Краткие сведения из теории теплопередачи
Лекция 16.
Краткие сведения из теории теплопередачи.
Если температура рабочего тела устройства газоавтоматики существенно отличается от температуры окружающей среды, то на течение процессов в устройстве, на технические характеристики устройства может существенно влиять теплообмен. При этом нагреваются или охлаждаются стенки конструкции и этот тепловой процесс является составляющим во всем процессе в объекте. Для построения математического описания данного процесса необходимо отразить теплообмен между рабочим телом и стенками конструкции, а также процесс распространения тепла к стенке и теплообмен между конструкцией и окружающей средой.
Распределение тепла осуществляется различными способами: теплопроводностью, конвекцией, тепловым излучением.
Конвекция – процесс переноса тепловой энергии при перемещении. Перенос тепла связан с переносом среды. Конвекция возможна лишь в текущей среде. Различают свободную и вынужденную конвекции.
Свободная конвекция связана с перемещением в авиационном поле частиц, нагретых до определенной температуры, а потому имеющих различный удельный вес.
Вынужденная конвекция обусловлена движением газа под действием внешних сил.
Тепловое излучение – процесс излучения тепловой энергии под действием электромагнитных волн. При тепловом излучении происходит двойное преобразование энергии: тепловая энергия 
лучистая энергия тепловая энергия.
Теплопроводность – процесс распределения тепловой энергии при непосредственном соприкосновении частиц тела, имеющих различные температуры.
Рекомендуемые материалы
Теплопроводность обусловлена движением микрочастиц. В природе и технике процессы распространения тепла, названные выше, протекают совместно.
Основные положения изучения теплопроводности.
Процесс теплопроводности имеет место при условии, что в различных точках тела (системы тел) температура неодинакова.
В общем случае процесс передачи тепла теплопроводностью в твердом теле сопровождается изменением температуры, как во времени, так и в пространстве.
Аналитически изучение проводится как поиск зависимости
. 
Это выражение для трехмерного, нестационарного поля. Поле может быть и двухмерным и одномерным и стационарным.
.
Данная формула соответствует одномерному стационарному полю.
Если соединить точки тела, имеющие одинаковую температуру, изотермическую поверхность.
Изотермические поверхности не пересекаются и либо полностью располагаются внутри тела, либо оканчиваются на его поверхности.
Пересечение изотермических поверхностей плоскостью дает на этой плоскости семейство изотерм.
Температура в теле изменяется в направлениях пересекающих изотермических поверхностей.
Наибольший перепад температуры на единицу длины имеет место в направлениях нормалей к изотермическим поверхностям.
Вектор, направленный по нормали к изотермической поверхности в сторону возрастания температуры, и численно равный производной от температуры по этому направлению называется
, 
где 
– единичный вектор, нормальный к изотермической поверхности, направленный в сторону возрастания температуры.
, 
где 
– единичные векторы координатных осей.
Согласно гипотезе Фурье: количество тепла 
, проходящего через элемент изотермической поверхности 
за время 
пропорционально температурному градиенту
. 
Коэффициент пропорциональности 
– физический параметр вещества, называемый коэффициентом теплопроводности.
приводится в справочных материалах. Коэффициент зависит от температуры. При решении технических задач величину обычно осредняют в некотором диапазоне температур.
Количество тепла, проходящего в единицу времени через единицу поверхности
Люди также интересуются этой лекцией: 3.Характеристика озер Африки.
называют плотностью теплового потока
. 
Вектор 
направлен по нормали к изотермической поверхности противоположно к , поскольку тепло передается от более нагретого тела к менее нагретому.
Уравнения (2.5) и (2.6) являются математической записью основного закона теплопроводности. Вектор можно представить проекциями
.
