Адиутори Е.Ф. - Новые методы в теплопередаче (1062108), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Разумеется, может оказаться, что на практике все материалы обладают пропорциональными характеристиками теплопроводности. И что же тогда? Возвращаться назад к формуле Фурье.и коэффициенту теплопроводности? НвЫ Такой ответ обусловлен по меньшей мере двумя причинами. Во-первых,мы просто не знаем, какие материалы будут созданы в будущем и (или) какие значения будут иметь тепловые потоки в будущих установках.
Кто может хотя бы мысленно представить себе характеристики материалов, которые еще не созданы? Кто может поручиться, что современные материалы будут иметь "пропорциональные" характеристики теплопроводности при уровнях теплового потока завтрашнего дня? Мы не можем предсказать будущего, но можем готовиться к нему — и именно в этом состоит различие между формулой Фурье и соотношением (5.33), между коэффициентом теплопроводности и тем, что, на мой взгляд, можно 'назвать "пропускательной способностью тепла".
Формула Фурье позволяет анализировать "пропорциональные" процессы, соотношение (5.33) — всепроцессы без ограничений. Формула Фурье позволяла вести исследования в прошлом, соотношение ( 5. 33) позволит вести исследования в будущем при любых тенденциях развития науки. Теялояроводяосаь, аелрчвяае а аермаческое сояроиавлеиае 107 Эта концепция весьма эффективна для серых и абсолютно черных тел, т.е. для тел, испускательные способности которых не зависят от температуры. Причина этого заключается, естественно, в том, что такие тела обладают пропорциональными характеристиками теплового излучения, т.е. формула (5.35) справедлива для абсолютно черных и серых тел, но несправедлива для нечерных и несерых тел. В рамках старой теории теплопередачи мы должны были бы выразить характеристики излучения нечерных и несерых тел в форме соотношения ( 5.
35). В рамках новой теории теплопередачи мы заменяем формулу (5.35) новым обобщенным соотношением для тецлового излучения (5.36) которое для серых и абсолютно черных тел сводится к соотношению (5.35), а для несерых и нечерных тел —.к соотношению, описывающему экспериментальные результаты. В настоящее время большинство инженерных методов расчета основано на использовании упрощающего предположения об излучении серого тела Если это прцпположение выполняется достаточно точно, то соотношение (5.35) справедливо как в новой теории, так и в старой.
Однако даже в случае излучения серого тела практические задачи в рамках новой теории решаются совершенно иначе ввиду отсутствия термического сопротивления и цепей термических сопротивлений. Например, в монографии Крейца "Основы теплопередачи" приводится задача совместного воздействия конвенции и излучения на экранированную термопару. Эта задача, рассматриваемая в примере 5-9 на стр.
209 первого издания монографии, решается при помощи старой теории теплопередачи методом проб и ошибок с применением цепи термических сопротивлений. (Эта же задача рассматривается и во втором издании.) В обсуждении, предшествующем этой задаче, Крейц отмечает: "Чтобы учесть излучение в тепловом процессе, включающем конвекцию и тецлопроводность, удобно ввести единичную проводимость для теплового излучения, или коэффициент радиационной теплоотдачи Ь ... Введение коэффициента радиационной теплоотдачи, аналогичного коэффициенту конвективной теплоотдачи, удобно потому, что тепловой поток будет линейно зависеть от разности температур и может быть непосредственно включен в термичес- булава 5 1ОВ кую цепь, для которой движущим потенциалом является температура. Кроме того, знание величины А, существенно для определения суммарного коэффициента теплоотдачи Ь поверхности, к которой подводятся (или от которой отводятся) конвективные и радиационные тепловые потоки,так как А = (А + А 1.
Следует отметить, что применение описанной методики яе приводит к тому, что "тепловой поток будет линейно зависеть от разности температур", т.е. тот факт, что мы используем пропорциональное приближение для описания потока теплового излучения, не оказывает абсолютно никакого влияния на действительный характер изменения теплового потока, который в этом случае остаетса нелинейным. На самом деле в рамках старой теории проводится пропорционалиэация потока теплового излучения, чтобы попытаться затем использовать пропорциональные цепи для решения нелинейных задач.
