Teplotní gradient se měří v. Teplotní gradient
Teplotní gradient - část Vzdělávání, Poznámky k přednáškám Zpočátku termodynamika řešila poměrně omezený rozsah problémů Teplotní pole tělesa je charakterizováno řadou izotermických povrchů. P...
Rýže. 4.1. Tělesné izotermy
Podle umístění tělesných izoterm lze odhadnout intenzitu teplotních změn v různých směrech. Na Obr. 4.2 ukazuje izotermy, jejichž teploty se liší o Dt.
Rýže. 4.2. Směrem k definici teplotního gradientu
Jak je vidět z Obr. 4.2 se teplota v tělese mění pouze ve směrech protínajících izotermické povrchy, přičemž intenzita změny teploty v libovolném směru je charakterizována derivací ¶t/¶x, přičemž nejvyšší hodnotu ve směru kolmém na izotermický povrch.
Nárůst teploty ve směru normály k izotermickému povrchu je charakterizován teplotním gradientem.
Teplotní gradient je vektor orientovaný kolmo na izotermický povrch ve směru rostoucí teploty a číselně rovný derivaci teploty v tomto směru, tj.:
kde je jednotkový vektor kolmý k izotermickému povrchu a směřuje k rostoucí teplotě.
Konec práce -
Toto téma patří do sekce:
Poznámky k přednášce Zpočátku termodynamika řešila poměrně omezený rozsah problémů
Ovládnutí tepelné energie umožnilo lidstvu dosáhnout prvního... zpočátku termodynamika řešila poměrně omezený rozsah problémů souvisejících s čistě praktickými výpočty.
Pokud potřebujete doplňkový materiál na toto téma, nebo jste nenašli, co jste hledali, doporučujeme použít vyhledávání v naší databázi prací:
Co uděláme s přijatým materiálem:
Pokud byl pro vás tento materiál užitečný, můžete si jej uložit na svou stránku na sociálních sítích:
Tweet |
Všechna témata v této sekci:
Práce
Kvantitativní vyjádření základní práceδL je obecně definován jako součin průmětu Fs síly F a elementárního posunutí bodu působení síly (obr. 3.4).
Směsi plynů
Směs je systém těles, která spolu chemicky neinteragují. Struktura jednotlivých složek směsi se při procesech tvorby a stabilizace směsi nemění.
Jednou
Zákony ideálního plynu
Ideální plyn je plyn, který se řídí Clapeyronovou rovnicí při jakékoli hustotě a tlaku.
1. Boyleův zákon - Mariotte (1622). Pokud je teplota plynu konstantní, pak
Vyjádření zákona zachování energie
První zákon termodynamiky je matematickým vyjádřením zákona zachování a přeměny energie, jak je aplikován na tepelné procesy v jeho nejobecnější podobě. Objev zákona zachování a transformace První zákon termodynamiky jednoduchého tělesa
Jednoduché tělo
nazývat těleso, jehož stav je zcela určen dvěma nezávislými proměnnými (P, u; u, t; P, t).
Pro taková tělesa je termodynamická práce definována jako vratná práce
Mayerův zákon Pro ideální plyny platí tvrzení, že vnitřní energie U a entalpie h jsou funkcemi pouze jedné teploty (Jouleův zákon): U=u(t); h=u+P×u=u(t)+RT=h(t). (3,43) Princip existence entropie ideálního plynu Z rovnice prvního zákona termodynamiky pro ideální plyn vydělením pravé a levé strany absolutní teplota
T můžeme získat výraz pro entropii -
nová funkce
stav.
Práce v termodynamických procesech Množství práce je určeno na základě rovnice tohoto procesu j (Pu) = 0 a polytropní rovnice s konstantním exponentem. dw = -u×dP dl-dw=P×du+u×dP=d(Pu);
Koeficient výkonu
V termodynamice se tepelné motory nazývají
tepelné motory
a chladicí stroje. Tepelný stroj se obvykle nazývá nepřetržitě pracující systém, který vytváří přímky.
Carnotův cyklus
V roce 1824 francouzský inženýr Carnot, který studoval účinnost tepelných motorů, navrhl reverzibilní cyklus sestávající ze 2 adiabatů a 2 izoterm a neustále prováděný mezi dvěma zdroji.
Druhý zákon termodynamiky
Pozorování přírodních jevů ukazuje, že všechny procesy jsou nevratné, např.: přímá výměna tepla mezi tělesy, procesy přímé přeměny práce na teplo vnějšími nebo vnitřními
Cykly plynových turbín
a) cyklus s dodávkou tepla při V=idem (Humphreyův cyklus) (obr. 3.19); (3,64)
Směsi plynů
Úkol 1. Podle dat analýzy bylo stanoveno následující objemové složení zemní plyn: CH4=96 %; C2H6 = 3 %; C3H8 = 0,3 %; S4N
První zákon termodynamiky
Úkol 1. Při pohybu zemního plynu potrubím se jeho parametry mění z t1=50°C a P1=5,5 MPa na t2=20°C a P2=3,1 MPa. Průměrný
Procesy změny skupenství hmoty
Úloha 1. 1 kg metanu při konstantní teplotě t1=20°C a počátečním tlaku P1=3,0 MPa se stlačí na tlak P2=5,8 MPa. Určete konkrétního koně
Termodynamické cykly
Úkol 1. Určete parametry stavu (P, V, t) v extrémní body cyklus plynové turbíny nejjednodušší schéma, pracující s následujícími počátečními údaji: počáteční kompresní tlak P1=0,
Přenos tepla
4.1.1. Sdílení tepla, jeho předmět a způsob, formy přenosu tepla Věda zvaná přenos tepla studuje zákonitosti a formy distribuce tepla v prostoru. Na rozdíl od
Teplotní pole
Proces tepelné vodivosti, stejně jako jiné typy výměny tepla, může probíhat pouze za přítomnosti teplotního rozdílu, podle druhého zákona termodynamiky. Obecně je tento proces doprovázen
Tepelný tok. Fourierův zákon
Nutná podmínkašíření tepla je nerovnoměrnost rozložení teploty v uvažovaném médiu, tj. grad t ¹ 0. V roce 1807 učinil francouzský matematik Fourier prohlášení
Součinitel tepelné vodivosti
Součinitel tepelné vodivosti je fyzikální parametr látky charakterizující jeho schopnost vést teplo. Z rovnice (4.7) vyplývá, že součinitel tepelné vodivosti je číselně roven:
Podmínky jednoznačnosti pro procesy vedení tepla
Protože diferenciální rovnice tepelné vodivosti je odvozena na základě obecné zákony fyziky, pak charakterizuje jev tepelné vodivosti v nejobecnější podobě. Můžeme tedy říci, že výsledný
Teorie rozměrů
Teorie rozměrů se používá v případě, kdy neexistuje diferenciální rovnice popisující proces. V podmínkách nucené konvekce je hodnota součinitele prostupu tepla funkcí
Přenos tepla
č. Název veličiny Exponent Rozměry k
Teorie podobnosti
Při použití teorie podobnosti je nutné mít diferenciální rovnici, která popisuje zkoumaný proces. Provedením kriteriálního zpracování této rovnice se získá složení kritérií podobnosti. Vy
Některé případy přenosu tepla
Pro určité problémy lze rovnici (4.67) zjednodušit. U stacionárních procesů přenosu tepla kritérium Fo vypadne a pak Nu=¦(Re, Gr, Pr). (4.69) V případě, že jste
Výpočtové závislosti přestupu tepla konvekcí
Za specifickou formu návrhových rovnic se obvykle považuje mocninný zákon ve tvaru y = Axm×un×np. (4,73) Je nejprofičtější
Přenos tepla přirozenou konvekcí
Pro výpočet součinitele prostupu tepla za podmínek přirozené konvekce ve velkém objemu chladiva se obvykle používá kriteriální závislost tvaru Nu=C(Gr×Pr)n. (4,75
V potrubí a kanálech
Intenzita přenosu tepla v rovných hladkých trubkách závisí na režimu proudění, určeném hodnotou Re=ωd/ν. Pokud Re £ Recr, pak je režim proudění laminární. Při pohybu
Přenos tepla při příčném proudění kolem potrubí
Proces přenosu tepla při příčném proudění kolem potrubí má vlastnosti, které jsou určeny hydrodynamikou pohybu tekutiny v blízkosti povrchu potrubí.
K určení součinitele prostupu tepla
Typy sálavých toků
Množství energie emitované povrchem tělesa v celém rozsahu vlnových délek (od l=0 do l=¥) za jednotku času se nazývá integrální (celkový) tok záření Q (W). Izluch
Zákony tepelného záření
Zákony tepelného záření jsou získány ve vztahu k ideálnímu absolutně černému tělesu a podmínkám tepelné rovnováhy.
4.4.3.1. Planckův zákon rozvíjející kvantové theo
Vlastnosti záření par a reálných plynů
Plyny, stejně jako pevné látky, mají schopnost vyzařovat a absorbovat zářivou energii, ale tato schopnost je pro různé plyny odlišná. Jedno- a dvouatomové plyny (kyslík, vodík, dusík atd.) pro
Optimalizace (regulace) procesu přenosu tepla
V technologii existují dva typy problémů spojených s regulací procesu přenosu tepla. Jeden typ problémů je spojen s nutností snížit množství předávaného tepla (tepelné ztráty), tzn. Přenos tepla při proměnlivých teplotách(výpočet výměníků tepla) Výměník tepla (HE) je zařízení určené k přenosu tepla z jednoho média do druhého.
