На головну

теплопровідність

  1. теплопровідність
  2. теплопровідність
  3. Явища переносу в газах: дифузія, теплопровідність, внутрішнє тертя

Теплопровідність - це здатність перенесення тепла від гарячих частин предмета до холодних. Коли фізичні тіла однієї системи знаходяться при різній температурі, то відбувається передача теплової енергії, або теплопередача від одного тіла до іншого до настання термодинамічної рівноваги.

? - теплопровідність матеріалу, Вт / м. оС;

2. Променистий теплообмін. Закон Стефана-Больцмана.

Променистий теплообмін (радіаційний теплообмін) - процес перенесення енергії, обумовлений перетворенням частини внутрішньої енергії речовини в енергію випромінювання (випусканням електромагнітних хвиль, або фотонів), перенесенням випромінювання в просторі зі швидкістю світла і його поглинанням речовиною (зворотним перетворенням енергії електромагнітних хвиль у внутрішню енергію) . При цьому перенесення випромінювання в матеріальному середовищі може супроводжуватися поглинанням і розсіюванням, а також власним випромінюванням середовища, Проте для променистого теплообміну наявність матеріального середовища між тілами не є необхідним, що принципово відрізняє променистий теплообмін від інших видів теплообміну (теплопровідності, конвективного теплообміну). Передача теплоти випромінюванням може відбуватися в різних областях спектру (в залежності від температури).

Для променистого теплообміну має місце ряд основних законів: закон випромінювання Планка, закон Вина, Стефана-Больцмана, Кірхгофа.

Закон Стефана-Больцмана встановлює залежність щільності інтегрального полусферического випромінювання від температури. Згідно з цим законом кількість тепла Q, випромінюваного в одиницю часу, пропорційно поверхні випромінюючого тіла F і четвертого ступеня його абсолютної температури Т

де С - коефіцієнт пропорційності, що називається коефіцієнтом випромінювання.

Закон Стефана-Больцмана встановлює зв'язок між інтегральною щільністю потоку випромінювання E0 і температурою тіла:

E0 = s0T4,

де s0 - Постійна Стефана-Больцмана. T - температура.

3. Назвіть властивості променистих потоків.

4. Що розуміють під конвективним теплообміном, тепловіддачею? Специфіка виникнення конвективних потоків в приміщенні. Визначення теплового потоку при конвективному теплообміні.

Теплообмін, який наразі триває шляхом перенесення теплоти разом з перенесенням маси при русі рідини або газу, називається конвективним теплообміном. В конвективному теплообміні можна виділити дві складові: чисту конвекцию, Тобто перенос тепла тільки за рахунок перенесення маси, і теплопровідність, Тобто молекулярний перенос тепла, який як і раніше здійснюється в рідині або газі.

конвективная тепловіддача - Це конвективний теплообмін між потоком рідини або газу і дотичної з ним поверхнею твердого тіла. При розрахунку тепловіддачі використовується закон Ньютона-Рихмана:

,

де tpov - Температура поверхні, з якої відбувається теплообмін, tsr - Температура потоку. У завданнях конвективного теплообміну коефіцієнт тепловіддачі ? є шуканої величиною. Експериментально він може бути визначений як щільність теплового потоку на кордоні поверхню-середовище, віднесена до різниці їх температур.

Конвекція можлива вільна (природна) або вимушена. Вільна конвекція виникає в результаті неоднорідного розподілу щільності в обсязі середовища, що знаходиться в зовнішньому гравітаційному полі. Вимушена конвекція виникає під дією зовнішніх сил, прикладених на кордонах об'єму рідини або газу, за рахунок попередньо повідомленої кінетичної енергії (насос, вітер, вентилятор)

5. Природна і вимушена конвекція: за рахунок яких явищ виникають. Визначення коефіцієнта конвективного теплообміну з урахуванням вільного руху повітря в приміщенні.

