Home Random Page


CATEGORIES:

BiologyChemistryConstructionCultureEcologyEconomyElectronicsFinanceGeographyHistoryInformaticsLawMathematicsMechanicsMedicineOtherPedagogyPhilosophyPhysicsPolicyPsychologySociologySportTourism






Intr 28.Transfer de caldura.Notiuni.Tipuri.

 

Transferul de căldură este ştiinţa proceselor spontane, ireversibile, de propagare a căldurii în spaţiu şi reprezintă schimbul de energie termică între două corpuri, două regiuni ale unui corp sau două fluide sub acţiunea unei diferenţe de potențial termic.

Noțiuni de bază

Forța motrică pentru transferul de căldură este diferența de temperaturi, iar pentru transferul de masă diferența de concentrații

Procesul se petrece in timp, τ

Câmpul de temperatură - temperatura caracterizează starea termică a unui corp, caracterizând

gradul de încălzire a acestuia. În fiecare punct M (x,y,z) dintr-un corp solid, lichid sau gazos se

poate defini o temperatură, funcţie scalară de coordonatele punctului şi de timp:

T= T (x,y,z,t ) (1.1)

Câmpul de temperatură definit de relaţia (1.1) este tridimensional şi nestaţionar. Dacă temperatura nu depinde de timp, câmpul de temperatură este staţionar sau permanent. Cel mai simplu câmp de temperatură, care va fi utilizat cel mai des în acest curs este câmpul staţionar unidirecţional:

T = T (x). (1.2)

Suprafaţa izotermă este locul geometric al punctelor din spaţiu care la un moment dat au aceeaşi temperatură. În regim nestaţionar suprafeţele izoterme sunt mobile şi deformabile; în regim staţionar ele sunt invariabile. Suprafeţele izoterme nu se pot intersecta, acelaşi punct din spaţiu, la acelaşi moment de timp, neputând avea temperaturi diferite. Unitatea de măsură pentru temperatură este gradul Kelvin [K] , definit ca 1/273,16 din temperatura termodinamică a punctului triplu al apei.In sistemul internaţional de unităţi de măsură este tolerat şi gradul Celsius

[C].

Fluxul termic este cantitatea de căldură care trece printr-o suprafaţă izotermă în unitatea de timp:

Q = ΔQ/Δτ [W] (1.3)

unde: ΔQ este cantitatea de căldură, în J; Δτ este intervalul de timp în s.

Fluxul termic unitar de suprafaţă (densitatea fluxului termic) reprezintă fluxul termic care este transmis prin unitatea de suprafaţă:

qF =Q/F [W/m2] . (1.4)

Fluxul termic unitar linear este fluxul termic transmis prin unitatea de lungime a unei suprafeţe:

ql =Q/L [W/m] (1.5)

Fluxul termic unitar volumic este fluxul termic emis sau absorbit de unitatea de volum dintr-un corp:

qv =Q/v [W/m3] (1.6)

Gradientul de temperatură -câmpul de temperatură fiind o funcţie derivabilă se poate defini în

orice punct M, la fiecare moment t un vector al gradientului de temperatură în direcţia normală la suprafaţa izotermă care trece prin acel punct (1.1):



(1.7)

 

Tipuri de transfer de căldură

Transferul de energie termică se poate realiza prin trei moduri fundamentale distincte: conducţia termică, convecţia termică şi radiaţia termică.

Conducţia termicăeste procesul de transfer al căldurii dintr-o zonă cu o temperatură mai ridicată către una cu temperatură mai coborâtă, în interiorul unui corp (solid, lichid sau gazos) sau între corpuri solide diferite aflate în contact fizic direct, fără existenţa unei deplasări aparente a particulelor care alcătuiesc corpurile respective. Mecanismul conducţiei termice este legat de cinetica moleculară, de interacţiunea energetică între microparticulele care alcătuiesc corpurile (molecule, atomi, electroni).