Obecné otázky
dle přístupu CK tepelně technologické vybavení je založeno na zásadních znalostech o přírodních zákonech, schopnosti je využívat k řešení určitých problémů a matematickém aparátu, který umožňuje přesné výpočty probíhajících procesů i samotných zařízení. To zase umožňuje, spolu s rostoucí těžbou paliva a výrobou energie, zavádět aktivní politiku úspor energie ve všech odvětvích. národní hospodářství. Většina moderní výroba jsou doprovázeny tepelně technologickými procesy, jejichž správné provedení určuje produktivitu a kvalitu výrobků. V souvislosti s tím i s problémy vytváření bezodpadové technologie a ochrany prostředí Významně vzrostla role tepelného inženýrství jako vědy, jejímž teoretickým základem je přenos tepla.
Přenos tepla studuje zákony přenosu tepla. Výzkumy ukazují, že přenos tepla je složitý proces. Při studiu se dělí na jednoduché jevy. Cílem předmětu je studium jednoduchých a složité procesy přenos tepla v různých prostředích.
ZÁKLADNÍ POJMY A DEFINICE
Způsoby přenosu tepla
Existují tři způsoby přenosu tepla: tepelná vodivost, konvekce a tepelné záření.
Tepelná vodivost– proces samovolného přenosu tepla z bodů v oblastech těla s více vysoká teplota do bodů na částech těla se spodním. Tepelné vedení přenáší teplo přes pevné látky, kapaliny a plyny.
Proudění– pohyb hmoty kapaliny nebo plynu z média o jedné teplotě do média o jiné teplotě. Pokud je pohyb způsoben rozdílem v hustotách zahřátých a studených částic, je tomu tak přirozená konvekce, pokud je tlakový rozdíl nucená konvekce. Konvekcí se teplo přenáší v kapalinách a plynech.
Tepelné záření– proces šíření tepla ze sálavého tělesa pomocí elektromagnetické vlny. Je určena teplotou a optické vlastnosti vyzařující tělo ( pevné látky tří- a víceatomové plyny).
U pevných látek se teplo přenáší pouze tepelnou vodivostí. Sáláním dochází k přenosu tepla mezi tělesy umístěnými ve vakuu. Konvekce se zpravidla vyskytuje společně s tepelnou vodivostí.
Kombinovaný přenos tepla konvekcí a vedením se nazývá konvekční přenos tepla.
Konvekční výměna tepla mezi povrchem a okolním médiem se nazývá přenos tepla.
Přenos tepla současně dvěma nebo třemi způsoby se nazývá komplexní výměna tepla.
Přenos tepla z jednoho média do druhého přes stěnu, která je odděluje, se nazývá přenos tepla.
Zákony přenosu tepla
Je popsáno teplo přenášené vedením Fourierův zákon, podle kterého vektor hustoty proudění teplaúměrné teplotnímu gradientu:
Tepelný tok, množství tepla a hustota tepelného toku souvisí se vztahy:
kde F je plocha izotermického povrchu, m2; Δ – časové období, s.
Koeficient úměrnosti v rovnici (1.3) se nazývá λ součinitel tepelné vodivosti a charakterizuje schopnost těles přenášet teplo. Rozměr této veličiny je W/(m K). Součinitel tepelné vodivosti závisí na struktuře, hustotě, vlhkosti, tlaku a teplotě tělesa. Hodnoty součinitelů tepelné vodivosti jsou stanoveny experimentálně a pro všechna tělesa (kovy, stavební a izolační materiály, kapaliny, plyny) jsou uvedeny v referenční literatuře. Nejvyšší součinitel tepelné vodivosti mají kovy a nejnižší tepelně izolační materiály a plyny.
Protože těla mohou mít různé teploty například od t 1 do t 2, pak se výpočty provádějí při průměrný hodnota součinitele tepelné vodivosti (λ avg) pro daný teplotní rozsah. Pokud jsou v referenční knize hodnoty λ = f (t) uvedeny ve formě tabulky, pak není obtížné získat λ avg pro daný teplotní rozsah. U mnoha materiálů poskytuje referenční příručka lineární závislostλ = f(t):
λ(t) = λ ® (a ± bt), (1,6)
kde a, b jsou konstantní koeficienty vlastní konkrétnímu materiálu. Vzorec pro výpočet λ avg v teplotním rozsahu t 1 -1 2 snadno získáte, pokud společně vyřešíte (1.6) a (1.7):
(1.7)
. (1.8)
Tuto techniku lze použít k získání výpočtových vzorců pro λ avg pro libovolnou nelineární závislost λ(t).
Přenos tepla konvekcí mezi povrchem o teplotě t c a okolním prostředím o teplotě t l popisuje Newton-Richmannův zákon, podle kterého je hustota tepelného toku q úměrná rozdílu teplot mezi stěnou a médiem:
Pomocí vzorců (1.4) a (1.5) můžete vypočítat Q a Q .
Koeficient úměrnosti v rovnici (1.9) se nazývá α součinitel prostupu tepla a charakterizuje intenzitu procesu konvektivní výměny tepla mezi povrchem a okolním prostředím. Je zvykem nazývat médium omývající povrch (plyn, voda, jakékoli chladivo) „kapalina“ a označovat teplotu média – t l.
Součinitel prostupu tepla závisí na teplotách t c a t f, na rychlosti a na vlastnostech kapaliny, na tvaru, velikosti, orientaci povrchu atd. Součinitele prostupu tepla pro různé podmínky přenos tepla se počítá pomocí speciálních rovnic.
Integrální hustota tepelného toku při přenosu tepla záření vypočítané podle vzorce
(1.10)
V rovnici (1.10) je koeficient úměrnosti mírou emisivity vyzařujícího tělesa (ε), která charakterizuje jeho schopnost vyzařovat a pohlcovat energii. Pro pevné látky jsou hodnoty ε uvedeny v referenčních knihách pro vyzařující plyny, jsou vypočteny pomocí nomogramů.
Výraz
známý jako právo Stefan-Boltzmann, popisující vztah mezi hustotou tepelného toku a teplotou černého tělesa. Emisivita zcela černého tělesa je c o = 5,67 W/(m 2 K 4).
Podmínky jedinečnosti
Diferenciální rovnice popisuje mnoho procesů vedení tepla. Pro výběr konkrétního procesu z této množiny je nutné formulovat vlastnosti tohoto procesu, které se nazývají podmínky jednoznačnosti a zahrnují:
– geometrické podmínky, charakterizující tvar a velikost těla;
– fyzické podmínky , charakterizující vlastnosti těles účastnících se výměny tepla;
– okrajové podmínky, charakterizující podmínky procesu na hranici těla;
– počáteční podmínky, charakterizující počáteční stav systému při nestacionární procesy.
Při řešení problémů s tepelnou vodivostí se rozlišují následující:
– okrajové podmínky prvního druhu, je určeno rozložení teploty na povrchu těla:
tc = f(x, y, z, τ) nebo tc = konst;
– okrajové podmínky druhý druh, hustota tepelného toku na povrchu tělesa je specifikována:
qc = f(x, y, z, τ) nebo qc = konst;
– okrajové podmínky třetí druh, specifikuje se teplota média t L a součinitel prostupu tepla mezi povrchem a médiem.
V souladu s Newton-Richmannovým zákonem je tepelný tok přenesený z 1 m2 plochy do média o teplotě t L:
q = a(tc - tw).
Tento tepelný tok je zároveň přiváděn na 1 m 2 povrchu z hlubokých vrstev tělesa tepelnou vodivostí
Pak rovnice tepelná bilance neboť povrch těla bude zapsán ve tvaru
(1.15)
Rovnice (1.15) je matematickou formulací okrajových podmínek třetího druhu.
Soustava diferenciálních rovnic spolu s podmínkami jednoznačnosti představuje matematickou formulaci problému. Řešení diferenciálních rovnic obsahují integrační konstanty, které jsou určeny pomocí podmínek jednoznačnosti.
Bezpečnostní otázky a úkoly
1. Jakými způsoby se teplo přenáší horkou vodu do vzduchu stěnou topného tělesa: z vody na vnitřní povrch, přes stěnu, z vnějšího povrchu do vzduchu.
2. Vysvětlete mínus na pravé straně rovnice (1.3)?
3. Pomocí referenční literatury analyzujte závislost λ(t) pro kovy, slitiny, tepelně izolační materiály, plyny, kapaliny a odpovězte na otázku: jak se u těchto materiálů mění součinitel tepelné vodivosti s teplotou?
4. Jak se určuje tepelný tok (Q, W) při přenosu tepla konvekcí, tepelná vodivost a tepelné záření?
5. Zapište diferenciální rovnici tepelné vodivosti v kartézských souřadnicích, popisující dvourozměrné stacionární teplotní pole bez vnitřních zdrojů tepla.
