Transcript wyklad II

PLAN WYKŁADÓW

Wykład 2:

Ustalone przewodzenie ciepła w ciałach stałych: płaskich, walcowych i kulistych

Streszczenie wykładu II

Przedstawiono ważne w technice ustalone w czasie jednowymiarowe przewodzenie ciepła w przegrodach płaskich i walcowych jedno- i wielowarstwowych, a także w przegrodzie kulistej.

cieplnego. Dla Określono charakter zmienności temperatury wzdłuż strumienia przegród płaskich o stałej przewodności cieplnej jest ona prostoliniowa, a dla innych ma przebieg krzywoliniowy.

Dla wszystkich krzywoliniowy.

przegród o zmiennej przewodności cieplnej ma zawsze przebieg Wyprowadzono wzory do obliczania strumienia cieplnego.

przewodzenia Zwrócono uwagę na analogię ciepła i przewodzenia prądu elektrycznego i wprowadzono pojęcie oporu cieplnego.

• • •

1.

Podstawowe określenia w wymianie ciepła

przewodzenie konwekcja - swobodna - wymuszona promieniowanie •

2. Pole temperatury niestacjonarne

Stacjonarne

T T

 

f f

x

, 

x

,

y

,

y

,

z

, 

z

 

3. Równanie Fouriera – Kirchhoffa

dla λ = const: 

T

    

w

   

T

c p q

v

  

a

  2 

T

T

   0

a

c p

  

4.

Równanie Fouriera

jeżeli ciało, dla którego wyprowadzono równanie Fouriera - Kirchhoffa, jest ciałem stałym, to nie ma w nim wewnętrznych ruchów substancji, czyli: w x = w y = w z = w = 0, a pochodne konwekcyjna w równaniach ulegają wyzerowaniu. Otrzymuje się tzw. równanie różniczkowe przewodzenia ciepła Fouriera w postaci ogólnej: 

T

  

c p q

v

  

c p

1       (

T

)  

T

 lub dla stałej przewodności cieplnej tj. dla λ = const: 

T

  

c p q

v

  

a

  2 

T

PRZEWODZENIE CIEPŁA W PRZEGRODZIE PŁASKIEJ

ŚCIANKA JEDNOLITA O RÓWNOLEGŁYCH PŁASZCZYZNACH ZEWNĘTRZNYCH i O GRUBOŚCI

. PRZYJMUJEMY, ŻE PRZEWODNOŚĆ CIEPLNA MATERIAŁU JEST STAŁA i RÓWNA

ORAZ, ŻE NA POWIERZCHNIACH ZEWNĘTRZNYCH ŚCIANKI UTRZYMUJE SIĘ TEMPERATURA T W1 DO i T POWIERZCHNI, W2 . TEMPERATURA ZMIENIA POLE TEMPERATUR SIĘ TYLKO W KIERUNKU NORMALNEJ JEST WIĘC W DANYM WYPADKU JEDNOWYMIAROWE, POWIERZCHNIE IZOTERMICZNIE PŁASKIE i PROSTOPADŁE DO OSI X.

q

T x

     

dT

dT dx

0

q

  

x T

 

C T w

1

  

T w

1

q

 

dx

C x

  

T

T w

2

T w

2

q

 

T T X

    

q

  

T w

1

T w

2

x

C

 

T w

1

 

T w

1

 

T w

2

 

x

    

T w

1

PRZEWODZENIE CIEPŁA W PRZEGRODZIE PŁASKIEJ

   

A w

 

T w

1

T w

2

R w

   

A w

 

K W

 

T w

1

   

T w

2

A w

 

T w

1

T w

2

R w

PRZEWODZENIE CIEPŁA W PRZEGRODZIE PŁASKIEJ PRZY ZMIENNYM

q

   

(

T

)

dT dx q

 

x

  

0

  

0

1

b

T

 

dT dx T

b

T

2 2

C x

0

T

T w

1

0

  

0

T w

1

b

T

2

w

1 2

C x

  

T

T w

2

     

0

T w

2

b

T

2

w

2 2

q

  

q

    

0

0

   

T W

1

T W

2

 

b

2

T W

2 1

T W

2 2

     

1

b

 

T w

1

T w

2 2

     

T W

1

T W

2

 

m

 

1

 

2 2

 

0

   

1

b

 

T w

1

T w

2 2

    

q

 

x

  

0

T

b

T

2 2

C

T X

 

C

 

1

b

T w

1

 

2

 

0 2

b q

x

1

b

PRZEWODZENIE CIEPŁA W PRZEGRODZIE PŁASKIEJ

śr

 

1

 

2 2

T x

 

1

b

   

śr

A w

 

1

b

T w

1

 

2

2

q

  

0

b x

 

T w

1

T w

2

PRZEWODZENIE CIEPŁA W PRZEGRODZIE WALCOWEJ

CIAŁO PRZEWODZĄCE CIEPŁO MA KSZTAŁT PUSTEGO WALCA O DŁUGOŚCI L, WEWNĘTRZNEJ ŚRENICU d W i ZEWNĘTRZNEJ d z.

