🗊Презентация Жылуалмасу теориясының негізгі ережелері. Жылудың жылуөткізгіштікпен берілуі

Жылутехникасы және термодинамика Дәріс оқушы: Т.ғ.к., МПЖжАМТкаф. доценті Баймаханова С.Б.

Дәріс жоспары Дәріс жоспары 1 Жылуөткізгіштік және жылуөткізгіштік коэффиценті; 2 Фурье заңы; 3 Жылуөткізгіштіктің дифференциалдық теңдеуі; 4 Орнықты және орнықсыз режимдегі жылуөткізгіштік; 5 Термиялық жұқа денелерді қыздыру және суыту.

Жылуалмасу туралы ілім – бұл жылудың таралу процестері туралы ілім. Жылуалмасу туралы ілім – бұл жылудың таралу процестері туралы ілім. Жылу энергиясы, кез-келген басқа энергия сияқты, жоғарғы потенциалдан төменгіге бағытталып беріледі. Жылу энергиясының потенциалы температура болатындықтан, жылудың таралу процесі температураның бөлінуімен тығыз байланысты, яғни температуралық өріспен. Температуралық өріс – температуралардың кеңістіктегі және сол уақыттағы мәндерінің жиынтығы. Жалпы жағдайда температура t кеңістіктің кез келген нүктесінде х, у, z координаталарының және уақыттың τ функциясы болып табылады, демек, температуралық өрістің теңдеуі келесідей болады: t = f(x, y, z, τ).

Температуралық өрістің ең қарапайым жағдайы стационарлық, бірмөлшерлі өріс өріс болып табылады, теңдеуі келесі түрде жазылады: Температуралық өрістің ең қарапайым жағдайы стационарлық, бірмөлшерлі өріс өріс болып табылады, теңдеуі келесі түрде жазылады: t = f(x). Орнықпаған температуралық өріс жағдайында жылудың берілуі орнықпаған режим кезіндегі жылуберіліс деп, ал орныққан өріс жағдайындағы – орныққан режим кезіндегі жылуберіліс деп аталады. Жылуалмасу процесі – күрделі процесс, ол жылуалмасудың үш түрінен тұрады – жылуөткізгіштіктен, конвекциядан және жылулық сәулеленуден (сәуле шығару)

Жылуөткізгіштік Тепе-теңдік күйде заттың температурасы бүкіл көлемінің барлық бөліктерінде бірдей. Бұл бүкіл заттағы бөлшектер энергиясының бірдейлігін көрсетеді.

Бұл материалдың өзінің қалыңдығы арқылы бір беттіктен екінші беттікке жылуды тасу қасиеті, егер температуралар айырмасы болса. Бұл материалдың өзінің қалыңдығы арқылы бір беттіктен екінші беттікке жылуды тасу қасиеті, егер температуралар айырмасы болса.

Материалдың жылуөткізгіштігі жылуөткізгіштік коэффициен-тімен λ, Вт/(м С°) сипатталады: бұл қалыңдығы 1 м және ауданы 1м2 материал арқылы 1 сағатта, қарсы беттердегі температуралар айырмасы 1°С кезінде өтетін жылудың мөлшері.

Шекаралық шарттар үш негізгі әдістермен беріледі 1. бірінші текті шекаралық шарт (бірінші шектік шарт). Бұл кезде дененің бүкіл беттігінде температураның таралуы мен осы таралудың уақыт бойындағы өзгерісі беріледі, яғни келесі функция: Tқ = f(x, у, z, τ). Жеке жағдайларда бұл температура уақыт бойында тұрақты бола алады, сонымен қатар дененің бүкіл беттігінде өзгеріссіз болады;

екінші текті шекаралық шарт (екінші шектік шарт). Бұл кезде дененің бүкіл беттігі бойынша жылу ағыны тығыздығының таралуы мен осы таралудың уақыт бойындағы өзгерісі беріледі. Фурье постулатын ескере отырып, екінші шекаралық шартты жазуға болады: екінші текті шекаралық шарт (екінші шектік шарт). Бұл кезде дененің бүкіл беттігі бойынша жылу ағыны тығыздығының таралуы мен осы таралудың уақыт бойындағы өзгерісі беріледі. Фурье постулатын ескере отырып, екінші шекаралық шартты жазуға болады: – λ(∂T/∂n)w = qw(x, у, z, τ), мұндағы n – дене беттігіне нормаль бойында бағытталған координата. Екінші текті шекаралық шарттың берілуі дене беттігіне температура градиентінің мәнін беруді көрсетеді. Жеке жағдайларда беттіктегі жылу ағынының тығыздығы уақыт бойында тұрақты бола алады, сонымен қатар дененің бүкіл беттігінде өзгеріссіз болады;

үшінші текті шекаралық шарт (аралас шектік шарт). Бұл жағдайда қоршаған ортаның температурасы немесе сыртқы жылу көзі (ағыны) және орта мен дене беттігі арасындағы жылуалмасу заңы беріледі. Үшінші текті шекаралық шарт тәжірибеде жиі кезде-седі. Бұл кезде қоршаған ортаның белгілі темпера-турасы мен дене бетінің белгісіз температурасы және беттіктегі температура градиенті арасындағы байланыс беріледі. Демек, үшінші текті шекаралық шарт теңдеу түрінде тұжырымдалады, ондағы белгілі шамалар жылуберу коэффициенті, орта температу-расы және дененің жылуөткізгіштік коэффициенті болады. Уақыттың және дене бетіндегі координаталардың белгісіз функциялары болып температура мен оның градиенті табылады. Жалпы жағдайда жылуберу коэффициенті мен орта температурасы ауыспалы бола алады, бірақ міндетті түрде уақыт пен координаталардың берілген функциясы болады. үшінші текті шекаралық шарт (аралас шектік шарт). Бұл жағдайда қоршаған ортаның температурасы немесе сыртқы жылу көзі (ағыны) және орта мен дене беттігі арасындағы жылуалмасу заңы беріледі. Үшінші текті шекаралық шарт тәжірибеде жиі кезде-седі. Бұл кезде қоршаған ортаның белгілі темпера-турасы мен дене бетінің белгісіз температурасы және беттіктегі температура градиенті арасындағы байланыс беріледі. Демек, үшінші текті шекаралық шарт теңдеу түрінде тұжырымдалады, ондағы белгілі шамалар жылуберу коэффициенті, орта температу-расы және дененің жылуөткізгіштік коэффициенті болады. Уақыттың және дене бетіндегі координаталардың белгісіз функциялары болып температура мен оның градиенті табылады. Жалпы жағдайда жылуберу коэффициенті мен орта температурасы ауыспалы бола алады, бірақ міндетті түрде уақыт пен координаталардың берілген функциясы болады.

Стационарлық жағдайларда, y және z осьтері бағытында шексіз бойлықтағы, бірақ х осьі бағытында түпкілікті қалыңдығы бар пластина үшін, сонымен қатар бірінші текті шекаралық шартты орындау кезінде, пластина арқылы өтетін жылу ағынының тығыздығын теңдеумен анықтауға болады

Бақылау сұрақтары: Фурье заңының мәні неде? Фурьенің дифференциалдық теңдеуін келтіріңіз, оның физикалық мәнін түсіндіріңіз. Шекаралық шарттардың берілу әдістерін атаңыз. Бірқабатты шексіз пластина үшін жылу ағыны теңдеуін келтіріңіз. Бірқабатты цилиндр қабырға үшін жылу ағыны теңдеуін келтіріңіз.