6. Zapište diferenciální rovnici teplotní pole pro drát, který je pod napětím při konstantní elektrické zátěži.
VE STACIONÁRNÍM REŽIMU
Podmínky prvního druhu
Dáno: plochá homogenní stěna o tloušťce δ (obr. 2.1) s konstantní koeficient tepelná vodivost λ a konstantní teploty t 1 a t 2 na površích.
Definovat: rovnice teplotního pole t = f (x) a hustota tepelného toku q, W/m 2.
Teplotní pole stěny popisuje diferenciální rovnice tepelné vodivosti (1.3) at následující podmínky:
– stacionární režim;
q v = 0, protože neexistují žádné interní zdroje teplo;
Protože teploty t 1 a t 2 na površích stěn jsou konstantní.
Teplota stěny je funkcí pouze jedné souřadnice x a rovnice (1.13) má tvar
protože koeficient tepelné difuzivity stěny a≠0. Okrajové podmínky prvního druhu:
při x = 0 t = ti, (2,2)
při x = 5 t = t2. (2.3)
Výrazy (2.1), (2.2), (2.3) jsou matematickou formulací úlohy, jejíž řešení nám umožní získat požadovanou rovnici teplotního pole t=f(x).
Integrační rovnice (2.1) dává
Opakovanou integrací získáme řešení diferenciální rovnice ve tvaru
t = c 1 x + c 2 (2,4)
Z rovnice (2.4) za podmínky (2.2) získáme t 1 = c 2 a za podmínky (2.3) t 2 = c 1 δ+t 1 , z čehož
Dosazením integračních konstant c 1 a c 2 do rovnice (2.4) dostaneme rovnice teplotního pole:
(2.5)
Závislost t = f(x) je podle (2.5) přímka (obr. 2.1), což platí pro λ = konst.
K určení hustoty tepelného toku procházejícího stěnou použijeme Fourierův zákon:
S přihlédnutím dostaneme kalkulační vzorec pro hustotu tepelného toku přenášeného plochou stěnou,
Tepelný tok, přenášený povrchem stěny o ploše F, se vypočítá podle vzorce.
(2.7)
Vzorec (2.6) lze zapsat ve tvaru
Množství se nazývá tepelný odpor tepelné vodivosti plochá stěna.
Na základě rovnice qR = t 1 - t 2 můžeme usoudit, že tepelný odpor stěny je přímo úměrný rozdílu teplot napříč tloušťkou stěny.
Závislost součinitele tepelné vodivosti na teplotě λ(t) lze zohlednit, pokud hodnoty λ avg dosadíme do rovnic (2.6) a (2.7) pro teplotní rozsah t 1 - t 2.
Uvažujme tepelnou vodivost vícevrstvá plochá stěna, skládající se ze tří vrstev (obr. 2.2).
Dáno: δ 1, δ 2, δ 3, λ 1, λ 2, λ 3, t 1 = konst, t 4 = konst.
Definovat q, W/m2; t 2, t 3.
Za stacionárních podmínek a konstantních teplot povrchů stěn lze tepelný tok přenášený třívrstvou stěnou reprezentovat soustavou rovnic:
(2.8)
Sečtením levé a pravé strany rovnic (2.9) získáme výpočtový vzorec pro hustotu tepelného toku procházejícího třívrstvou stěnou:
(2.10)
Teploty na rozhraní vrstev t 2 a t 3 lze vypočítat pomocí rovnic (2.8) po zjištění hustoty tepelného toku (q) pomocí (2.10).
Celkový pohled rovnice (2.10) pro vícevrstvou plochou stěnu sestávající z n homogenních vrstev s konstantními teplotami na vnějších površích a má tvar
Průměrný součinitel tepelné vodivosti vícevrstvé stěny se nazývá efektivní(λeff). Je roven součiniteli tepelné vodivosti homogenní stěny, jejíž tloušťka a tepelný odpor se rovnají tloušťce a tepelnému odporu vícevrstvé stěny.
Příklad řešení problému
Palivový článek je vyroben z uranu (λ = 31 W/m·K) ve tvaru trubky (obr. 3.7) o vnitřním průměru d 1 = 14 mm, vnějším průměru d 2 = 24 mm.
Objemová hustota uvolňování tepla q v = 5·1О 7 W/m 3 . Plochy palivových tyčí jsou pokryty těsně přiléhajícími nerezovými pouzdry (λ c = 20 W/m·K) o tloušťce δ = 0,5 mm. Palivový článek je chlazen oxidem uhličitým (CO 2) podél vnitřního a vnějšího povrchu plášťů s t = 200 °C a t = 240 o C. Součinitele přestupu tepla z povrchů plášťů do plynu α 1 = 520 W/m 2 K, α 2 = 560 W/m 2 K. Určete maximální teplotu palivového článku (t max), teplotu na površích plášťů ( a t) a na površích uranu (t 1 a t 2), jakož i tepelné toky (Q 1 a Q 2) odstraněny z povrchu palivového prvku na délku l= 1 m.
Řešení
Palivovým článkem je válcová stěna s vnitřním vývinem tepla, chlazená na vnější straně a vnitřní povrchy(Oddíl 3.3). Pokud jsou na površích palivových tyčí ocelové pláště a s přihlédnutím k výchozím údajům můžeme psát následující systém rovnice:
(3.48)
(3.49)
(3.50)
(3.51)
(3.52)
Soustava rovnic (3.48) – (3.52) obsahuje pět neznámých: Q 1, Q 2, t 1, t 2, r 0 a je řešena metodou vzájemných substitucí. V důsledku řešení se určí požadovaná množství:
Qi = 6286 W; Q2 = 10199 W; ti = 459 °C; t2 = 458 °C; ro = 10,2 mm.
Teploty na površích ocelových plášťů (), stejně jako maximální teplota TVEL (t max) se vypočítá pomocí vzorců
a jsou rovny = 457 °C, = 455 °C, tmax = 463 °C.
Odpovědi: Qi = 6,286 W; Q2 = 10 199 W; ti = 459 °C; t2 = 458 °C; ro = 10,2 mm;
457 °C; = 455 °C; tmax = 463 °C.
PŘENOS TEPLA ZÁŘENÍM
Základní pojmy a zákony tepelného záření
Tepelné záření je proces distribuce vnitřní energie těla prostřednictvím elektromagnetických vln. NA tepelné záření zahrnují infračervené a viditelné záření, jehož rozsah vlnových délek je λ = 0,4 – 800 µm. Pevné látky vyzařují energii všech vlnových délek v daném rozsahu, to znamená, že mají spojité emisní spektrum.
Pevné látky vyzařují a absorbují energii na povrchové vrstvě, takže intenzita jejich záření (absorpce) závisí na teplotě a stavu povrchu (hladký, drsný, černý, bílý atd.).
Množství radiační energie přenesené za 1 s libovolnou plochou F se nazývá radiační tok a je označen Q, W.
Tok záření odpovídající celému spektru záření se nazývá integrální.
Povrchní hustota toku integrální záření se značí q = Q/F, W/m 2.
Každé těleso nejen vyzařuje, ale i pohlcuje zářivou energii. Rozdíl mezi absorbovanou a vlastní zářivou energií se nazývá výsledné záření:
Když Q res > 0, tělesná teplota se zvyšuje a naopak.
Při Q res = 0 se tělesná teplota nemění (stav tepelné rovnováhy).
Z celkového množství zářivé energie dopadající na těleso (Q pad) je část absorbována (Q absorb), část je odražena (Q neg) a část prochází tělesem (Q prop). Proto,
1=
kde je koeficient absorpce;
Koeficient odrazu;
Koeficient propustnosti.
Když A = 1, R = 0, D = 0, nazývá se těleso úplně černá;
při R = 1, A = 0, D = 0 - úplně bílá;
při D = 1, A = 0, R = 0 - diatermický (průhledný).
Taková těla v přírodě neexistují. U naprosté většiny pevných látek platí rovnost
Stefan-Boltzmannův zákon vytváří souvislost mezi hustotou povrchového toku integrálního záření absolutně černého tělesa a jeho teplotou
(4.1)
Kde – emisivita černého tělesa. Index „0“ znamená, že se uvažuje o záření černého tělesa.
Tok záření černého tělesa se vypočítá pomocí vzorce
(4.2)
Stupeň černoty. Lze uvažovat o většině skutečných těl šedá. Stupeň černotyšedá tělesa (ε) je poměr vnitřního záření šedého tělesa k záření absolutně černého tělesa při stejné teplotě, stejná teplotašedé tělo
Stupeň černosti se pohybuje v rozmezí 0≤ ε ≤ 1 a závisí na tělesné teplotě a jejím fyzikální vlastnosti. hodnoty ε pro různé materiály jsou uvedeny v referenčních knihách.
U kovů ε roste s rostoucí teplotou. Pokud je povrch drsný, znečištěný nebo zoxidovaný, ε se může několikrát zvýšit. Pro leštěný hliník se tedy ε = 0,04 ÷ 0,06, když je povrch zoxidován, rovná 0,2 ÷ 0,3. Stupeň emisivity tepelně izolačních materiálů je v rozmezí 0,7 ÷ 0,95.
