ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Теплообмен при наличии электрического источника тепла из "Явления переноса" Тенлоироводность твердых тел обусловлена различными факторами, которые не всегда поддаются расчету или точному экспериментальному определению. Так, например, теплопроводность пористых материалов очень сильно зависит от объемной доли пустот, от размера пор, а также от физических свойств среды (нкидкости или газа), заполняющей норы. В случае кристаллических веществ существенное влияние на теплопроводность оказывают природа кристаллической фазы и размер кристаллитов. В аморфных телах важную роль играет степень ориентации молекул. Детально вопросы, связанные с теплопроводностью твердых тел, обсуждаются в книге [10]. [c.240] Уравнение (8.20) имеет ограниченную область применения в случае сплавов, так как число Ь сильно зависит от состава, а иногда и от температуры. Хорошее согласие уравнения (8.20) с опытными данными для чистых металлов объясняется тем, что в них основными переносчиками тепла являются свободные электроны. Это уравнение неприменимо к неметаллам, концентрация свободных электронов внутри которых столь мала, что перенос энергии осуществляется главным образом в результате молекулярного движения. [c.241] Ответ 0,172 ккал-м 1-°С-1. [c.242] Поток тепловой энергии может проникать внутрь выделенного слоя и, наоборот, покидать его посредством молекулярного механизма, описываемого законом теплопроводности Фурье. Перенос тепловой энергии через слой может осуществляться также и вследствие движения сплошной среды жидкости или газа как целого. В последнем случае принято говорить, что тепловая энергия переносится посредством конвекции. Поступление энергии в выделенный объем движущейся среды и отвод из него энергии в результате конвективного переноса называют соответственно увеличением и уменьшением энтальпии в рассматриваемом объеме. Наконец, тепловая энергия может генерироваться внутри слоя при протекании различных необратимых диссипативных процессов например, за счет выделения джоулева тепла в проводниках электрического тока, при замедлении нейтронов и осколков ядер, освобождаемых в процессе деления ядерного горючего, за счет диссипации механической энергии (вязкая диссипация), а также при превращении химической энергии в тепловую. [c.243] Соотношение (9.2) обычно называют законом охлаждения Ньютона . В действительности, конечно, это не закон, а всего лишь определение величины а, которая носит название коэффициента теплоотдачи. [c.244] В задачах, которые приведены в настоящей главе, встречаются все четБгре типа граничных условий. Ознакомление со случаями реализации упомянутых условий на практике позволит читателю еще глубже понять их физический смысл. Всюду в данной главе предполагается, что коэффициент теплоотдачи а, определяемый соотношением (9.2), является заданной величиной. Зависимость этого коэффициента от физических свойств среды и гидродинамических переменных системы детально обсуждена в главе 13. [c.244] Величина 8 есть интенсивность теплового источника, создаваемого процессом диссипации электрической энергии. Примем, что повышение температуры внутри провода за счет электронагревания не слишком велико, так что температурную зависимость теплопроводности и электропроводности можно не учитывать. Кроме того, будем считать, что на поверхности провода поддерживается постоянная температура, равная То-Покажем теперь, как можно определить радиальное распределение температуры внутри провода, нагреваемого электрическим током. [c.245] Запишем баланс энергии для цилиндрического слоя толщиной Дг и длиной Ь, изображенного на рис. 9-1. [c.245] Здесь через дг обозначен компонент потока энергии в направлении г, а символ I, означает, что рассматриваемая величина берется на поверхности радиуса г. Перенос энергии происходит в положительном направлении оси г. [c.245] Соотношение (9.15) выражает параболический закон изменения температуры в любом поперечном сечении провода. [c.246] По известным распределениям температуры и теплового потока можно получить информацию о ряде важных величин. [c.247] Таким образом, в среднем по поперечному сечению провода температура повышается на величину, равную половине максимального увеличения температуры. Очевидно, что в рассматриваемом случае среднее увеличение Г — Го идентично среднему значению разности Т — Го . [c.247] Этот результат вполне очевиден, поскольку в стационарных условиях все тепло, генерируемое в процессе диссипации электрической энергии, должно переходить в окружающую среду через поверхность провода. [c.247] Прп ознакомлении с материалом, изложенным в настоящем разделе, читателя, по-видимому, не покидает ощущение того, что все это он уже знал раньше. Такое ощущение вполне понятно и связано с тем, что задача о нагревании провода имеет большое сходство с задачей о вязком течении жидкости но круглой трубе. Как видно из табл. 9-1, различие между указанными задачами состоит только в обозначении характеристических величин. [c.247] Таким образом, с точностью до обозначения характеристических величин обе задачи математически полностью эквивалентны, т. е. описываются одинаковыми дифференциальными уравнениями и граничными условиями. Физические процессы, описываемые одинаковыми уравнениями и граничными условиями, принято называть аналогичными процессами. Разумеется, не все задачи переноса количества движения имеют свои аналоги среди задач переноса энергии и массы. Однако в тех случаях, когда такие аналогии могут быть. найдены, рассмотрение задач переноса сзш1 ественно упрощается. Так, например, читателю не составляет особого труда выявить среди задач молекулярного теплопереноса аналог вязкого течения в кольцевом канале, а найдя такой аналог, он сможет сразу написать решение задачи теплопереноса. [c.248] Большое число проблем, связанных с теплопроводностью, можно встретить в электротехнической промышленности [1]. Снижение температурных скачков внутри проводящих деталей электрических машин позволяет значительно увеличить срок службы изоляционных материалов. С этой целью, например, в генераторах переменного тока очень большой мощности (до 500 ООО кВт) внутренние части статоров охлаждают посредством жидкостей. Для того чтобы нагляднее проиллюстрировать природу электрзгсческого нагревания, ниже рассмотрены два примера явлений, связанных с нагревом проводов. В первом примере оценивается порядок эффекта нагревания, второй же пример касается способа учета температурной зависимости теплопроводности и электропроводности. [c.248] Здесь величины Яд и Хео соответствуют температуре а через в обозначена б езразмерная температура, выражаемая соотношением в = (Г — Тд)1То Разложения типа (9.24) и (9.25) справедливы во всяком случае при не слишком больших перепадах температуры внутри проволоки. [c.249] Решение данного уравнения должно определять безразмерную температуру как функцию безразмерной радиальной координаты. [c.250] Выражение (9.35) представляет собой не что иное, как формулу (9.15), записанную в безразмерном виде. [c.250] Вернуться к основной статье