IMG$67

Rozdział VII

WYMIANA CIEPŁA

52. Rodzaje wymiany ciepła. Wymiana ciepła pomiędzy dwoma ośrodkami o różnych temperaturach odbywa się trzema różnymi sposobami, a mianowicie przez przewodzenie (kondukcja), unoszenie (konwekcja) i promieniowanie (radiacja), przy czym każde z tych zjawisk jest inne w swej istocie i inaczej jest ujmowane matematycznie.

Przez pojęcie przewodzenia ciepła należy rozumieć zjawisko wymiany ciepła w obrębie danego układu materialnego pomiędzy poszczególnymi cząsteczkami, które wzajemnie udzielają sobie swej energii drgań. W ten sposób miejscowe podniesienie się temperatury ujawnia się stopniowo w obrębie całego układu.

Zjawisko unoszenia ciepła występuje tylko w ciałach ciekłych i gazowych, gdy jakaś cząsteczka materialna o wyższej temperaturze, znajdując się w ruchu naturalnym lub wymuszonym, styka się z innymi i udziela im swej energii drgań w postaci podniesienia ich temperatury.

Promieniowanie ciepła polega na drganiach elektromagnetycznych ośrodka różniących się od optycznych tylko długością fal wynoszącą dla niewidocznego promieniowania od 0,0008 do 0,3 mm. Ciepło zamienia się na energię drgań — energię promieniowania, która rozprzestrzenia się, a gdy trafia na jakieś ciało, zostaje pochłonięta i zamieniona znów na ciepło.

W zagadnieniach technicznych wymiana ciepła rzadko odbywa się wyłącznie jednym z podanych wyżej sposobów; przeważnie wspomniane zjawiska występują łącznie i dlatego rozpatruje się je jako następujące przypadki: prze w od zenie ciepła, przejmowanie ciepła, czyli wymiana pomiędzy powierzchnią jakiegoś ciała a otaczającą cieczą (gazem), przenikanie ciepła/gdy zachodzi wymiana pomiędzy dwom# ośrodkami o różnych temperaturach przedzielonych ścianka o stałej grubości oraz promieniowanie ciepła.

53. Przewodzenie ciepła. Przewodzenie ciepła odbywa się zgodnie | prawem Fouriera, które mówi, że przewodzona ilośó ciepła jest proporcjonalna do spadku temperatury, czasu i powierzchni przekroju normalnego do kierunku rozchodzenia się ciepła. Prawo to można wyrazić zależnością

[Vfi,la]

lub

a—j-g-    raw

gdzie |~ QIFx oznacza natężenie strumienia cieplnego, czyli ilość ciepła przypadająca na jednostkę powierzchni oraz jednostkę czasu. Współczynnik proporcjonalności l nosi nazwę przewodności cieplnej, albo współczynnika przewodzenia ciepła.

Rys. 51-Wymiana ciepła przez przegrodę płaską

Wyrażenie dt/cla: nazywamy gradientem temperatury.

W równaniach [VII,la] i [VII,lb] występuje znak — (minus), gdyż ciepło jest przewodzone w kierunku spadku temperatury.

Jeżeli przyjąć przypadek uproszczony, kiedy zachodzi ustalony (stacjonarny) przepływ ciepła, czyli gdy temperatury są stałe w rozpatrywanych przekrojach wymieniających ciepło i ilość przepływającego depta w jednostce czasu nie ulega zmianie, równanie [VII,la] będzie miało postać

[vn,2j

0

gdzie ti i ta, oznaczają stałe temperatury w dwóch przekrojach izoter-micznych, natomiast |«— odstęp tych przekrojów.

Jeżeli wyrazić r w godzinach i F w metrach kwadratowych, to dla i 11 m, 1 = | m^e, r = 1 h, a ta — tg = 1°C otrzymuje się Q = A kcal/Om-h-deg)

145

10 podstawy techniki cieplnej