Podle (4.3) a (4.2) se pomocí vzorce vypočítá vlastní záření šedých těles
(4.4)
Kirchhoffův zákon. Uvažujme dvě rovnoběžné plochy s stejnou teplotu(T), z nichž jeden úplně černá(A=1), jiné síra Já (A<1), рис. 4.1.
Vzdálenost mezi povrchy je malá, takže veškeré záření z jednoho povrchu dopadá na druhý.
Záření ze zcela černého povrchu (Q 0) je částečně absorbováno sírou:
Protože povrchové teploty jsou stejné, výsledné záření z šedého povrchu
Q res = Q absorbovat · Q int = 0,
Q absorbovat = Q int,
AQ 0 = událost Q, (4,5)
(4.6)
(4.7)
Podle Kirchhoffova zákona (4.7) poměr radiační schopnost těla vstřebávání závisí pouze na tělesné teplotě a nezávisí na jeho vlastnostech. Emisní a absorpční schopnosti těla jsou navzájem přímo úměrné. Pokud těleso nevyzařuje, pak neabsorbuje (absolutně bílé těleso).
Na základě (4.6) máme
s přihlédnutím k (4.3) dostáváme
Z Kirchhoffova zákona tedy vyplývá, že koeficient absorpce šedých těles se číselně rovná jejich stupni černosti.
Komunikace sálavých proudů
Uveďme typy zářivých toků: dopadající (Qinc), odražený (Qreg), absorbovaný (Qabsorb), procházející (Qnpo p), vlastní (Qinc), výsledný (Qres)
Součet vlastního a odraženého záření se nazývá efektivní záření těla:
(4.9)
Již dříve byl zaveden koncept výsledného záření
(4.10)
Získáme souvislosti mezi zářivými toky na příkladu: nechejme pad toku záření Q padat na těleso se známou teplotou (T), stupněm emisivity (ε) a povrchem (F), Obr. 4.2.
Část tohoto záření se pohltí (Q absorb), část se odrazí (Q omp). Součet vlastního (Q int) a odraženého (Q omp) záření se nazývá efektivní záření (Q eff). Výsledné záření podle (4.10) je charakterizováno rozdílem mezi absorbovaným (Qabs) a vnitřním (Qint) zářením nebo dopadajícím (Qpad) a efektivním (Qeff):
(4.11)
Pokud absorbované záření tělesa Q absorb =A Q pad dosadíme do (4.10), vyřešíme vzorec pro Q pad a dosadíme do (4.11), dostaneme
a s přihlédnutím k (4.6) a (4.8) bude vztah mezi efektivními a výslednými toky zapsán ve tvaru
(4.12)
(4.13)
Rovnice (4.12), (4.13) jsou široce používány při výpočtech přenosu tepla sáláním mezi tělesy.
Vlastnosti plynového záření
Jedno- a dvouatomové plyny jsou transparentní pro tepelné záření. Emisivita a absorpční kapacita mít tři- A víceatomové plyny.
V praxi tepelně technických výpočtů jsou nejčastějšími tříatomovými plyny oxid uhličitý (CO 2) a vodní páry (H2O).
Plyny vyzařují a absorbují energii z každé molekuly, jejíž počet je přímo úměrný tlaku plynu a tloušťce vrstvy plynu (na rozdíl od pevných látek, kde emituje a pohlcuje pouze povrchová vrstva molekul). Emise a absorpce plynů tedy závisí na teplota(T), tlak(p) a tloušťka vrstvy plynu, vyznačující se tím délka dráhy paprsku (l).
Plyny emitují a absorbují energii pouze v určitých rozsazích vlnových délek (λ), nazývaných emisní pásma. Pro paprsky jiných vlnových délek jsou mimo tato pásma plyny průhledné.
V tabulce 4.1 ukazuje emisní pásma pro CO 2 a H 2 O.
Tabulka 4.1
Od stolu 4.1 je zřejmé, že pásem pro H 2 O je více a jsou širší. S rostoucí teplotou se emise plynů posouvá do krátkovlnné oblasti, kde je šířka pásů menší. Proto, Intenzita plynového záření klesá s rostoucí teplotou.
Stupeň černoty plynu(ε g) je poměr vlastního záření plynů k záření absolutně černého tělesa při teplotě plynu:
(4.31)
Stupně emisivity pro CO 2 a H 2 O se stanoví pomocí nomogramů
(4.32)
(4.33)
kde jsou parciální tlaky.
Stupeň emisivity plynné směsi CO 2 a H 2 O je určen vzorcem
(4.34)
Kde - korekční faktor stanovený z nomogramu.
Délka dráhy paprsku pro objemy plynu vypočítané rovnicí
kde V, m 3 – objem plynu; F, m 2 – plocha omývaná plynem.
Pro trubkové svazky omýván sálajícími plyny, délka dráhy paprsku se vypočítá podle vzorce
l= 1,08 d2 ( (4.36)
kde d2 je vnější průměr trubky; s 1, s 2, - příčné a podélné stoupání potrubí.
Nomogramy pro stanovení jsou k dispozici v,.
Rovnice pro výpočet vlastní záření plyny a jejich směsi podle (4.31) - (4.33) budou zapsány ve formuláři
(4.37)
(4.38)
(4.39)
Výměna tepla sáláním mezi plynem a povrchem (stěnou), Obr. 4.8, nebo se povrch svazku trubek vypočítá podle vzorce
kde ε c, Fc je stupeň emisivity a plocha povrchu stěny omývané plynem; A g je nasákavost plynu při povrchové teplotě (T c), která se vypočítá podle vzorce
(4.41)
kde a jsou určeny stejnými nomogramy jako .
Testové otázky, zadání a úkoly k samostatnému řešení
1. Porovnejte úrovně černosti sněhu a sazí. Vysvětlete výsledek srovnání.
2. Vypočítejte hustotu tepelného toku přenášeného zářením (q, W/m 2) z topné baterie s povrchovou teplotou t c = 60 °C a emisivitou ε c = 0,9. Teplota okolního vzduchu tf = 20 °C.
Odpověď: q = 251,3 W/m2.
3. Vypočítejte hustotu tepelného toku (q, W/m2) procházejícího vakuovou mezerou dvojité stěny termosky za předpokladu, že teploty povrchů stěn t 1 = 100 o C, t 2 = 20 o C, emisivita povrchů ε 1 = ε 2 = 0,05.
Jak silná má být vrstva tepelné izolace z plsti (λ in = 0,0524 W/m·K), aby se kompenzovaly tepelné ztráty sáláním?
Odpovědi: q = 17,42 W/m2, δ out = 240 mm.
4. Analyzujte vzorce pro ε pr (4.25) a (4.30), pokud je mezi
plochy jedné obrazovky a odpovězte na otázku: jak sálá
tok ze vzdálenosti mezi vyhřívaným povrchem a obrazovkou:
a) pro dvě rovnoběžné rovné plochy;
b) pro soustavu těles, z nichž jedno se nachází uvnitř druhého?
5. Stěnou o tloušťce δ (obr. 4.9) se teplo přenáší tepelnou vodivostí (q t, W/m 2), z povrchu stěny do okolí - konvekční výměnou tepla (q k) a sáláním (q l).
Známý je součinitel tepelné vodivosti stěny (λ), stupeň plošné emisivity (ε), teploty t 1, t 2, t a součinitel prostupu tepla (α).
Zapište vzorce pro výpočet tepelných toků q t, q K, q l
6. Na jakých faktorech závisí záření (absorpce):
a) pevné látky;
Příklady řešení problémů
Úkol č. 1. Určete tepelné ztráty sáláním z 1 m délky parovodu (Q, W/m), je-li jeho vnější průměr d = 0,3 m, emisivita ε = 0,9, povrchová teplota t c = 450 o C, teplota okolí t l = 20 °C .
Jaká bude tepelná ztráta sáláním (Q", W/m) při umístění parovodu do plechového pláště o průměru d cca = 0,4 m, emisivita ε cca = 0,6?
Řešení
Když bude parní potrubí sálat do neomezeného prostoru, bude tepelná ztráta podle rovnice (4.29).
V přítomnosti pláště se tepelná ztráta sáláním vypočítá podle (4.26) a (4.27) pomocí vzorců
(4.42)
(4.43)
Teplotu pláště (Tvol) zjistíme z rovnice tepelné bilance sálavé energie v systému „parovod - clona - prostředí“
Pomocí rovnice (4.43) zjistíme ε pr = 0,621, pomocí rovnice tepelné bilance (4.44) vypočítáme teplotu pláště tо6 = 320 °C a pomocí rovnice (4.42) zjistíme tepelnou ztrátu ze stíněného parovodu Q" = 4962 W/m Tepelná ztráta zářením snížena o Q/Q" = 12781/4962 = 2,58 krát.
Úkol č. 2. Určete stupeň emisivity a hustotu toku záření směsi plynů (O 2, N 2, CO 2) dopravované potrubím o průměru d 1 = 200 mm. Teplota plynu tg = 800 o C, parciální tlak oxidu uhličitého = 0,09 bar.
(obr. 5.1).
