Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

                                       согласно закону Ньютона можно записать:

 

                       (38)

 

Рис. 14

После почленного сложения можно записать следующее выражение для теплового потока плоской однослойной стенки при переходе теплового потока от среды 1 к среде 2:

 

Ф = Ф₁+ Ф₂+ Ф₃ = (t₁-t₂)× (39)

 .                          (40)

6.2.Теплопередача через многослойную плоскую стенку

 

Теплопередача от среды 1 к стенке и от стенки к более холодной среде 2 происходит, как показано в предыдущем случае. Разница лишь в теплопередаче внутри стенки. Если характеристики теплопроводности и толщины слоев l,d,…,l_n,d_n, то в этом случае количество тепла, передаваемое в стационарном процессе, будет

,                                                 (41)

а тепловое сопротивление

.                                       (42)

Если температуры заданы на самой стенке, уравнение (42) упрощается:

,                                                            (43)

так как отсутствует теплопередача через окружающую среду.

6.3.Теплопередача через многослойную цилиндрическую

стенку

Вывод формулы для теплового потока производится по аналогии. Однако в этом случае также учитывается выражение для теплового потока цилиндрической стенки:

,                                     (44)

Можно записать выражение для переданного количества тепла неоднородным цилиндром из n слоев (рис. 15)

 

 

Рис. 15

 

.                       (45)

 

Тепловое сопротивление имеет вид

.                              (46)

 

6.4.Передача тепла через оребрённую

поверхность (радиатор)

 

Вывод аналогичен случаю плоской однородной пластины. Однако в том случае площади обеих поверхностей были равны, а в случае оребренной поверхности площади поверхности не равны (например радиатор транзистора), разрез которого изображен на рис.16.

 

Рис. 16

При расчете теплопередачи через оребрённую поверхность необходимо учитывать, по какой стенке идет расчет.

При установившемся тепловом состоянии системы количество переданного тепла Ф можно выразить системой уравнений

 

                                   (47)

или

.                              (48)

 

Полный температурный напор получим из (48) после почленного сложения:

 

                                      (49)

 

Далее определим Ф:

 

;                           (50)

 

 .

Здесь носит название коэффициента теплопередачи, а величина, обратная ему, есть тепловое сопротивление R.

Размерность ребристой стенки [Вт/К].

На практике ведут расчет на единицу поверхности (гладкой или оребренной). При этом получают удельный тепловой поток q для гладкой поверхности:

q₁=Ф/S₁=h₁(t₁-t₂),

 

где                                            .                              (51) 

 

Физический смысл h₁ – приведенный коэффициент теплопередачи:

 .                                        (52)

 

Для оребренной:

,                              (53)

где

 .

 

Таким образом, если ребристая поверхность задана и известны значения коэффициентов теплоотдачи a₁ и a₂, расчет теплопередачи через такую стенку не представляет трудностей. Однако необходимо следить, по какой поверхности ведется расчет, так как значения коэффициента теплопередачи h различны. Отношение S₂/S₁ называется коэффициентом оребрения поверхности.

Структуру коэффициента теплоотдачи можно определить следующим образом. В случае сложного теплообмена (например: жидкость и твёрдое тело):

1. Поток от жидкости к стенке путём теплопроводности определим из соотношения Фурье.

 

                           (54)

 

2. По закону Ньютона этот же поток тепла

 

Ф= a×(t₁-t_c1)×S .                                    (55)

 

Приравнивая правые части, получаем

.                                       (56)

 

Это уравнение позволяет по известному полю температур в жидкости определить коэффициент теплоотдачи.

 

6.5.Теплоотдача через газовую или жидкую прослойку

 

Воздух - отличный теплоизолятор, если в нём отсутствуют тепловые потоки. В ином случае создаются благоприятные условия для интенсификации теплоотдачи.

Теплопередачу через две стенки и прослойку между ними можно рассматривать как теплопередачу через слоистую трёхслойную стенку определённой конфигурации, то есть плоскую, цилиндрическую, сферическую и так далее.

Так как через прослойку тепло передаётся всеми 3 способами, то количество тепла, переданного в данный момент:

 

Ф=(h_п+ a_л)×(t₁-tc₁) ×S,                                  (57)

 

где h_п - коэффициент теплопередачи через прослойку путём соприкосновения; a_л – коэффициент теплоотдачи излучением.

В случае отсутствия конвекции h_п=l/d, в случае присутствия h_п >l/d.

 

Вопросы для самоконтроля

 

1. В чём заключается сложный теплообмен?

2. Запишите уравнение теплового баланса?

3. В чём разница между теплопередачей через однослойную и многослойную плоскую стенку?

4. Что необходимо учитывать при расчёте теплопередачи через оребрённую поверхность?