Конвекція можлива вільна (природна) або вимушена. Вільна конвекція виникає в результаті неоднорідного розподілу щільності в обсязі середовища, що знаходиться в зовнішньому гравітаційному полі. Вимушена конвекція виникає під дією зовнішніх сил, прикладених на кордонах об'єму рідини або газу, за рахунок попередньо повідомленої кінетичної енергії (насос, вітер, вентилятор)

конвективная тепловіддача - Це конвективний теплообмін між потоком рідини або газу і дотичної з ним поверхнею твердого тіла. При розрахунку тепловіддачі використовується закон Ньютона-Рихмана:

,

де tpov - Температура поверхні, з якої відбувається теплообмін, tsr - Температура потоку. У завданнях конвективного теплообміну коефіцієнт тепловіддачі ? є шуканої величиною. Експериментально він може бути визначений як щільність теплового потоку на кордоні поверхню-середовище, віднесена до різниці їх температур.

Процес конвективного теплообміну істотно залежить від фізичних властивостей середовища, що рухається. Крім відомих вже нам теплофізичних характеристик середовища

(с, ?, ?, а), Важливу роль при переміщенні середовища грає її коефіцієнт в'язкості ?. Властивістю в'язкості мають всі реальні середовища. Вводиться коефіцієнт в'язкості наступним чином. Було відмічено, що між прилеглими один до одного шарами рідини, що рухаються з різними швидкостями, виникає сила внутрішнього тертя, що протидіє руху. Відповідно до закону Ньютона, ця сила, віднесена до одиниці поверхні, пропорційна градієнту швидкості в напрямку нормалі до напрямку руху:  де ? - Коефіцієнт пропорційності, що залежить від природи рідини або газу і званий коефіцієнтом внутрішнього тертя, або коефіцієнтом динамічної в'язкості. Поряд з динамічною в'язкістю використовується коефіцієнт кінематичної в'язкості

? = ? / ?. Легко визначити розмірності цих коефіцієнтів:

¦?¦ = кг / (м * с) = Н * с / м2 = Па * с; ¦?¦ = м2/ С. Коефіцієнти в'язкості можуть залежати від температури.

6. Теплопровідність. Закон Фур'є. Коефіцієнт теплопровідності: фізичний зміст, розмірність. Теплопровідність через одношарову і багатошарову стінку.

теплопровідність - Вид передачі теплоти між нерухомими частинками твердого, рідкого або газоподібними речовини. Таким чином, теплопровідність - це теплообмін між частинками або елементами структури матеріального середовища, що знаходяться в безпосередньому зіткненні один з другомБольшінство будівельних матеріалів є пористими тілами. У порах знаходиться повітря, що має можливість рухатися, тобто переносити теплоту конвекцією. Всередині пори між поверхнями її стінок відбувається променистий теплообмін. Передача теплоти випромінюванням в порах матеріалів визначається головним чином розміром пір, тому що чим більше часу, тим більше різниця температури на її стінках. При розгляді теплопровідності характеристики цього процесу відносять до загальної маси речовини: скелету і порам спільно.

Огороджувальні конструкції будівлі, як правило, є плоско-паралельними стінками, Теплоперенос в яких здійснюється в одному напрямку. Крім того, зазвичай при теплотехнічних розрахунках зовнішніх огороджувальних конструкцій приймається, що теплопередача відбувається при стаціонарних теплових умовах, Тобто при сталості в часі всіх характеристик процесу: теплового потоку, температури в кожній точці, теплофізичних характеристик будівельних матеріалів. Тому важливо розглянути процес одновимірної стаціонарної теплопровідності в однорідному матеріалі, Який описується рівнянням Фур'є:

де qT - поверхнева щільність теплового потоку, Що проходить через площину, перпендикулярну тепловому потоку, Вт / м2;

? - теплопровідність матеріалу, Вт / м. проС;

t - Температура, змінюється вздовж осі x, оС;

ставлення  , Носить назву градієнта температури, оЗ / м, і позначається grad t. Градієнт температури направлений в сторону зростання температури, яке пов'язане з поглинанням теплоти і зменшенням теплового потоку. Знак мінус, що стоїть в правій частині рівняння (2.1), показує, що збільшення теплового потоку не збігається зі збільшенням температури.

Чим більше значення ?, тим інтенсивніше в такому матеріалі процес теплопровідності, більше тепловий потік. Тому теплоізоляційними матеріалами прийнято вважати матеріали з теплопровідністю менше 0,3 Вт / м. проС.