Nahradíme tedy soustavu 4 rovnic (5.2)-(5.5) soustavou 3 rovnic:
(5.9)
(5.10)
(5.11)
jehož společné řešení dává výpočtový vzorec pro hustotu tepelného toku
(5.12)
TEPLOTA GRADIENT
TEPLOTA GRADIENT
vertikální nebo vertikální teplotní gradient (Vertical thermal gradient) - pokles teploty vzduchu za každých 100 m ve vertikálním směru. V suchém vzduchu je teplotní gradient asi 1°, v nasyceném vzduchu je to asi 0,5°.
Samojlov K.I. Marine Dictionary. - M.-L.: Státní námořní nakladatelství NKVMF SSSR, 1941
Podívejte se, co je "TEMPERATURE GRADIENT" v jiných slovnících:
teplotní gradient- Vektor orientovaný kolmo na izotermický povrch ve směru rostoucí teploty, číselně rovný parciální derivaci teploty v tomto směru. [GOST 25314 82] Témata nedestruktivní tepelné regulace... Technická příručka překladatele
Vertikální, vektor odrážející změnu (rozdíl) teploty v atmosféře s výškou (ve stupních na 100 m). Ekologický encyklopedický slovník. Kišiněv: Hlavní redakce Moldavské sovětské encyklopedie. I.I. Dedu. 1989... Ekologický slovník
Teplotní gradient- 4. Teplotní gradient Vektor směřující kolmo k izotermickému povrchu ve směru rostoucí teploty, číselně rovný parciální derivaci teploty v tomto směru Zdroj: GOST 25314 82: Nedestruktivní zkoušení... ... Slovník-příručka termínů normativní a technické dokumentace
teplotní gradient- temperatūros gradientas statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. teplotní gradient vok. Teplotní gradient, m rus. teplotní gradient, m; teplotní spád, m pranc. gradient teploty, m; gradient thermique, m … Fizikos terminų žodynas
teplotní gradient- Vektor směřující kolmo k izotermickému povrchu ve směru rostoucí teploty a číselně rovný parciální derivaci teploty v tomto směru... Polytechnický terminologický výkladový slovník
Změna teploty vzduchu každých 100 m vertikálně v troposféře. Hodnota teplotního gradientu se pohybuje od 0,6 do 1°C. EdwART. Explanatory Naval Dictionary, 2010 ... Marine Dictionary
Teplotní gradient půdy- kladný nebo záporný teplotní rozdíl ve dvou bodech na jednotku vzdálenosti mezi nimi. Přechody měřené ve vertikálním směru obvykle dosahují největších hodnot. Pokud jsou nerovné povrchy...... Výkladový slovník pedologie
Rychlost poklesu teploty s rostoucí nadmořskou výškou. V některých prostředích (ve stratosféře) teplota stoupá, jak stoupá, a pak vzniká obrácený, neboli inverzní vertikální gradient, kterému je přiřazeno znaménko mínus. Ekologické...... Ekologický slovník
vertikální teplotní gradient- Hodnota charakterizující pokles teploty vzduchu s rostoucí nadmořskou výškou, v průměru rovna 0,6 °C na 100 m nadmořské výšky. Syn.: teplotní gradient… Zeměpisný slovník
adiabatický teplotní gradient- Rychlost změny teploty ve hmotě vzduchu při jejím adiabatickém pohybu vertikálně jako reakce na expanzi nebo stlačení této vzduchové hmoty... Zeměpisný slovník
knihy
- Dynamika zemské litosféry, B. I. Birger. Velkoplošná tepelná konvekce v zemském plášti tvoří v každé konvektivní buňce horní studenou mezní vrstvu, která se jako celek pohybuje po zemském povrchu a téměř ...
Teplotní gradient atmosféry se může široce měnit. V průměru je to 0,6°/100 m, ale v tropické poušti blízko zemského povrchu může dosáhnout 20°/100 m, teplota stoupá s výškou a teplotní gradient je záporný, tedy může být rovna například -0,6°/100 m Pokud je teplota vzduchu stejná ve všech nadmořských výškách, pak je teplotní gradient nulový. V tomto případě se říká, že atmosféra je izotermická.[...]
Když je gradient teploty okolního vzduchu přibližně stejný jako suchý adiabatický vertikální gradient (obr. 3.8, b), nazýváme stabilitu atmosféry indiferentní. Jakýkoli objem vzduchu, který se z jakéhokoli důvodu rychle pohybuje nahoru nebo dolů, bude mít stejnou teplotu jako okolní vzduch v nové výšce. V důsledku toho neexistuje žádná pobídka k dalšímu vertikálnímu pohybu kvůli teplotním rozdílům a příslušný objem vzduchu zůstane na stejném místě. Pokud je teplotní gradient okolního vzduchu menší než suchý adiabatický vertikální gradient, pak se atmosféra nazývá adiabatická. Pomocí argumentů podobných superadiabatickému případu lze ukázat, že subadiabatická atmosféra je stabilní. To znamená, že jakýkoli malý objem vzduchu neočekávaně posunutý ve vertikálním směru bude mít tendenci se vrátit do své původní polohy. Například objem vzduchu přesunutý z polohy L do B na Obr. 3.8.6, bude mít vyšší hustotu než okolní vzduch v bodě B. V důsledku toho má tendenci se vracet do své původní výšky.[...]
VERTIKÁLNÍ TEPLOTA GRADIENT. Viz vertikální teplotní gradient.[...]
Normální nebo standardní teplotní gradient na základě mezinárodní dohody je tedy 0,66 °C/100 m, neboli 3,6 T/100 stop. Teplotní profil pro standardní atmosféru ve srovnání se suchým adiabatickým teplotním profilem je na Obr. 3.7 [...]
Obohacení v rámci daného teplotního gradientu podél délky toku materiálu v obohacovacím zařízení se zdá být nejlepším řešením problému, protože sloučeniny, které mají být obohaceny, se mohou hromadit ve stacionární fázi, která je nejlépe obohacena, a nezpůsobí obtíže z hlediska následných separačních podmínek. Na druhé straně se obohacené sloučeniny mohou akumulovat v oddělených oblastech v rámci daného teplotního gradientu a každá sloučenina bude zaujímat termodynamicky nejvýhodnější místo, tzn. dochází k zaostřovacímu efektu, díky kterému je obohacení ještě efektivnější.[...]
Typický denní cyklus změn teplotního gradientu na otevřeném prostranství za bezoblačného dne začíná tvorbou nestabilního tempa poklesu teploty, zesíleného během dne v důsledku intenzivního tepelného záření slunce, což vede k výskytu silné turbulence. Těsně před nebo krátce po západu slunce se povrchová vrstva vzduchu rychle ochladí a dochází k ustálenému tempu poklesu teploty (teplota roste s výškou). Během noci se intenzita a hloubka této inverze zvyšuje a dosahuje maxima mezi půlnocí a denní dobou, kdy je zemský povrch na své minimální teplotě. Během tohoto období je znečištění atmosféry účinně zachycováno uvnitř nebo pod inverzní vrstvou v důsledku malého nebo žádného vertikálního rozptylu znečištění. Je třeba poznamenat, že za stagnujících podmínek se znečišťující látky vypouštěné v blízkosti zemského povrchu nešíří do horních vrstev ovzduší a naopak emise z vysokých komínů za těchto podmínek obecně nepronikají do vrstev ovzduší nejblíže země (Církev, 1949). S postupem dne se země začíná oteplovat a inverze postupně mizí. To může vést k „fumigaci“ (Hewso n a. Gill, 1944) kvůli skutečnosti, že kontaminanty, které se během noci dostanou do horních vrstev vzduchu, se začnou rychle mísit a stékat dolů. Proto v časných odpoledních hodinách, které předcházejí plnému rozvoji turbulencí, které ukončují denní cyklus a poskytují silné míchání, se často vyskytují vysoké koncentrace látek znečišťujících ovzduší. Tento cyklus může být narušen nebo změněn přítomností oblačnosti nebo srážek, které brání silné konvekci během denních hodin, ale mohou také zabránit vzniku silných inverzí v noci.[...]
Vějířovitý paprsek (obr. 3.2, c, d) vzniká při teplotní inverzi nebo s teplotním gradientem blízkým izotermickému, který charakterizuje velmi slabé vertikální míšení. Tvorbě vějířovitého výtrysku nahrává slabý vítr, jasná obloha a sněhová pokrývka. Tento výtrysk je nejčastěji pozorován v noci.[...]
Pokud je tedy teorie elektrifikace vlivem teplotního gradientu schopna kvantitativně vysvětlit výsledky experimentů s kapkami o velikosti mraku, pak nedokáže vysvětlit výsledky experimentů s explozí velkých kapiček. Proto je nutné dát přednost teoriím Kačurina a Bekryaeva, Imjanitova a dalších, založených na myšlence separace náboje při fázových přechodech vody.[...]
Vzorec (136) nám umožňuje určit, kolikrát teplotní gradient proti vrcholu elipsy (tj. gradient podél osy X) přesahuje nejmenší gradient (podél osy Y) v blízkosti pobřeží.[...]