Ecuaţia fundamentală a conducţiei termice este ecuaţia legii lui Fourier (1822):

Sau

Unde: λ este conductivitatea termică, W/(mK)

F suprafața, în m2

Q, qF fluxul termic, respectiv fluxul termic unitare de suprafață, în W și respectiv W/m2,

T temepratura, în K

 

Conductivitatea termica, λ se definește din ecuația lui Fourier și reprezintă fluxul transmis prin conducție prin unitatea de suprafață izotermă la un gradient de temepraturp de 1K/m. Conductivitatea termică este o proprietate a corpurilor care depinde de natura acesteia, temperatură și presiune

λ= f (material, t, p) W/(mK)

pentru gaze 0,0010,2 W/(mK)

pentru lichide 0,10,5 W/(mK)

pentru solide nemetalice 0,011,1 W/(mK)

pentru metale 10350 W/(mK)

 

Ecuaţia legii lui Fourier este valabilă pentru conducţia termică unidirecţională în regim staţionar, prin corpuri omogene şi izotropă, fără surse interioare de căldură.

Semnul minus din ecuaţii ţine seama că fluxul termic se propagă de la o temperatură mai ridicată către una mai coborâtă, având sens invers gradientului de temperatură.

 

Convecţia termică reprezintă procesul de transfer de căldură între un perete şi un fluid în mişcare, sub acţiunea unei diferenţe de temperatură între perete şi fluid.

Convecţia presupune acţiunea combinată a conducţiei termice în stratul limită de fluid de lângă perete, a acumulării de energie internă şi a mişcării de amestec a particulelor de fluid.

Intensitatea procesului de convecţie depinde în măsură esenţială de mişcarea de amestec a fluidului. După natura mişcării se disting două tipuri de mişcare cărora le corespund două tipuri de convecţie: liberă sau naturală şi forţată. Mişcarea liberă este datorată variaţiei densităţii fluidului cu temperatură. La încălzirea fluidului densitatea lui scade şi el se ridică; la răcire, densitatea creşte şi fluidul coboară pe lângă suprafaţa de schimb de căldură. Intensitatea mişcării libere este determinată de natura fluidului, diferenţa de temperatură între fluid şi perete, volumul ocupat de fluid şi câmpul gravitaţional.

Mişcarea forţată a unui fluid este determinată de o forţă exterioară care îl deplasează (pompă, ventilator, diferenţă de nivel, etc.). Ecuaţia fundamentală a convecţiei termice este dată de formula lui Newton (1701):

unde: α este coeficientul de convecţie, în W/(m2× K);

ΔT diferența de temperaturi, temperaturile fluidului, respective a peretelui, în K;

 

Coeficientul de convecţie α , caracterizează intensitatea transferului de căldură convectiv. El este diferit de legea lui Newton ca fluxul termic transmis prin convecţie prin unitatea de suprafaţă izotermă la o diferenţă de temperatură de 1 K.

Valoarea coeficientului de convecţie depinde de numeroşi factori: natura fluidului, viteza fluidului, presiune, temperatură, starea de agregare, geometria suprafeţei, etc.

Radiaţia termică este procesul de transfer de căldură între corpuri cu temperaturi diferite separate în spaţiu. Orice corp S emite prin radiaţii electromagnetice energie. Transportul se realizează prin fotoni, care se deplasează în spaţiu cu viteza luminii. Energia transportată de aceştia este în funcţie de lungimea de undă a radiaţiei. Transferul de căldură prin radiaţie se realizează de la distanţă. Fenomenul are dublu sens: un corp radiază energie către altele, dar la rândul său primeşte energie emisă sau reflectată de corpurile înconjurătoare. Dacă avem două corpuri S şi S` , corpul S emite energie prin radiaţie către corpul S` dar şi primeşte radiaţie de la corpul S` , emisă sau reflectată de acesta. Dacă Ts >Ts` pe ansamblu apare un flux termic net transmis de corpul S către corpul S`.

Relaţia de bază a transferului de căldură prin radiaţie a fost stabilită experimental de Stefan în 1879 şi teoretic de Boltzmann în 1984. Ecuaţia Stefan Boltzmann exprimă fluxul termic emis de un corp negru absolut sub forma:

ε factorul de emisie total

c0 coeficient de radiație a corpului negru

K coeficinetul transferului global de căldură, și este trnasferul de la un fliud la altul printr-un perete care le desparte

 


Date: 2015-12-11; view: 1000


<== previous page | next page ==>
Intr,23 IF cu ejectie si IF cu absorbtie. | Transferul de caldura. Notiuni. Tipuri. Ecuatia diferentiala a conductiei termice
doclecture.net - lectures - 2014-2022 year. Copyright infringement or personal data (0.003 sec.)