Зміна теплопровідності будівельних матеріалів зі зміною їх щільності відбувається через те, що практично будь-який будівельний матеріал складається з скелета - Основного будівельного речовини і повітря. Відмінності в пористості і в теплопровідності скелета призводить до різниці в теплопровідності матеріалів, навіть при однаковій їх щільності.

Зі зменшенням щільності матеріалу його теплопровідність l зменшується, так як знижується вплив кондуктивной складової теплопровідності скелета матеріалу, але, проте при цьому зростає вплив радіаційної складової. Тому, зменшення щільності нижче деякого значення призводить до зростання теплопровідності.

Теплопровідність матеріалу збільшується з підвищенням температури, при якій відбувається передача теплоти. Збільшення теплопровідності матеріалів пояснюється зростанням кінетичної енергії молекул скелета речовини.

Для плоскої однорідної стінки завтовшки ? (рис.2) тепловий потік, який передається теплопровідністю через однорідну стінку, може бути виражений рівнянням:

термічним опором матеріального шару і позначена RТ, м2. проЗ / Вт.

Отже, тепловий потік qТ, Вт / м2, Через однорідну плоскопараллельную стінку товщиною ?, М, з матеріалу з теплопровідністю ?, Вт / м. проЗ, можна записати у вигляді

,

Термічний опір шару - це опір теплопровідності, рівне різниці температури на протилежних поверхнях шару при проходженні через нього теплового потоку з поверхневою щільністю 1 Вт / м2.

Теплообмін теплопровідністю має місце в матеріальних шарах огороджувальних конструкцій будівлі.

7. Забезпеченість розрахункових умов в холодний період року. Що розуміють під коефіцієнтом забезпеченості. Від яких факторів залежить вибір внутрішніх умов в приміщенні?

Розрахункові параметри клімату повинні бути загальними для розрахунку всіх складових теплового режиму (теплозахисту огороджень, втрат тепла та ін.), Так як вони відображають єдиний процес обміну тепла в приміщенні. Вони повинні визначатися з урахуванням коефіцієнта забезпеченості і бути достатніми для розрахунку нестаціонарної теплопередачі через огородження, характерною для розрахункових умов.

Основним показником холодного періоду року є зміна ta. Як відомо, зими помітно відрізняються в різних районах і в окремі роки. Але у видимій хаотичності є досить стійка закономірність в постійному зниженні температури в міру наближення до найбільш холодного періоду. У цей час чітко позначається (на тлі стійких зимових температур) період різкого похолодання. Для ряду кліматичних пунктів з урахуванням різних коефіцієнтів забезпеченості побудовані розрахункові криві зміни температури зовнішнього повітря в період різкого похолодання. Ці криві для різних районів мають характерну і близьку за обрисами форму порівняно повільне рівномірне зниження температури до початку періоду різкого похолодання, потім різке зниження температури з подальшим підвищенням. При повільному зниженні температури, як це спостерігається на початковій ділянці кривої, розподіл температури в перетині огорожі в кожен момент часу практично відповідає стаціонарному. При швидкому похолоданні процес теплопередачі через огородження стає нестаціонарним і для його розрахунку потрібно мати повну характеристику зміни температури.

В СНиП прийняті два значення розрахункової зовнішньої температуридля кожного географічного пункту: середня температура найбільш холодних діб tni і середня температура найбільш холодної п'ятиденки н5- Ці температури визначені по восьми суворих зим за останні п'ятдесят років, т. Е. В нормативній методиці з урахуванням прийнятого ряду метеорологічних даних закладений коефіцієнт забезпеченості 0,92.

Вибір розрахункової температури для теплотехнічного розрахунку огорож по нормам залежить від ступеня теплової масивності огорожі Як показник теплової масивності огорожі прийнята величина D, розрахована для коливань з періодом Г = 24 год (см). Розрахункова зовнішня температура приймається в залежності від D

Тепловтрати приміщень для визначення теплової потужності системи опалення розраховують незалежно від масивності огороджень при Н5

Розрахункова швидкість вітру тощо СНиП приймається рівною максимальній швидкості з середніх швидкостей вітру по румбах (за різними напрямками) за січень, повторюваність яких складає 16% і більше, з коригуванням на висоту будівлі.

