Mechanizmy przepływu

Mechanizmy przepływu

ciepła

ciepła

W zagadnieniach dotyczących wymiany

W zagadnieniach dotyczących wymiany

ciepła

ciepła

rozróżniamy 3 mechanizmy jego

rozróżniamy 3 mechanizmy jego

przekazywania

przekazywania

a) przewodzenie

a) przewodzenie

b) konwekcję

b) konwekcję

c) promieniowanie

c) promieniowanie

Ad. a) Przewodzenie ciepła

Ad. a) Przewodzenie ciepła

w ciałach stałych oraz

w ciałach stałych oraz

nieruchomych

nieruchomych

gazach i

gazach i

cieczach

cieczach

A

q

Q





'









)

(

)

(

2

1

T

T

T

q











Strumień ciepła q [W/m2] wyraża się

prawem Fouriera

:

gdzie:  - współczynnik przewodności cieplnej materiału ścianki

[W/m K]

 - grubość ścianki [m], T – spadek temperatury na grubości [K],
A – powierzchnia ścianki [m

2

], t – czas [s]

Moc cieplna Q’ [W] wyraża się wzorem:

Całkowite ciepło Q [J] wyraża się wzorem:

t

Q

Q



 '

q

A

Ad. a) Przewodzenie ciepła

Ad. a) Przewodzenie ciepła

w ciałach stałych oraz

w ciałach stałych oraz

nieruchomych

nieruchomych

gazach i

gazach i

cieczach

cieczach

Przykłady:

Miedź : 370 , Aluminium: 200, Stal: 30-60, Nieruchoma
woda: 0.58, Powietrze: 0.025

– znakomity izolator

Powietrze jest ponad dwadzieścia razy lepszym izolatorem niż woda.

Wartości współczynnika przewodności cieplnej 

[W/mK] :

- dla gazów: 0,005 0,5 i wzrasta z temperaturą (od ciśnienia

praktycznie nie zależy w zakresie 0,3 do 2000 bar),
- dla cieczy: 0,008 0,6 od 8*10

-3

do 0,6 i z reguły zmniejsza

się ze wzrostem
temperatury (nie zależy od ciśnienia),
- dla metali: 7 360 i powoli zmniejsza się ze wzrostem

temperatury

Tworzywa polimerowe

0.1-0.4

Ad. b) Konwekcja ciepła

Ad. b) Konwekcja ciepła

- unoszenie ciepła

- unoszenie ciepła

w ruchomych

w ruchomych

cieczach i gazach

cieczach i gazach

)

(

ść

p

T

T

q









Strumień ciepła przekazywany przez konwekcję q [W/m2] wyraża się

prawem Newtona

:

gdzie: - współczynnik przejmowania ciepła od płynu do

ścianki [W/m

2

K],

T

p

–temperatura płynu, T

ść

– temperatura ścianki

Tp

Tś
ć

Np..
Kanał
chłodzący

q

Ad. b) Konwekcja ciepła

Ad. b) Konwekcja ciepła

- unoszenie ciepła

- unoszenie ciepła

w ruchomych

w ruchomych

cieczach i gazach

cieczach i gazach

Wartości współczynnika przejmowania ciepła  [W/m

2

K]:

Powietrze w spoczynku: 3-7

Powietrze w wymuszonym ruchu: 10-80

Ciecz niewrząca bez mieszania: 500-3000

Ciecz niewrząca z mieszaniem: 2000 – 4000

Ciecz wrząca: 2000-6000

Para skraplająca się: 6000-15000

Para przegrzana: 500-3000

 ~ Re (liczba Reynoldsa)

Re = (V *
d) / 

Przepływ turbulentny gdy Re >

2300

V- wydajność przepływu
d – średnica kanału
 - lepkość kinematyczna

płynu

Ad. c) Promieniowanie ciepła

Ad. c) Promieniowanie ciepła

- unoszenie ciepła za pomocą

- unoszenie ciepła za pomocą

fal

fal

elektromagnetycznych

elektromagnetycznych

(bez udziału ośrodka

(bez udziału ośrodka

materialnego jako pośrednika) odbywa się w ciałach

materialnego jako pośrednika) odbywa się w ciałach

stałych, cieczach i gazach

stałych, cieczach i gazach

]

)

100

(

)

100

[(

4

2

4

1

T

T

c

q







Strumień ciepła q [W/m2] przekazywany przez promieniowanie
wyraża się wzorem Stefan - Boltzmanna:

gdzie: c - wypadkowa stała promieniowania ciał (c =
f(c

1

,c

2

,c

0

),

T

1

–temperatura ciała pierwszego, T

2

– temperatura ciała

drugiego,

Przewodzenie i konwekcja

Przewodzenie i konwekcja



Złożone współdziałanie różnych wpływów na szybkość wyrównywania

temperatur powoduje wprowadzenie współczynnika przenikania ciepła

(k)

2

1

1

)

(

1

1

















k

)

(

2

1

T

T

A

k

Q









Oporność cieplna

Ilość ciepła