Strumień ciepła
Strumienia ciepła - lub strumienia ciepła - jest siła , która przechodzi w powierzchnię do wymiany ciepła , to znaczy, że energia cieplna przeniesiono - a ilość ciepła - w jednostce czasu. Jest wyrażony w watach (W).Φ{\ styl wyświetlania \ Phi}Q{\ styl wyświetlania Q}
Φ=QΔt{\ displaystyle \ Phi = {\ frac {Q} {\ Delta t}}}
W punkcie na tej powierzchni gęstość strumienia ciepła jest strumieniem ciepła na jednostkę powierzchni . Jest wyrażony w watach na metr kwadratowy ( W / m 2 lub W m -2 ).φ{\ styl wyświetlania \ varphi}
φ=ΦS{\ displaystyle \ varphi = {\ frac {\ Phi} {S}}}
Przenoszenia ciepła mogą być wykonywane przez przewodzenie , konwekcję i promieniowanie . Te sposoby wymiany bardzo często współistnieją. Zastosowanie odpowiednio materiałów izolacyjnych lub przewodzących umożliwia zmniejszenie lub zwiększenie przepływu ciepła.
Definicje
Strumień ciepła (wyrażony w watach ), określany również jako „strumień cieplny”, to stosunek energii cieplnej przekazanej (w dżulach ), powszechnie określanej jako ilość ciepła , przez powierzchnię w nieskończenie krótkim czasie transferu ( w sekundach). ):
Φ{\ styl wyświetlania \ Phi}δQ{\ styl wyświetlania \ delta Q}δt{\ styl wyświetlania \ delta t}
Φ=δQδt=Q˙{\ displaystyle \ Phi = {\ frac {\ delta Q} {\ delta t}} = {\ kropka {Q}}}.
Strumień ciepła przez powierzchnię jest wyrażony jako strumień pola wektorowego , zwanego wektorem gęstości strumienia ciepła , przez tę powierzchnię.
S{\ styl wyświetlania S}φ→{\ displaystyle {\ overrightarrow {\ varphi}}}
Φ=∬SreΦ=∬Sφ→⋅reS→=∬Sφ reS{\ displaystyle \ Phi = \ iint _ {S} \ mathrm {d} \ Phi = \ iint _ {S} {\ overrightarrow {\ varphi}} \ cdot {\ overrightarrow {\ mathrm {d} S}} = \ iint _ {S} \ varphi \ \ mathrm {d} S}reΦ{\ styl wyświetlania \ matematyka {d} \ Phi}jest strumieniem elementarnym przez element powierzchniowy , gdzie jest wektorem normalnym do elementu powierzchniowego .
reS→=nie→ reS{\ displaystyle {\ overrightarrow {\ mathrm {d} S}} = {\ overrightarrow {n}} \ \ mathrm {d} S}nie→{\ styl wyświetlania {\ overrightarrow {n}}}reS{\ styl wyświetlania \ matematyka {d} S}
W danym punkcie na powierzchni, jest termiczną gęstość strumienia , zwanego również strumień ciepła na powierzchni , Strumień ciepła powierzchni gęstość , ciepło gęstości , termicznie strumień gęstość nawet gęstość prądu termicznego .
φ{\ styl wyświetlania \ varphi} φ{\ styl wyświetlania \ varphi}
φ=φ→⋅nie→{\ displaystyle \ varphi = {\ overrightarrow {\ varphi}} \ cdot {\ overrightarrow {n}}}Trzy tryby termotransferu
Przewodzenie ciepła
Przenikanie ciepła przez przewodzenie jest opisane prawem Fouriera z przewodności cieplnej :
λ{\ styl wyświetlania {\ lambda}}
φ→vsoniere=-λ⋅solrwre→ T{\ displaystyle {\ overrightarrow {\ varphi}} _ {\! \! \ mathrm {war.}} = - \ lambda \ cdot {\ overrightarrow {\ mathrm {grad}}} \ T}.
