2014-02-02
8552
Количество теплоты. Тепловой поток.
Количество теплоты – количество тепловой энергии, полученное или отданное телом (твердым, жидким или газообразным) или проходящее через это тело за некоторое время τ в результате теплообмена.
Обозначают количество теплоты 
и измеряют в джоулях [Дж] или калориях [кал]:
1 кал = 4,187 Дж, 1 Дж = 0,24 кал.
При этом для анализа процессов часто используют кратные джоулю и калории единицы измерения:
1 кДж = 103 Дж;1 МДж = 106 Дж; 1 ГДж = 109 Дж; 1 ТДж = = 1012 Дж.
Тепловой поток (обозначают 
) – количество теплоты, проходящее через заданную и нормальную к направлению распространения теплоты поверхность в единицу времени:
.
При стационарном режиме теплообмена тепловой поток не изменяется во времени и рассчитывается по формуле:
, Вт.
В старой системе единиц тепловой поток измеряется в 
:
Вт.
В расчетах используют три вида удельных тепловых потоков:
а) поверхностную плотность теплового потока (обозначают: q, Вт/м2) – тепловой поток, отнесенный к площади поверхности тела;
|
|
|
б) л инейную плотность теплового потока (обозначают: 
, Вт/м) – тепловой поток, отнесенный к длине протяженного тела;
в) о бъемную плотность теплового потока (обозначают: qv,Вт/м3) – тепловой поток, отнесенный к объему тела.
Поверхностная плотность теплового потока – количество теплоты, проходящее через заданную и нормальную к напрвлению распространению теплоты единичную площадку в единицу времени.
, Вт/м2,
где 
- единичный вектор; τ – время, с; F – площадь, м2.
В стационарном режиме теплообмена и при одинаковых условиях теплообмена на всей поверхности тела:
.
Линейная плотность теплового потока – тепловой поток, проходящий через боковую поверхность единичной длины некоего протяженного тела, произвольного, но постоянного по длине поперечного сечения. В стационарном режиме теплообмена и при одинаковых условиях теплообмена на всей поверхности тела:
,откуда следует, что 
где τ – время, с; 
– длина протяженного объекта, м.
Поверхностная плотность теплового потока и линейная плотность теплового потока связаны между собой следующим соотношением:
или 
,
где П – периметр протяженного тела произвольного, но постоянного поперечного сечения.
Например, для трубы диаметром d периметр равен длине окружности (
) и формула связи q и примет вид
.
Объемная плотность теплового потока – количество теплоты, которое выделяется или поглощается внутри единичного объема тела в единицу времени. В стационарном режиме теплообмена и при условии равномерного распределения внутренних источников (стоков) теплоты в объеме тела:
откуда следует 
и 
.
|
|
|
Объемную плотность теплового потока qv используют в следующих расчетах тепловыделений или теплопоглощений:
— в ядерном реакторе,
— при прохождении электрического тока по проводнику с большим сопротивлением;
— внутреннего трения при течении жидкости;
— при химических реакциях.
Величина qv может быть как положительной, (теплота выделяется), так и отрицательной (теплота поглощается).