В рамках новой теории та же самая проблема решается прямым путем, т.е. мы сводим задачу к решению одного уравнения с одним неизвестным, а затем извлекаем квадратный корень из решения. При этом выполняются следующие операции. 1. Составляется простая цепь тепловых потоков, чтобы наглядно учесть все компоненты теплового потока. 2. Записываются соотношения, в которых тепловые потоки выражены через температуры, как было сделано при рассмотрении примеров в гл. 3. 3. Эти соотношения сводятся к одному уравнению с одним неизвестным, из решения которого извлекается квадратный корень.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ В этой главе мы показали, что все концепции, связанные с термическим сопротивлением, цепями термических сопротивлений, коэффициентом теплопроводности и испусканием теплового излучения, являются концепциями пропорциональности. Мы отметили, что концепции пропорциональности эффективны только при анализе "пропорциональных" процессов, но неэффективны при анализе линейных и нелинейных процессов.
Поскольку многие процессы теплообмена являются линейными и нелинейными,мы отказались от концепции термического сопро- Т еилоироводносаь, излучения и аермическое соироаивлеиае 109 тивления. В новой теории мы заменяем ее концепцией нелинейности, выраженной соотношением (5.26), которую я назвал "концепцией теплового режима". Поскольку многие процессы теплообмена являются линейными и нелинейными, мы отказались от концепции цепей термических сопротивлений. В новой теории мы заменяем их простыми цепями теплового потока, применяя "закон теплового потока", описанный в гл.
3. Эти цепи являются не чем иным, как линейными диаграммами, которые позволяют визуально учесть распределение теплового потока в рассматриваемой задаче. Поскольку течение тепла в материалах может быть нелинейным в настоящее время и почти наверняка будет нелинейным в будущем, мы отказались от формулы Фурье и соответствующего понятия коэффициента теплопроводности. В новой теории мы заменяем их соотношением (5.33) и концепцией, которую я назвал "режимом пропускания тепла". Поскольку все тела не являются серыми или абсолютно черными, т.е.
поскольку тепловое излучение в общем случае не является пропорциональным процессом, мы отказались от пропорционального закона Стефана-Больцмана и соответствующей концепции пропорциональности. В новой теории теплопередачи мы заменили их соотношением (5.36) и соответствующей концепцией, которую я назвал "режимом теплового излучения". ПРОГНОЗЫ НА ДВАДПАТЬ ПЕРВОЕ СТОЛЕТИЕ Инженерная наука ХХ1 в. будет существенно отличаться от со- временной (1973 г.). Например, будут отвергнуты закон Гука, "закон Ньютона", закон Ома, закон Фурье, закон Стефана-Больцмана, коэффициенты теплоотдачи, коэффициенты массообмена, коэффициенты теплопроводности, термическое сопротивление, цепи термических сопротивлений, испускательная способность теплового излучения, поглошательная способность теплового излучения, Глава 5 Обозначения а, Ь,ш— 1- Ь— Ьв Ьт !— А- постоянные; функция; коэффициент теплоотдачи; коэффициент конвективной теплоотдачи; коэффициент радиационной теплоотдачи; сила тока; коэффициент теплопроводности; плотность, теплового потока; сопротивление; температура; напряжение; неизвестная переменная; деформация или степень черноты; напряжение или постоянная Стефана-Больцмана; термодвижущая сила.
Х,у— Е а ТДС— статическое электрическое сопротивление, динамическое электрическое сопротивление, цепи электрических сопротивлений, модуль упругости, модуль сдвига, коэффициенты трения в жидкости, коэффициенты сопротивления, коэффициенты подъемной силы, метод размерностей, режимы. Короче говоря, будут отвергнуты все пропорциональные соотно- шения и концепции, применяемые в настоящее время для анализа ли- нейных и нелинейных процессов, вместе с множеством коэффициен- тов, сопротивлений, факторов и модулей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