PRZEWODNOŚĆ CIEPLNA MATERIAŁU JEST STAŁA. NA POWIERZCHNI WEWNĘTRZNEJ i ZEWNĘTRZNEJ PANUJĄ STAŁE TEMPERATURY T W1 i T W2 . SPADEK TEMPERATURY NASTĘPUJE JEDYNIE W KIERUNKU PROMIENIOWYM r.

POLE TEMPERATURY JEST WIĘC JEDNOWYMIAROWE, POWIERZCHNIE IZOTERMICZNE KTÓRYCH OSIE POKRYWAJĄ SIĘ Z OSIĄ RURY.

ZAŚ SĄ POWIERZCHNIAMI WALCOWYMI,

   

A

dT dr

   

2

r

L

dT dr dT

 

2

   

L dr r

T

 

2

   

L

ln

r

C r

r w

1

T

T w

1

T W

1

 

2

   

L

ln

r W

1

C r

r w

2

T

T w

2

T W

2

 

2

   

L

ln

r W

2

C T W

1

T W

2

2

   

L

ln

r W

2

ln

r W

1

 

2

 

2

   

L

 

T W

1

WYPROWADZIĆ WZÓR NA STRUMIEŃ PRZEWODZENIA CIEPŁA DLA SYTUACJI „b”

 

ln

r W

2

r W

1

d w

2

d w

1 ln

d W d W

1 2

T W

2

 

T W

1

  

T W

2

2

ln

  

d W

2

L

d W

1

T W

1

  

L

ln

r W r W

1 2

T W

2

PRZEWODZENIE CIEPŁA W PRZEGRODZIE WALCOWEJ PRZY ZMIENNYM

   

(

T

)

A

dT dr

  

0

1

b

T

 

2

r

L

dT dr

0

1

b

T

dT

 

2

 

L dr r

0

T

b

T

2 2

 

q

2

L

 

ln

r

 

q

2

L

dr r r

r w

1

T

T w

1

..........

r q L

 

r w

2

..........

T

T

..........

w

2

.......

?

..........

.....

..........

......

T X

  

1

b

T w

1

 

2

  

q

L

0

b

ln

d x d W

1

1

b

PRZEWODZENIE CIEPŁA PRZEZ POWŁOKĘ KULISTĄ

CIAŁO PRZEWODZĄCE CIEPŁO MA KSZTAŁT PUSTEJ KULI O PROMIENIU POWIERZCHNI WEWNĘTRZNEJ r W1 JEDNORODNEGO POWIERZCHNIACH i PROMIENIU POWIERZCHNI O ZEWNĘTRZNEJ r W2 STAŁEJ PRZEWODNOŚCI CIEPLNEJ

.

WYKONANE Z TEMPERATURY T W1 MATERIAŁU i T W2 NA WEWNĘTRZNEJ i ZEWNĘTRZNEJ SĄ STAŁE. SPADEK TEMPERATURY NASTĘPUJE JEDYNIE W KIERUNKU PROMIENIOWYM r. POLE TEMPERATURY JEST POWIERZCHNIE IZOTERMICZNE WIĘC JEDNOWYMIAROWE, ZAŚ SĄ POWIERZCHNIAMI KULISTYMI O WSPÓLNYM ŚRODKU.

WYPROWADZIĆ WZÓR NA STRUMIEŃ PRZEWODZENIA CIEPŁA DLA SYTUACJI „b”

   

A

dT dr

   

4

r

2

dT dr dT

 

4

  

dr r

2

T

4

   

1

r r

r w

1

T

T w

1

T W

1

4

   

1

r w

1

C r

r w

2

T

T w

2

T W

2

4

   

1

r w

2

C T W

1

   

4

T W

   

2 1

 

4

 

T W

1

r w

1

    

1

r w

2

T W

   

1 2

r w

1

 

4

1

r w

2

   

d

 

1

w

1

T W

1

d

1

w

2

T W

 

2

4

    

T W

1

T W

2

 

r r W

1

W

2

 

r W r W

2 1

  

A

1

A

2

 

T W

1

T W

2

PRZEWODZENIE CIEPŁA PRZEZ POWŁOKĘ KULISTĄ PRZY ZMIENNYM

   

(

T

)

A

dT dr

  

0

1

b

T

 

4

r

2

L

dT dr

0

1

b

T

dT

 

4

 

0

T

b

T

2 2

dr r

2

 

4

 

1

r r r

 

r w r w

2 1

 

T T

T w

1

T w

2

 

..........

..........

.....

..........

......

..........

..........

.......

?

T X

  

1

b

T w

1

 

2

   

0

b

  

1

d W

1

1

d X

  

1

b