W stanie ustalonym oraz w przypadku przejścia strumienia ciepła powierzchniowego przez izotermiczną powierzchnię płaskiej ściany o grubości poddanej działaniu różnicy temperatur :
mi{\ styl wyświetlania e}ΔT{\ styl wyświetlania {\ Delta T}}
φvsoniere=λmi⋅ΔT=ΔTrthvsoniere{\ displaystyle \ varphi _ {\ mathrm {warunek}} = {\ frac {\ lambda} {e}} \ cdot {\ Delta T} = {\ frac {\ Delta T} {r _ {\ mathrm {th \ , dyż.}}}}},
gdzie jest powierzchniowy opór cieplny ściany.
rthvsoniere=miλ{\ displaystyle r _ {\ mathrm {th \, cond}} = {\ frac {e} {\ lambda}}}
Konwekcja
W przypadku wymiany ciepła przez konwekcję pomiędzy powierzchnią ciała stałego w temperaturze a cieczą o współczynniku konwekcji cieplnej w temperaturze , prawo Newtona podaje wyrażenie powierzchniowego strumienia ciepła:
Tp{\ displaystyle T_ {p}} h{\ styl wyświetlania h}Tfa{\ displaystyle T_ {f}}
φvsoniev=h×(Tp-Tfa)=(Tp-Tfa)rthvsoniev{\ displaystyle \ varphi _ {\ mathrm {conv}} = h \ razy (T_ {p} -T_ {f}) = {\ frac {(T_ {p} -T_ {f})} {r _ {\ mathm {th \, conv}}}}}.
Wektor gęstości strumienia jest zorientowany od gorącego do zimnego w kierunku normalnym do powierzchni wymiany. Powiązany opór cieplny powierzchni wynosi: .
rthvsoniev=1h{\ displaystyle r _ {\ mathrm {th \, conv}} = {\ frac {1} {h}}}
Promieniowanie
Zgodnie z prawem Stefana-Boltzmanna, odprowadzane ciepło powierzchnia topnik - zwane także zauważyć exitance energii - na powierzchni ciała temperatury można wyrazić:
M{\ styl wyświetlania M}T{\ styl wyświetlania T}
φrwtak=M=ε⋅σ⋅T4{\ displaystyle \ varphi _ {\ mathrm {promień}} = M = \ varepsilon \ cdot \ sigma \ cdot T ^ {4}},
gdzie = 5,670 3 × 10 -8 W m -2 K -4 jest stałą Stefana-Boltzmanna i jest emisyjnością materiału.
σ{\ styl wyświetlania \ sigma} ε{\ styl wyświetlania \ varepsilon}
Przykłady
Te wymienniki , grzejniki , tym kotle , to wieże chłodzące , że radiatory , że kondensatory , etc. wykorzystywać zjawiska przenikania ciepła przez ściany. Gorący płyn przenosi energię cieplną do zimnego płynu bez ich mieszania. Urządzenia dążą do zwiększenia powierzchni wymiany, aby zmaksymalizować wymianę energii.
W ciepłownictwie budynków ściany, takie jak sekcje dachowe lub dowolna inna ściana , stanowią przegrodę budynku i jego powierzchnię wymiany ze środowiskiem zewnętrznym. Izolacji cieplnej jest zmniejszenie przepływu ciepła przez jego ściany.
Ten rodzaj transferu można zastosować do dowolnej powierzchni wymiany między dwoma płynami o różnych temperaturach, takich jak skóra, powierzchnia wymiany ciepła między ciałem a jego otoczeniem.
Uwagi i referencje
-
Jean-Luc Battaglia , Andrzej Kusiak i Jean-Rodolphe Puiggali , Wprowadzenie do wymiany ciepła: Ćwiczenia kursowe i poprawione , Dunod,26 marca 2014( ISBN 978-2-10-070540-5 , czytaj online ).
-
Międzynarodowy Układ Jednostek Miar (SI) , Sèvres, Międzynarodowe Biuro Miar i Wag ,2019, 9 th ed. , 216 s. ( ISBN 978-92-822-2272-0 , czytaj online [PDF] ) , s. 28.
-
Przewodność cieplna izolatorów , red. Techniques Ingénieur ( czytaj online ) , s . 12
-
Céline Deluzarche , „ Ciepło i temperatura: jaka jest różnica? » , On Futura (dostęp 5 czerwca 2020 )
-
Wspólny, rozdz. 5 „Dyfuzja termiczna” , w Marc Venturi, Jean-Claude Hulot, Thermodynamique - MP PT PC PSI , Nathan, kol. „Przygotowanie naukowe”,2008, 221 s. ( ISBN 978-2-09-812177-5 , czytaj online ) , s. 154.
-
Ana-Maria Bianchi , Yves Fautrelle i Jacqueline Etay , Termotransfery , Prasy politechniczne PPUR,2004, 550 pkt. ( ISBN 9782880744960 , czytaj online ) , s. 38.
Zobacz również
Bibliografia
- Fluxmeters Thermiques , red. Techniques Ingénieur ( czytaj online )
Powiązane artykuły
<img src="https://fr.wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1x1" alt="" title="" width="1" height="1" style="border: none; position: absolute;">