Teplotní gradient oceánů lze také využít k výrobě elektřiny, což je nepřímá metoda přeměny energie slunečního záření. K absorpci tepelného záření ze slunce vodou dochází převážně v povrchové vrstvě, jejíž teplota je vyšší než teplota podložních vrstev. V relativně malých hloubkách klesá teplota asi na 4°C. V tomto případě je možné využít teplotního gradientu k výrobě elektřiny v uzavřeném termodynamickém cyklu, ve kterém je pracovní tekutinou kapalina s nízkým bodem varu, např. čpavek, propan, ethan apod. Malý teplotní rozdíl mezi „horká“ (vrchní vrstva) a „studená“ (spodní vrstva) zdrojů určuje nízkou účinnost cyklu, která činí pouze 3-4% při zahřátí pracovní tekutiny o 10-12°C. Ale nedostatek nákladů na palivo, a to i při vysokých specifických kapitálových investicích do oceánských solárních tepelných elektráren (OSTES), nutí vědce a inženýry věnovat pozornost tomuto způsobu výroby elektřiny. Pracovní tekutina v parogenerátoru se zahřívá a přechází do stavu páry teplem vody z povrchové vrstvy oceánu. Takto získaná pára pracuje v turbíně a poté, co turbína zkondenzuje v kondenzátoru chlazeném studenou hlubokou vodou.[...]
Při malých průměrech potrubí a absenci výrazného teplotního gradientu napříč průřezem potrubí bude koncentrace pevných částic v mezní podvrstvě blízká jejich koncentraci v objemu. To nám umožňuje předpokládat, že množství usazenin bude přímo úměrné koncentraci rozptýlených částic v daném úseku. Se vzrůstající intenzitou ochlazování stěnou může být tato úměrnost narušena směrem k nárůstu množství usazenin v důsledku zvýšení teplotního gradientu v blízkosti stěny potrubí. Bylo prokázáno, že teplotní rozdíl na rozhraní stěna-kapalina v jamkách nepřesahuje 0,5 °C.
Nejzajímavější je horní vrstva, která již leží ve stratosféře. Teplotní gradient se tam ukázal jako negativní po celý rok] po celý rok je stratosféra nad oceánem chladnější než stratosféra nad pevninou (ve studovaných výškách - do 20 km nad mořem).[...]
V povrchové vrstvě atmosféry nad podložním povrchem ohřívaným během dne mohou být hodnoty teplotních gradientů (v přepočtu na 100 m) mnohonásobně větší než hodnoty získané v (1.46), což dává impuls k rozvoji pohybů nahoru [...]
Pokud je znečišťující látka obsažena v roztoku pórů nebo v plynné fázi v masivu, pak se za přítomnosti teplotního gradientu v různých částech masivu bude pohybovat spolu s termoosmotickým tokem kapaliny nebo plynu z oblast s vyšší teplotou na oblast s teplotou nižší. Při termoosmóze v půdách, které nejsou zcela nasyceny vodou, může dojít k pohybu vody nebo škodlivin v pórech v kapalné i plynné fázi [...].
Když jsou znečišťující látky uvolňovány vysokým potrubím (A = 100-120 m), dojde k maximálním koncentracím při normálním teplotním gradientu ve vzdálenosti 2-3 km od míst úniku a s inverzními gradienty ještě dále (tj. za zónami protržení). To však neznamená, že při vysokých emisích se snižuje role povinných (podle hygienických norem) průtržových zón. Ve všech případech je třeba mít na paměti, že průtržná zóna je především území, kde dochází k rozptylování neorganizovaných přítoků plynů a prachu.[...]
Je nemožné kvantitativně určit konkrétní příspěvek každé z pravděpodobných reakcí za podmínek neustále se měnících koncentračních a teplotních gradientů. Jakákoli okamžitá hodnota teploty a koncentrací sloučenin koexistujících v plynné fázi odpovídá stavu okamžité dynamické rovnováhy určené kombinací těchto parametrů.[...]
Tepelná vodivost půdy je chápána jako schopnost absorbovat a vést teplo z vrstvy do vrstvy ve směru opačném k tepelnému gradientu, tedy z tepla do chladu. Množství tepelné energie přenesené přes vrstvu zeminy je úměrné teplotnímu spádu a koeficientu tepelné vodivosti. Součinitel tepelné vodivosti (K) se rovná množství tepla v J proneseného za sekundu půdou o průřezu 1 cm2 (10 4 m2) s tloušťkou vrstvy 1 cm (10 2 m) a teplotním spádem při. konce vrstvy 1 °C. Rozměr koeficientu % v soustavě SI je J/(m s °C). Velikost tepelné vodivosti půdy závisí na tepelné vodivosti jejích hlavních složek (pevné a kapalné fáze).[...]
Vzhledem k tomu, že teploty vzduchu klesají s výškou, zahřívání podložního povrchu obvykle způsobuje velké teplotní gradienty v povrchové vrstvě vzduchu ve vysokých nadmořských výškách, i když rozdíl teplot půdy a vzduchu závisí na povětrnostních podmínkách. Aulicki zpracoval podrobná data měření na okraji lesa (2072 m) u Obergurglu (Rakousko) a ukázal, že existuje lineární vztah mezi průměrnými a extrémními hodnotami teploty půdy a vzduchu, když půda není zamrzlá (obr. 2.26). . V přechodných obdobích je teplota půdy nižší než teplota vzduchu v důsledku radiačního ochlazování povrchu na podzim a zpoždění tání sněhové pokrývky na jaře. V Alpách mívá půda nejchladnější teploty na podzim, když je zmrzlá, zatímco zimní sněhová pokrývka chrání půdu před mrazem.[...]
Tyto klimatické modely však mají i řadu závažných nedostatků. Vertikální struktura modelů je založena na předpokladu, že vertikální teplotní gradient je roven rovnovážnému. Jejich jednoduchost nám neumožňuje správně popsat velmi důležité atmosférické procesy, zejména tvorbu mraků a konvektivní přenos energie, což jsou ze své podstaty trojrozměrná pole. Tyto modely proto neberou v úvahu zpětný dopad změn v klimatickém systému způsobených změnami, například oblačností, na charakteristiku oblačnosti a výsledky modelování lze považovat pouze za počáteční trendy ve vývoji skutečného klimatického systému, když se změní vlastnosti atmosféry a podkladového povrchu.[... ]
Silné pobřežní větry na Cape Dennison přicházejí a odcházejí, obvykle náhle, a Ball to vysvětluje jako jev stacionárního skoku. Silný teplotní gradient mezi Cape Dennison na pobřeží a Charcot Station (69° S, 2400 m n. m.) zvyšuje hlavní gravitační proudění studeného vzduchu z Polární plošiny. Ve 2400 m je rozdíl průměrných ročních teplot na těchto dvou stanicích 17 °C, tento rozdíl vede (za předpokladu, že tento teplotní gradient je izobarický) k rozdílu hustot asi 7 %. Tepelná složka větru spojená s inverzí povrchové teploty bude pravděpodobně mít určitý význam, protože větry obvykle pokrývají vrstvu několika set metrů. Seskok je obvykle pozorován nad mořem v blízkosti pobřeží, pokud se však přesune do vnitrozemí, pak je režim silného větru (nárazové proudění) proti proudu od skoku nahrazen téměř klidnými podmínkami ve vrstvě studeného vzduchu, která se zvětšuje (srov. Obr. 3.7 6). Ball ukázal, že typické podmínky v této oblasti odpovídají přítomnosti skoku, protože Froudeho číslo je výrazně větší než jedna. Poblíž stanice Davis (68° j. š., 78° v. d.) se skoky ve stoje obvykle označují jako hradba z unášeného sněhu vysoká 30-100 m. Mezi 30. květnem a 14. listopadem 1961 bylo na Davisově stanici pozorováno nebo slyšeno (za hučení větru) 31 takových skoků. Lead poznamenává, že se obvykle objevují několik hodin po rozvinutí katabatického režimu.[...]
Změna teploty určitého objemu suchého vzduchu pohybujícího se vertikálně je konstantní a rovná se 1°/100 m Meteorologové tuto hodnotu nazývají adiabatický teplotní gradient suchého vzduchu. Přídavné jméno „adiabatický“ znamená, že nedochází k výměně tepla mezi daným objemem vzduchu a prostředím, a „suchý“ znamená, že proces probíhá bez kondenzace nebo vypařování. Pokud v pohybujícím se objemu vzduchu dochází ke kondenzaci nebo odpařování, pak se odpovídající teplotní gradient nazývá adiabatický teplotní gradient pro vlhký vzduch. Tato hodnota je menší než 1°/100 m a mění se v závislosti na teplotě a nadmořské výšce. Ve většině studií o znečištění ovzduší se však můžeme omezit na případ suchého vzduchu.[...]
Schopnost hmoty vzduchu difundovat silně závisí na vertikálním rozložení teploty. Změna teploty v atmosféře na každých 100 m výšky se nazývá teplotní gradient. Při konstantní teplotě ve všech nadmořských výškách se vertikální teplotní gradient nazývá izotermický.[...]
Terénní pozorování také ukazuje, že proud teplé vody vstupující do rybníka se šíří převážně do relativně malé hloubky, přičemž má nevýznamný vertikální teplotní gradient; Pod touto vrstvou teplota vody prudce klesá. Instalací speciálních hloubkových odběrů vody do jezírka se proudění teplé vody šíří do větší hloubky a tím i odběr chladnější vody z jezírka.[...]
