности является константой, т. е. не зависит от координат точки и температуры. Коэффициент температуропроводности характеризует величину временного изменения температуры тела в результате нестационарной теплопроводности. Он прямо пропорционален количеству тепла, передаваемого теплопроводностью, и обратно пропорционален способности проводника тепла накапливать его (теплоемкость тела). 1.1.3. Теплопереход
Передача тепловой энергии, которая происходит за счет теплопроводности, обусловленной градиентом температуры внутри тела, продолжается и за пределами поверхности тела — передача во внешнюю среду. Между телом и окружающей его средой происходит теплообмен. Под теплообменом следует понимать количество тепла, которым обмениваются тело и окружающая его среда в единицу времени, отнесенное к единице поверхности тела,  
т. е. количество тепла, которое уходит из тела или поступает в него в перпендикулярном к его поверхности направлении. Теплообмен осуществляется с помощью конвекции, теплопроводности и теплового излучения.
1.1.3.1. Закон охлаждения Ньютона
Количество тепла, обмененное телом с окружающей его средой (установкой для термообработки) Qu), зависит только от разности температур обеих находящихся в тепловом контакте поверхностей. Согласно этому, плотность теплового потока ju через поверхность тела выражается следующим образом:
Поскольку при нагреве и охлаждении разность температур между телом и окружающей средой постоянно уменьшается, количество тепла, обмененного в единицу времени, также со временем уменьшается. Температура тела при этом приближается к состоянию равновесия по экспоненциальному закону. Особые условия теплоперехода характеризуются коэффициентом пропорциональности, являющимся коэффициентом теплопередачи а. Он представляет собой количество тепла, обмененное единицей поверхности в единицу времени при наличии разности температур между телом и окружающей его средой.
1.1.3.2. Формы теплопередачи
В устройствах для термической обработки теплоносителями являются газы, пары и жидкости, которые осуществляют тепловой контакт между нагревательными или охлаждающими устройствами и телами, подлежащими тепловой обработке. С помощью этих теплоносителей тепло в большинстве случаев передается одновременно несколькими различными способами. Известны три основных вида теплопередачи, отличающихся друг от друга.
а. Теплопередача за счет теплопроводности
Эта форма теплопередачи характеризуется тем, что передаваемое в соответствии с уравнением (1.8) количество тепла пропорционально градиенту температуры теплоносителя, который в этом случае выполняет функции проводника тепла, и что теплообмен происходит непосредственно между соседними частицами в неподвижных жидких или газообразных материалах (коэффициент теплопередачи aL). 
б. Теплопередача с помощью конвекции (конвективный теплообмен)
Теплопередача с помощью конвекции непосредственно связана с движением теплоносителя, которое обусловлено изменением положения жидких или газообразных частиц, его составляющих. Конвекция возможна только в жидкостях или газах, поскольку их частицы подвижны. Количество передаваемого с помощью конвекции тепла зависит также от числа частиц, действующих в качестве передатчиков тепла. Поэтому на теплопередачу за счет конвекции можно влиять, изменяя число таких частиц (давление, принудительная циркуляция и др.).
Если движение частиц обусловлено только разностью в плотностях теплоносителя, вызванной различием температуры, конвекция называется естественной или свободной. Вынужденной конвекцией называют теплопередачу, осуществляемую с помощью потоков газа или жидкости, движение которых поддерживается за счет внешних сил. В общем случае свободная и вынужденная конвекция происходят одновременно и вклад каждого вида конвекции в теплопередачу зависит как от градиента температуры в теплоносителе, так и от скорости принудительного потока.
Коэффициент теплопередачи при конвекции ак определяется многими факторами: формой и размером поверхности тела, отдающей или принимающей тепло, и ее положением в пространстве; физическими свойствами тела; свойствами теплоносителя, а также причиной возникновения движения (плотность, давление, динамическая вязкость, удельная теплоемкость); разностью температуры между телом и окружающей средой.
Известны также другие факторы, связанные с изменением агрегатного состояния теплоносителя (например, образование паровой рубашки при закалке) и влияющие на теплопередачу конвекцией.
в. Теплопередача за счет теплового излучения (лучистый теплообмен)
Под тепловым излучением следует понимать то излученное телом тепло, которое обусловлено исключительно теплосодержанием излучающего тела. Поглощение теплового излучения приводит к увеличению теплосодержания тела, поглощающего это излучение.
Все тела с температурой Тк > О К излучают волны, которые поглощаются другими телами. Поэтому между двумя телами возникает лучистый теплообмен. При этом происходит двукратное превращение энергии: тепловая энергия превращается в энергию излучения, а последняя опять превращается в тепловую. Эта форма теплообмена не зависит от теплоносителя. Поэтому передача тепла с помощью теплового излучения может происходить также в вакууме. Поскольку интенсивность и спек
Реклама. ООО "СНАБСТАЛЬ" Erid: 2SDnjcaFPNJ |
| 
НОВЫЕ ОБЪЯВЛЕНИЯ
НОВОСТИ
НОВЫЕ СТАТЬИ