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}![Q](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/8752c7023b4b3286800fe3238271bbca681219ed)
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}![\ varphi](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/33ee699558d09cf9d653f6351f9fda0b2f4aaa3e)
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}![\ delta t](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/eb5768e76c1d7222b1b53d613e8622471ef18327)
Φ=δQδt=Q˙{\ displaystyle \ Phi = {\ frac {\ delta Q} {\ delta t}} = {\ kropka {Q}}}![{\ displaystyle \ Phi = {\ frac {\ delta Q} {\ delta t}} = {\ kropka {Q}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/032f1274fb817d344b3a585d10272087df0a0fbe)
.
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}![{\ displaystyle \ Phi = \ iint _ {S} \ mathrm {d} \ Phi = \ iint _ {S} {\ overrightarrow {\ varphi}} \ cdot {\ overrightarrow {\ mathrm {d} S}} = \ iint _ {S} \ varphi \ \ mathrm {d} S}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/9f635d0dab2b03df6b08994d3790c90450e620c5)
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}![{\ styl wyświetlania \ matematyka {d} S}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/72ba425d7d7a0f229457dea3c0be4a47ea303cc3)
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}![\ varphi](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/33ee699558d09cf9d653f6351f9fda0b2f4aaa3e)
φ=φ→⋅nie→{\ displaystyle \ varphi = {\ overrightarrow {\ varphi}} \ cdot {\ overrightarrow {n}}}![{\ displaystyle \ varphi = {\ overrightarrow {\ varphi}} \ cdot {\ overrightarrow {n}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6c98456346cc9c41adfc8e16a49a0a21362780c0)
Trzy tryby termotransferu
Przewodzenie ciepła
Przenikanie ciepła przez przewodzenie jest opisane prawem Fouriera z przewodności cieplnej :
λ{\ styl wyświetlania {\ lambda}}![{\ lambda}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/80912e657954ba7a08dc822fac02fd5fd61067c1)
φ→vsoniere=-λ⋅solrwre→ T{\ displaystyle {\ overrightarrow {\ varphi}} _ {\! \! \ mathrm {war.}} = - \ lambda \ cdot {\ overrightarrow {\ mathrm {grad}}} \ T}![{\ displaystyle {\ overrightarrow {\ varphi}} _ {\! \! \ mathrm {war.}} = - \ lambda \ cdot {\ overrightarrow {\ mathrm {grad}}} \ T}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/54578d1d857a10437a5c25c68411dbf5fefa5e1b)
.
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}}![{\ Delta T}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b2aa3bc02ebfff8dbef92721f42b496c5b5ef5db)
φvsoniere=λmi⋅ΔT=ΔTrthvsoniere{\ displaystyle \ varphi _ {\ mathrm {warunek}} = {\ frac {\ lambda} {e}} \ cdot {\ Delta T} = {\ frac {\ Delta T} {r _ {\ mathrm {th \ , dyż.}}}}}![{\ displaystyle \ varphi _ {\ mathrm {warunek}} = {\ frac {\ lambda} {e}} \ cdot {\ Delta T} = {\ frac {\ Delta T} {r _ {\ mathrm {th \ , dyż.}}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2390720c53ab002deea20ba0a18295f2bcc8e319)
,
gdzie jest powierzchniowy opór cieplny ściany.
rthvsoniere=miλ{\ displaystyle r _ {\ mathrm {th \, cond}} = {\ frac {e} {\ lambda}}}![{\ displaystyle r _ {\ mathrm {th \, cond}} = {\ frac {e} {\ lambda}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/eda055688358dc2c3fd2913fe92005a248a8127c)
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}}![{\ displaystyle T_ {f}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/dbb8cb970fa8b6a14c3edcbd6951437428003b50)
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}}}}}![{\ displaystyle \ varphi _ {\ mathrm {conv}} = h \ razy (T_ {p} -T_ {f}) = {\ frac {(T_ {p} -T_ {f})} {r _ {\ mathm {th \, conv}}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/495574e0f7231191c05f36f3fd67542748d6c8e6)
.
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}}}![{\ displaystyle r _ {\ mathrm {th \, conv}} = {\ frac {1} {h}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/01b690dbed0b900108037b29008d841972094658)
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}![{\ styl wyświetlania T}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ec7200acd984a1d3a3d7dc455e262fbe54f7f6e0)
φrwtak=M=ε⋅σ⋅T4{\ displaystyle \ varphi _ {\ mathrm {promień}} = M = \ varepsilon \ cdot \ sigma \ cdot T ^ {4}}![{\ displaystyle \ varphi _ {\ mathrm {promień}} = M = \ varepsilon \ cdot \ sigma \ cdot T ^ {4}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1c6d0007701d6245db02f910860cdeb0bb21be8c)
,
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}![\ varepsilon](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a30c89172e5b88edbd45d3e2772c7f5e562e5173)
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;">