1. POJĘCIA PODSTAWOWE
a) Przewodzenie ciepła
Przewodzenie
- to zjawisko przekazywania energii cieplnej drogą bezpośredniego kontaktu stale tych samych cząstek ciała, występujące przede wszystkim w ciałach stałych oraz płynach, gdy wymianie ciepła nie towarzyszy ruch.
Ilość ciepła przekazywanego na drodze przewodzenia określa się w oparciu o prawo Fouriera:
„Ilość przewodzonego ciepła przez element powierzchni izotermicznej jest wprost proporcjonalna do spadku temperatury i wielkości tego elementu.”
= − ∙
∙
∙ J .
Znak minus wynika z faktu, że ciepło płynie zgodnie ze spadkiem temperatury.
b) Gęstość strumienia ciepła
W przypadku wymiany ustalonej, odniesionej do jednostkowej powierzchni (F = 1 m2), ilość przewodzonego ciepła w jednostce czasu nosi nazwę gęstości strumienia ciepła:
= − ∙ W m
⁄
,
= − ∙
∙ W m
⁄ .
c) Współczynnik przewodzenia ciepła
Współczynnik przewodzenia ciepła λ [W/mK]
- określa ilość ciepła, jaka jest przewodzona przez 1 m2 powierzchni przegrody w ciągu 1 s, przy spadku temperatury 1 K, na długości 1 m.
Wielkość λ jest zależna od struktury materiału, jego gęstości, temperatury, wilgotności i ciśnienia. Wartości współczynników przewodzenia ciepła wyznaczane są doświadczalnie, metodą laboratoryjną (stół Becka).
Wartość λ zależy w sposób liniowy od temperatury:
=
∙ 1 + ∙ W⁄m K .
W zakresie temperatur od -20 °C do 40 °C, występujących najczęściej w zagadnieniach związanych z ogrzewnictwem i wentylacją, można przyjmować wartości λ, jako stałą. Wartość współczynnika przewodzenia ciepła rośnie wraz ze wzrostem gęstości ciała. Z tego wynika:
- dla gazów
λ = 0,005 ÷ 0,5 W/mK,
- dla cieczy
λ = 0,09 ÷ 0,7 W/mK,
- dla metali
λ = 20 ÷ 400 W/mK.
mgr inż. Maja Dąbrowska
Strona 1
2. GĘSTOŚĆ STRUMIENIA CIEPŁA PRZEWODZONEGO W STANIE USTALONYM
a) Ścianki płaskie
- jednorodne:
= ! −
" W m
⁄
,
#
$
"# = m K W
⁄ .
- wielowarstwowe:
= ! − %&! W m
⁄
.
∑% $(
()! (
b) Ścianki cylindryczne
- jednorodne:
=
! −
1
W m
⁄ ,
2 ∙ + ∙ ∙ ,- . /
!
1
"# = 2 ∙ ∙ + ∙ ,-0 1 m K W
⁄ .
!
- wielowarstwowe:
=
! − %&!
W m
⁄ .
∑%()!2 1
2 ∙ + ∙ ∙ ,- . (&!/3
(
3. OZNACZENIA WE WZORACH
1. PRZEWODZENIE CIEPŁA
dQ - ilość przewodzonego ciepła [J];
dt/dx - gradient temperatury [K/m];
dF - elementarna powierzchnia [m2];
dτ - jednostka czasu [s];
λ - współczynnik przewodzenia ciepła [W/mK]; q - gęstość strumienia cieplnego [W/m2]; ql - liniowa gęstość strumienia cieplnego [W/m]; f - powierzchnia izotermiczna odniesiona do 1 m długości obszaru [m2/m]; λt - wartość λ dla danej temperatury t [W/mK]; λ0 - wartość λ dla temperatury t = 0°C [W/mK]; b - stała wyznaczana laboratoryjnie;
t - temperatura, w której badane jest przewodzenie ciepła [°C].
2. GĘSTOŚĆ STRUMIENIA CIEPŁA PRZEWODZONEGO W STANIE
USTALONYM
t1, t2, tn+1 - temperatury na powierzchniach przegrody płaskiej i cylindrycznej [°C]; λ (λi) - współczynnik przewodzenia ciepła materiału przegrody (i-tej warstwy przegrody)
[W/mK];
e (ei) - grubość przegrody (i-tej warstwy przegrody) [m]; d2 (di+1) - średnica zewnętrzna (i-tej warstwy) ścianki cylindrycznej [m]; d1 (di) - średnica wewnętrzna (i-tej warstwy) ścianki cylindrycznej [m].
mgr inż. Maja Dąbrowska
Strona 2