Закон Фурье и коэффициент теплопроводности

Способы передачи теплоты.

ЛЕКЦИЯ№ 5

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ТВЁРДЫХ ТЕЛ.

Теория теплообмена – это наука о процессах переноса тепла. Знание законов теплообмена позволяет инженеру-строителю увязать толщину и материал ограждающих конструкций с отопительными приборами, разработать строительные конструкции и материалы.

Существует три принципиально отличных друг от друга вида теплообмена- теплопроводность, конвекция и тепловое излучение. Перенос теплоты осуществляется от тела более нагретого в сторону менее нагретого, т.е. необходима разность температур. Теплота переносимая в единицу времени есть тепловой поток. Температурное состояние тела характеризуется температурным полем, это совокупность мгновенных значений температур во всех точках изучаемого пространства, в общем случае

t=f(x, y, z, τ).

Изменяющееся во времени температурное поле называется нестационарным, тепловой режим и тепловой поток также являются неустановившимися. Стационарное поле характеризуется уравнением

t=(x, y, z).

Одномерное поле

t=f(x).

Температурное поле характеризуется изотермическими поверхностями, это геометрическое место точек, имеющих одинаковую температуру. Поверхности разумеется не пересекаются (одна точка не может одновременно иметь 2 значения температуры).

Наибольшее изменение температуры на единицу длины имеет место в направлении нормали к изотермическим поверхностям.

Производная температуры по нормали к изотермическим поверхностям называется градиентом (grad), его размерность-К/м.

Жан Батист Фурье открыл закон теплопроводности в 1822 году. Этим законом устанавливается пропорциональная связь между удельным тепловым потоком и градиентом температуры.

- важная теплофизическая характеристика материала, зависит от ряда причин: природы вещества, температуры, влажности и т.д. Рассмотрим теплопроводность при стационарном режиме для плиты (рис. 5.1).