Tento jev hraje významnou roli při zachycování částic z horkých plynů při průchodu studenými tryskami. V úzkých kanálech s teplotním rozdílem 50 °C lze dosáhnout teplotního gradientu 1000 K/cm. Výpočty ukazují, že by to mělo vést k depozici 98,8 % částic o velikosti 0,1 μm v obalové vrstvě hluboké 230 mm při 500 °C.[...]
Na Obr. U-10 představuje dva hypotetické případy, které lze analyzovat. Byla studována zemská kůra o tloušťce 30 km, sestávající z žuly do hloubky 10 km a čediče (zbývajících 20 km); tepelný tok povrchem byl 5,02 J/(cm2-s). Křivka A je závislost teplotního gradientu na hloubce pro případ, kdy celý tepelný tok pochází ze zdroje umístěného pod zemskou kůrou, a křivka B je pro případ, kdy tři čtvrtiny tepelného toku vznikají uvnitř kůry; tyto případy se zdají být extrémní.[...]
Oceánská energie je šetrná k životnímu prostředí. Může být použit v přílivových elektrárnách (TPP), vlnových elektrárnách (VolnES) a elektrárnách s mořským proudem (ESCT), kde se mechanická forma energie oceánu přeměňuje na elektrickou energii. Existují zařízení, která využívají přítomnosti teplotního gradientu mezi horní a spodní vrstvou Světového oceánu – tzv. hydrotermální elektrárny (HPP). Už jsme to řešili dříve.[...]
V severních oblastech pánve dosahuje tloušťka permafrostu několik set metrů. Sladké vody v nich se mění na led a mezipermafrostové solanky jsou podchlazené („kryopegy“). Nízká teplota v této zóně a pod ní podporuje přechod uhlovodíkových plynů do stavu hydrátu plynu.[...]
V úsecích řeky se silným proudem převládá v pobřežních oblastech a stojatých vodách řasa zygnema a oedogonia, pozorovány jsou pouze řasy ulothrix. Nejodolnější vůči teplotním gradientům jsou druhy Spirogyra, které v chladnějších oblastech vytlačují Oedogonium a Mougeotia. Největší podíl konjugovaných vláken zygnemy byl zaznamenán v některých pobřežních oblastech (až 100 %), kalužích a mělkých tůních. Konjugační vlákna se vyskytují až do hloubky 20 cm, což souvisí se světelným režimem. Nejčastěji se konjugují druhy rodu Spirogyra, méně častá je Mougeotia. Pozorování byla prováděna po dobu jednoho měsíce - během této doby nebyly pozorovány žádné významné změny ve flóře řas, nebyl zaznamenán prudký nárůst podílu konjugovaných vláken Zygnema.
Na základě výsledků numerického modelování pětistupňové extrakce arénů z modelové směsi - TDF 270-360 °C s vodným 1,4-dioxanem za použití studovaných technologických metod byl režim získání rafinátu s obsahem 12,4 % arénů stanoveno: poměr extraktant/surovina = 4:1 obj., obsah vody v extraktantu = 8,0 % obj., gradient extrakční teploty = 10 aC, teplota v kostce extraktoru = 40 °C; podíl recyklace rafinátu na suroviny = 0,5 hm. Při těchto parametrech procesu je výtěžnost rafinátu 69,4 % suroviny, ztráta parafin-naftenických složek s extraktem je 11,9 %.[...]
Nejdůležitějším prvkem klimatu v horských oblastech je bezesporu teplota. Ve většině horských oblastí světa se provádějí podrobná pozorování teploty a existuje mnoho statistických studií změn teploty s nadmořskou výškou. Tato variace představuje výzvu pro klimatické atlasy kvůli ostrým teplotním gradientům na krátké vzdálenosti a jejich sezónní variabilitě. Některé nedávné studie teplot v horách, jako například v a , použily regresní analýzu ke spojení teplot s nadmořskou výškou a k oddělení účinků inverzí od účinků způsobených strmostí svahu. Pielke a Mehring ve snaze upřesnit prostorové rozložení teploty pro jednu oblast v severozápadní Virginii použili lineární regresní analýzu průměrných měsíčních teplot jako funkci nadmořské výšky. Ukázali, že korelace jsou maximální (r=-0,95) v létě, jak je tomu obvykle ve středních nadmořských výškách. V zimě se nízkoúrovňové inverze přidávají k větší variabilitě a lepší odhady lze získat proložením polynomiálních funkcí nebo použitím potenciálních teplot. Pro účely tvorby topoklimatických map pro Západní Karpaty byla podobně vyvinuta řada regresních rovnic. Za tímto účelem, jak je popsáno v odstavci 2B4, se pro různé profily sklonu používají samostatné regresní rovnice. Všimněte si, že existuje jen málo pokusů popsat změny teploty v horách). pomocí nějakého obecnějšího statistického modelu.[...]
Přímé a nepřímé ztráty přírodního prostředí jsou spojeny (a lze je tedy vyjádřit) s asymetrií stavu umělého objektu. V případě postupného, neskokového vývoje ztrát dochází k obecné asymetrii, která charakterizuje přirozené trendy změn stavu objektu (návrhová poloha, potenciál napětí, teplotní gradient atd.) časový interval [...]
Vše výše uvedené nám tedy umožňuje předpokládat, že k počáteční akumulaci pevné fáze na povrchu sedimentu v obecném případě dochází v důsledku fixace nejvíce dispergované části pevné fáze z objemu ropy, přičemž tvorba krystalů přímo na povrchu je podřadného charakteru a lze ji pozorovat pouze jako zvláštní případ v přítomnosti ostrého teplotního gradientu na stěně potrubí.[...]
Podle podmínek se rozlišují dva druhy odpařování – statické a dynamické. Odpařování paliva z povrchu stacionárního vzhledem k okolí se nazývá statické. Pokud se kapalina a plynné médium vzájemně pohybují, nazýváme odpařování dynamické. Při vypařování se vždy tvoří konvektivní proudění v důsledku rozdílu molekulových hmotností a teplotního gradientu v mezní vrstvě v blízkosti odpařovacího povrchu [...].
Na křivce vypočtené pro horizont 0,25 m je naznačeno určité zdání systematických odchylek, ale je snadné vidět, že kdybychom nezadali součinitel tepelné vodivosti 5 10 3, který jsme předpokládali konstantní po celé tloušťce. led, ale koeficient 1,7-10 3, který u povrchové vrstvy zjistil Malmgren dlouhou - nepřímou - cestou, pak by byly odchylky neúměrně velké: teplotní gradient v horních vrstvách by byl mnohem větší (3x) , a proto by amplituda vypočtené křivky byla ještě mnohem menší.[...]
Revelle dospěl k závěru, že severní Atlantik – nejseverozápadnější část Tichého oceánu – a Weddellovo moře jsou hlavními oblastmi, kde se budou uvolňovat vody z hlubokých oceánů a do atmosféry vypouštět CO2. Kvantitativně charakterizoval klimatické změny pod vlivem rostoucích koncentrací CO2. Protože k tomuto efektu dojde hlavně v chladných oblastech, teplotní gradient mezi vysokými a nízkými zeměpisnými šířkami se sníží. Tento závěr je podrobněji rozebrán v článku Manabe a Weatheralda.[...]
Jak již bylo zmíněno, potřebná meteorologická data pro oblast našeho zájmu nejsou vždy k dispozici, nebo je lze použít pouze pro samostatný bod v této oblasti. Vyžaduje se tedy alespoň kvalitativní stanovení prostorových fluktuací příslušných meteorologických faktorů. Často je možné určit míru odchylky proudění větru (ve směru a rychlosti) a změny teplotního gradientu při přechodu na jiné území a použít tak dostupná data k charakterizaci další oblasti, která nás zajímá. . Složitější je otázka vztahu mezi délkou trvání meteorologických měření a délkou odběru vzorků ke stanovení koncentrace znečištění atmosféry. Různé pracovní vzorce pro výpočet difúzních měření obvykle spoléhají na krátkodobé odběry vzorků ke stanovení koncentrace kontaminantů ve vzduchu. Jak se délka tohoto období prodlužuje na hodiny, dny nebo dokonce měsíce, difúzní koeficienty již neodpovídají skutečnosti, což vyžaduje příslušné korekce (Smith, 1955). Na druhou stranu pro tato dlouhá období mohou stačit jednoduché průměrné hodnoty větru a stability, pokud se zohlední pouze kolísání směrů větru a denní změny studovaných parametrů.[...]
Součinitel turbulentní difúze Ktf se široce mění v závislosti na podmínkách stability. Největší hodnoty má v nestabilní atmosféře a vznik inverzí, které brání rozvoji turbulentního proudění, vede k jeho poklesu. Vliv tepelných podmínek na turbulentní transport lze vysledovat pomocí hodnoty Küf v troposféře a stratosféře: je-li v celé tloušťce troposféry s negativním teplotním gradientem (-6,5 K/km) přibližně 105 cm2/s, pak ve středních vrstvách stratosféry s kladným gradientem klesá 20x.[...]