5. Каким образом можно составить уравнение для определения коэффициента теплоотдачи?

6. Как происходит теплопередача через газовую или жидкую прослойку?

 

 

Лекция №7. Влагообмен

Явление переноса влаги и газа через плотные вещества представляет собой довольно сложный процесс.

В случае отсутствия в материале трещин, пор и других крупных дефектов этот процесс происходит по следующим стадиям:

1. Ограниченное растворение паров в материале (в поверхностных слоях).

2. Перенос растворённых паров через объёмную фазу (за счёт диффузии).

3. Испарение продиффундировавших паров с поверхности противоположной стороны.

Определяющей в этом сложном процессе чаще всего выступает диффузия. Впервые её законы были сформулированы Фиком. Первый закон Фика:

1)                                                ,                               (58)

где Р - поток вещества, проникающего через материал D - коэффициент диффузии; с - концентрация вещества; х - пространственная координата.

 

2)                                 ,                                        (59)

 

где t - время роста концентрации влаги.

Если диффузия протекает в трех направлениях среды, то законы Фика имеют следующий вид:

 

Ð Ð ;                                 (60)

Ð Ð .                  (61)

Первый закон Фика: скорость диффузии через единичную площадь пропорциональна grad концентрации и противоположна ему по направлению.

Второй закон Фика: изменение концентрации со временем пропорционально дивергенции вектора градиента концентрации.

В ходе процесса переноса влаги через материал могут быть два случая: стационарный поток переносимого вещества и неустановившийся поток. В первом случае концентрация воды по всей толщине материала находится в состоянии равновесия, т.е. с = const.

Законы Фика запишутся в следующем виде:

                                                      (62)

 .                                                                         .

Решение будем искать в виде с=Ах+В. При следующих граничных условиях:

c=C₁ при х=0; с==С₂ при х=d, где d - толщина материала.

 

Имеем В=С₁.

 

C₂=Ad+C_l =>A=(C₂-C_l)/ dC=((C₂-C_l)/ d)X+C_l.

 

Количество влаги Q, прошедшее за время t через площадь S, можно определить, учитывая решение уравнения первого закона Фика и то, что , тогда

 

Ð Ð ;                 (63)

Ð .                                        (64)

Концентрацию газа или пара С можно выразить через его давление, воспользовавшись законом Генри: C=ph, где р - давление влаги в материале [Па]; h- коэффициент растворимости газа и пара в исследуемом материале.

 

.

 

Если подставить выражение закона Генри и учесть, что давление по обе стороны перегородки различное, то количество влаги Q запишется следующим образом:

 

Ð Ð .                   (65)

 

Обозначим: Ðh=Р, тогда

 

.                                          (66)

 

Постоянная Р носит название коэффициента проницаемости и определяется как количество газа или пара, кг, прошедшего через пластину единичной толщины и площади при разности давлений 133 Па в единицу времени.

Величину Р можно найти, если известно количество протекающего газа или пара:

 

.                                               (67)

 

Таким образом, перенос газа или паров через материал дает возможность определить из стационарного режима переноса потока коэффициент влагопроницаемости Р. Следовательно, зная Р и коэффициент диффузии Д, можно легко определить коэффициент растворимости h, физический смысл которого заключается в следующем: h - это количество паров, кг, растворяющегося в 1 м³ материала при давлении паров 133 Па.

Величину коэффициента диффузии можно определить из нестационарного режима потока, задаваемого вторым законом Фика. Физический смысл нестационарного потока заключается в следующем: любой газ или пар, входя в пластину электроизоляционного материала, не содержащего в себе пара или газа, проникает через пластину до выхода на "сухую" сторону в течение времени, существенно большего, чем это потребуется ему потом, при установившемся стационарном потоке. Связано это с тем, что параллельно с процессом диффузионного переноса вещества идут процессы растворения и процессы насыщения паром или газом материала.

Если графически изобразить зависимость давления пара или газа от времени на "сухой" стороне пластины, то отрезок L = t_зап (запаздывания) (рис. 17). Используя большой экспериментальный материал, ученые показали, что большой класс зависимости коэффициента диффузии от концентрации подчиняется неравенству:

Ð .                                          (68)

 

 

Рис. 17

Интегральный коэффициент является сложной функцией концентрации, пространственных координат и времени, его можно приближенно вычислить на основании выражения (68), если определено t_зап:

 

Ð .                                        (69)

 

Процессы растворения пара или газа идут до тех пор, пока не наступит насыщение материалов. Эти процессы приводят к ухудшению электрических, изоляционных и других свойств материала. Наиболее опасным является соприкосновение с водой, если это:

1) конденсация водяных паров на поверхности изделия или туман;

2) смачивание брызгами воды;

3) погружение в воду.