Опалення протягом усього холодного періоду року має забезпечувати розрахункові внутрішні умови. Тривалість опалювального сезону залежить від географічного розташування і від співвідношення складових теплового балансу будівлі. Початок і кінець роботи системи опалення пов'язані з дефіцитом (недоліком) тепла в тепловому балансі приміщень. Річні витрати тепла на опалення залежать від тривалості Аг0.с. і середньої температури tQ.c опалювального сезону, т. е. визначаються градусо-днями періоду, коли зовнішня температура стійко стає нижче температури початку і кінця опалювального сезону.

Тривалість стояння днів з певною температурою неоднакова. Особливо стійкими виявляються погодні умови, коли зовнішня температура піднімається до нуля. Днів з низькою температурою, близькою до розрахункової, порівняно мало.

На тепловий баланс приміщень, а отже на режим роботи системи опалення, істотно впливає сонячна радіація, що необхідно враховувати при виборі схем та режиму регулювання опалення. Особливо важливо враховувати вплив сонячної радіації в весняний період в середніх і південних районах країни, а також при режимі пофасадного регулювання систем.

8. Що розуміють під теплотривкістю огороджувальних конструкцій?

Від сталості температури на внутрішній поверхні огороджувальної конструкції залежить забезпечення умов комфорту для перебування в приміщенні людей. Тому в кліматичних умовах з різкими коливаннями температури зовнішнього повітря протягом доби, а також при періодично діючих системах опалення огороджувальні конструкції будівель повинні володіти не тільки потрібним опором теплопередачі, але і теплотривкістю. Практично, оскільки в даний час будівлі обладнуються безперервно діючими системами опалення, а в деяких випадках і автоматичним регулюванням, що змінює кількість теплоти, яка подається в приміщення, відповідно до змін температури зовнішнього повітря, розрахунок теплотривкості огороджувальних конструкцій не виробляють.

Властивість огороджувальної конструкції зберігати при коливаннях потоку тепла відносну сталість температури на поверхні, зверненої до приміщення, називається теплотривкістю.

Від сталості температури на внутрішній поверхні огороджувальних конструкцій залежить забезпечення умов комфорту для перебувають в приміщенні людей.

Теплотривкість захисної конструкції забезпечується .преімущественно теплоємністю шару різких коливань. У години дії опалення тепло накопичується в цьому шарі, а при перервах в роботі опалювальної системи надходить в приміщення, зігріваючи внутрішнє повітря і забезпечуючи відносну сталість його температури. Така теплоємність може бути названа активною. Якщо зазначений шар буде виконаний з матеріалу з великим теплозасвоєння, то значною мірою буде забезпечена теплостійкість всієї огороджувальної конструкції.

9. Влагопередача через огорожу. Дифузія водяної пари через огороджувальні конструкції.

Захисна конструкція будинку виконує одночасно декілька різних функцій. Одна з основних функцій - відділення внутрішнього обсягу житлового приміщення і зовнішнього середовища. Обидві очевидно нерівні частини середовища характеризуються збігається барометричним тиском і при цьому відмінними температури і вологості повітря. Тобто захисна конструкція в цілому виконує функцію пароізоляції, хоча сама пароізоляція як контур зі спеціального матеріалу окремо в ній може й не бути. Найбільш критична ситуація виникає в зимовий період, коли різниця температури найбільша. Вся справа в тому, що парціальний тиск парів води в теплому приміщенні істотно вище парціального тиску поза домом, що є наслідком того, що в холодному повітрі вологи міститься набагато менше, ніж в теплому повітрі. Наслідком різниці парціальних тисків, а також пористість будівельних матеріалів є дифузний механізм перенесення вологи через захисну конструкцію.

Здатність перешкоджати вологоперенос, іншими словами, до пароізоляції всієї огороджувальної конструкції або окремого її шару характеризується коефіцієнтом паропроникності. Коефіцієнт паропроникності, по-англійськи це пишеться як vapor permeability coefficient, являє собою кількість водяної пари, здатне проходити крізь частину захисної конструкції площею 1м2 протягом однієї доби при тому, що різниця парціальних тиску з різних сторін конструкції дорівнює 1Па, а температура повітря по обидві боку одна і та ж. Паропроникність мінераловатних утеплювачів досить висока, навіть дуже висока. Навпаки, властивість матеріалів, що застосовуються для пароізоляції, дуже низька. Ми пам'ятаємо, що дифузія є не єдиним механізмом влагопереноса, на практиці часто більш інтенсивно волога переноситься шляхом конвекції, тобто шляхом перенесення вологи разом з усіма повітряними масами. І причина такого перенесення в недосконалості конструкції, в наявності щілин, і в різниці барометричного тиску по обидві сторони огороджувальної конструкції.