Když přejdeme k mikrovlnnému rozsahu rádiových emisí, je třeba poznamenat, že mezi bioefekty je v tomto případě dobře znám tepelný účinek mikrovln, spojený se zvýšením teploty ozařované tkáně. Díky tepelnému účinku jsou decimetrové a centimetrové vlny střední a vysoké intenzity široce využívány ve fyzioterapii k léčbě mnoha nemocí včetně rakoviny a kardiovaskulárních onemocnění. Myšlenkou léčby je vytvořit teplotní gradienty v různých orgánech těla a změnit tak podmínky fungování postiženého orgánu.[...]
Hodnota periody T vlastních kmitů soustavy, zjištěná Osmolovskou, umožňuje odhadnout řádově m], která se objevila v teoretickém vzorci (236). Dosadíme do ní celkem věrohodnou hodnotu 0 = 3-4°, dále hodnoty p = 2,5 108 cm (jak je naznačeno výše), P = 1,6 103 a T = 8 dní (samozřejmě s rozebráním na sekundy). Pak se ukazuje, že přibližně r x 0,1, tedy přibližně jen 1/10 množství tepla dodatečně přiváděného proudy vzduchu jde na změnu teplotního gradientu v monzunové vrstvě a s tím spojenou změnu tlaků a rychlostí v oscilačním systému. Samozřejmě, že tato hodnota g by měla být prozatím považována pouze za přibližnou, udávající pouze řád „koeficientu využití“ energie přinášené toky v oblasti termobarických seiches: jakékoli přesné řešení bude možné pouze po nalezení integrálu úplného rovnice (223), přičemž se bere v úvahu účinek Coriolisovy síly na základě (227).[...]
Nyní lze koncentraci nebo průtok stopové složky výrazně zvýšit, od 10 do několika setkrát, za předpokladu, že lze optimalizovat velikost systému a jeho provozní podmínky. Požadované rozměry pro stopovou analýzu jsou minimální možné rozměry; Pokud jde o sloučeniny z hlediska separace a spotřeby mobilní fáze, mělo by být dosaženo nejlepších podmínek pro obohacení, spíše než optimalizace podmínek separace. Eluce v rámci optimalizovaného teplotního gradientu má za následek soustředěná místa pro látky a zabraňuje ředění difúzí.[...]
Dále byl studován vliv obsahu vody v extraktantu při poměrech extraktant/surovina od 3:1 do 4:1 obj. na výsledcích pětistupňové extrakce arénů ze vstupního modelu TDF 270-360 °C západosibiřské ropy. Bylo zjištěno, že výroba rafinátu s celkovým obsahem arén 10 % je zajištěna při poměru extrageát/surovina = 4:1 obj. a obsah vody v extrakčním prostředku je 8,0 % obj. V tomto případě je výtěžnost rafinátu % původní suroviny, ztráta papafinonaftenických složek extraktem je 19,6 %. Zvýšení výtěžnosti rafinátu při zachování kvality AO a snížení ztráty cílových složek s extraktem je možné použitím speciálních technologických metod: vytvořením teplotního gradientu extrakce (rozdíl teplot horní a spodní části extraktoru) , recirkulující část extraktu nebo rafinátu. Studie vlivu teplotního gradientu na výsledky extrakce ukázala, že pro vytvoření vnitřní recyklace v extraktoru je nutné udržovat extrakční teplotní gradient na úrovni nepřesahující 10 °C, protože jeho nárůst, i když vede ke snížení obsahu arénů v rafinátu, současně snižuje výtěžnost rafinátu.[ ...]
Délka procesu oxidace na bitumen je jedním z úzkých míst výroby. Pro oxidaci dehtu na bitumen byly navrženy následující katalyzátory: vyčerpaný katalyzátor pro polymeraci ropných plynů obsahujících olefin - fosfor na křemelině, kyselina ortofosforečná. Oxidační proces dehtů lze zintenzivnit: změnou rozpouštěcí schopnosti dispergovaného média; změnou hloubky výběru frakcí destilátu při přípravě surovin; tepelné zhutňování surovin; recyklace produktů v reakčním zařízení; přidávání účinných komplexotvorných činidel do surovin; regulace teploty. Kromě toho lze intenzifikaci procesu provádět vytvářením lokálních teplotních gradientů v reakčním objemu v důsledku přívodu chlazených nebo přehřátých toků produktu, umístění chlazených (nebo na vyšší teploty ohřátých) povrchů v reaktoru, popř. přítomnost adsorpčních povrchů (kovy nebo oxidy kovů) v reaktoru.[ ...]
Yoshino identifikoval čtyři synoptické typy distribuce tlaku, které způsobují bóru. V zimě je většinou spojován s cyklónou nad Středozemním mořem nebo tlakovou výše nad Evropou. V létě se cyklonální systémy vyskytují méně často a tlaková výše se může nacházet dále na západ. V každém systému by měl být gradientní vítr od východu k severovýchodu. Pro rozvoj a zachování bóry je současně zapotřebí vhodný tlakový gradient, stagnace studeného vzduchu východně od hor a jeho proudění horami, přeměňující potenciální energii na energii kinetickou. Bora se nejlépe rozvíjí tam, kde jsou Dinárské hory úzké a blízko pobřeží, jako například ve Splitu. To zvyšuje teplotní gradient mezi pobřežními a vnitrozemskými částmi země a zvyšuje účinek sestupných větrů. Dinárské pohoří má nadmořskou výšku přes 1000 m a nízké průsmyky, jako je Xin, také podporují místní zesílení bóry. Ve dnech, kdy je bóra, se inverzní vrstva obvykle nachází mezi 1500-2000 m na návětrné straně hor a na stejné nebo nižší úrovni na závětrné straně.[...]
Rozptyl látek znečišťujících ovzduší obecně souvisí se dvěma hlavními charakteristikami atmosférické cirkulace: průměrnou rychlostí větru a atmosférickou turbulencí. Atmosférické turbulence nejsou dosud dostatečně prozkoumány. Turbulence v atmosféře obvykle zahrnuje výkyvy větru, které mají frekvenci více než 2 cykly/hod. Důležitější fluktuace mají frekvence od 1 do 0,01 cyklu/s. Atmosférická turbulence je výsledkem dvou procesů: a) zahřívání atmosféry, které má za následek vznik přirozených konvekčních proudů (dp/dz), a b) „mechanické“ turbulence, které je výsledkem střihu větru du/dz) . Ačkoli oba efekty typicky nastávají za jakýchkoli daných atmosférických podmínek, obvykle převládají mechanické nebo tepelné (konvektivní) turbulence. K tepelným vírům dochází častěji za slunečných dnů, kdy je rychlost větru nízká a teplotní gradient výrazně negativní. Perioda takových cyklických výkyvů se bude pohybovat v řádu minut. Na druhou stranu mechanické víry převládají v obdobích indiferentní stability za větrných nocí a kolísání větru je v tomto případě v řádu sekund. Mechanická turbulence vzniká pohybem vzduchu nad zemským povrchem a je ovlivněna rozmístěním budov a relativní drsností terénu.
Při různých teplotách v různých částech těla dochází k samovolnému procesu přenosu tepla z oblastí s vyšší teplotou do oblastí s teplotou nižší. Výskyt procesu je způsoben vlastností zvanou tepelná vodivost. K přenosu energie dochází v důsledku energetických interakcí mezi molekulami, atomy a elektrony. Proces tepelné vodivosti je spojen s rozložením teploty uvnitř těla, a proto je nutné stanovit pojmy teplotní pole a teplotní gradient.
Teplota charakterizuje tepelný stav těla, určuje stupeň jeho zahřátí. A pokud v těle dochází k procesu tepelné vodivosti, pak je teplota jeho různých částí odlišná. Soubor teplotních hodnot pro všechny body těla v daném čase se nazývá teplotní pole.
Rovnice teplotního pole má tvar:
t = f (x, y, z, t), (12,1)
kde t je tělesná teplota v bodě;
x, y, z — souřadnice bodu;
t — čas.
Pokud se teplota s časem mění, nazývá se takové teplotní pole nestacionární, odpovídá nestacionárnímu, nestacionárnímu procesu vedení tepla, a pokud se teplota s časem nemění, je teplotní pole stacionární a vedení tepla proces je stacionární (ustálený).
Teplota může být funkcí jedné, dvou nebo tří souřadnic. Podle toho se teplotní pole nazývá jedno-, dvou- nebo trojrozměrné. Jednorozměrné pole má nejjednodušší tvar rovnice t = f(x). Například při stacionárním procesu vedení tepla plochou stěnou.
Pro jakékoli teplotní pole existují v těle body se stejnou teplotou. Geometrické umístění bodů se stejnou teplotou tvoří izotermickou plochu. V jednom bodě prostoru nemohou být dvě různé teploty, a proto se izotermické povrchy nedotýkají ani neprotínají. Buď končí na hranicích tělesa, nebo tvoří uzavřený obrys (jako např. u válcového tělesa).
Teplotní změny v tělese jsou pozorovány pouze ve směrech protínajících izotermické povrchy. V tomto případě je nejdramatičtější změna teploty pozorována ve směru kolmém k izotermickým povrchům. Hranice poměru změny teploty (Dt) k minimální vzdálenosti mezi těmito izotermami (Dn), za předpokladu, že tato vzdálenost směřuje k nule, se nazývá teplotní gradient.
Deg/m, (12,2)
Teplotní gradient ukazuje intenzitu teplotní změny, je to vektor směřující k rostoucí teplotě.