Якщо в захисної конструкції не передбачено утеплення, то в несучої конструкції виявляється «точка роси» - площину, в якій відбувається конденсація вологи. Щоб цього уникнути, захисну конструкцію утеплюють із зовнішнього боку. Ще слід прислухатися до деяких практичних рекомендацій фахівців. Ключовим параметром захисної конструкції є опір теплопередачі, воно визначається діючими нормативними документами для конкретного регіону. Іншим важливим параметром є паропроникність або зворотна їй величина - опір паропроніцанію. У багатошаровій конструкції необхідно дотримуватися принципу «ступінчастою паропроникності», з внутрішньої сторони повинні розташовуватися матеріали з малою паропроникністю, ас зовнішньої - з великою. Якщо така можливість відсутня, тоді можна використовувати пароізоляцію для обмеження паропроникності внутрішнього шару конструкції.

Для захисту теплоізоляції від зволоження в конструкціях зазвичай застосовується пароізоляція. Окремо потрібно відзначити необхідність пароізоляції утеплювачів на стиках окремих частин огороджувальної конструкції з внутрішньої сторони. Якщо ризик конденсації великий, непоганим варіантом може виявитися вентильований повітряний прошарок.

10. Повітропроникність конструкцій будівлі. Поняття інфільтрації і ексфільтраціі.

повітропроникність - Здатність матеріалів і конструкцій пропускати повітря під впливом перепаду тиску повітря. У багатьох областях матеріального виробництва повітропроникність матеріалу є одним з найважливіших параметрів, т.к визначає властивості кінцевого продукту

Одиниці виміру повітропроникності - м? / (м? · год) (кубічний метр на квадратний метр на годину) і дм? / (м? · с) (кубічний дециметр на квадратний метр в секунду).

Будівельні матеріали в основній своїй масі є пористими тілами. Розміри і структура пір у різних матеріалів неоднакова, тому повітропроникність матеріалів в залежності від різниці тисків проявляється по-різному.

При ламінарному русі повітря в порах матеріалу справедлива залежність

,

де G - повітропроникність огорожі або шару матеріалу, кг / (м2. ч);

i - Коефіцієнт повітропроникності матеріалу, кг / (м. па. ч);

? - Товщина шару матеріалу, м.

Коефіцієнт повітропроникності матеріалу аналогічний коефіцієнту теплопровідності і показує ступінь повітропроникності матеріалу, чисельно рівну потоку повітря в кг, що проходить крізь 1 м2 площі, перпендикулярної напрямку потоку, при градієнті тиску, рівному 1 Па / м.

інфільтрація - Це просочування повітря в приміщення, а ексфільтрація - Це просочування повітря з приміщення. Обмін повітря в приміщенні відбувається завдяки інфільтрації і ексфільтраціі, що мають різні причини походження.

Інфільтрації повітря ЧЕРЕЗ ОГОРОЖІ

1) Неорганізований повітрообмін в будівлі або приміщенні, що виникає під дією вітрових та гравітаційних сил або через дисбаланс припливно-витяжної механічної вентиляції;

2) потік зовнішнього повітря, інфільтрують через нещільності зовнішніх огороджень будівлі або приміщення. Необхідність нагріву цього повітря до температури приміщення зумовлює додаткові тепловтрати в холодну пору року.

Ексфільтрація ПОВІТРЯ ЧЕРЕЗ ОГОРОЖІ

Фільтрація внутрішнього повітря через зовнішнє огородження назовні. Спостерігається у верхніх поверхах будівлі або на завітрених фасадах будівель; призводить до зайвого зволоження зовнішніх огороджень, проникненню в них агресивних парів і газів, знижує довговічність огорож.



Конвекція | Учать України у міжнародніх організаціях.
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати