Definicja gradientu pola temperatury. Gradient temperatury
Jeśli połączymy punkty ciała o tej samej temperaturze, otrzymamy powierzchnię o jednakowych temperaturach, zwaną izotermiczną. Zatem powierzchnia izotermiczna to geometryczne położenie punktów w polu temperatury, które mają tę samą temperaturę.
Ponieważ jeden i ten sam punkt ciała nie może mieć jednocześnie różnych temperatur, powierzchnie izotermiczne nie przecinają się. Kończą się na powierzchni ciała lub znajdują się całkowicie w samym ciele.
Przecięcie powierzchni izotermicznych z płaszczyzną daje rodzinę izoterm na tej płaszczyźnie. Mają te same właściwości, co powierzchnie izotermiczne, tj. nie przecinają się, nie odrywają się wewnątrz korpusu, nie kończą na powierzchni lub znajdują się całkowicie wewnątrz samego korpusu.
Rysunek 1.1 – Izotermy
Rysunek 1.1 pokazuje izotermy, których temperatury różnią się o T.
Temperatura w ciele zmienia się tylko w kierunkach przecinających powierzchnie izotermiczne. W tym przypadku największa różnica temperatur na jednostkę długości występuje w kierunku normalnej do powierzchni izotermicznej.
Wzrost temperatury w kierunku powierzchni normalnej do izotermicznej charakteryzuje się gradientem temperatury.
Gradient temperatury jest wektorem skierowanym prostopadle do powierzchni izotermicznej w kierunku wzrostu temperatury i liczbowo równym pochodnej temperatury w tym kierunku, tj.
stopień t = , (1.6)
gdzie n o jest wektorem jednostkowym normalnym do powierzchni izotermicznej i skierowanym w stronę rosnącej temperatury; dt/dn - temperatura pochodna względem normalnego n.
Ilość skalarna gradient temperatury dt/dn to nie to samo różne punkty powierzchnia izotermiczna. Jest większa tam, gdzie jest dystans
pomiędzy powierzchniami izotermicznymi jest mniejsza. Wartość skalarną gradientu temperatury dt/dn będziemy również nazywać gradient temperatury.
Wartość dt/dn w kierunku malejącej temperatury jest ujemna.
Rzuty wektora grad t na osie współrzędnych Ox, Oy, Oz będą równe:
(stopień t) x =
(stopień t)y =
(1-7)
(stopień t) z =
Wykład 3
Temat: PODSTAWOWE ZAŁOŻENIA BADAŃ DOTYCZĄCYCH PRZEWODNOŚCI CIEPLNEJ
Konspekt wykładu
1.4 Przepływ ciepła. Prawo Fouriera
1,5 Współczynnik przewodności cieplnej
1.4 Przepływ ciepła. Prawo Fouriera
Warunkiem koniecznym propagacji ciepła jest nierównomierny rozkład temperatury w rozpatrywanym ośrodku. Zatem do przekazywania ciepła poprzez przewodność cieplną konieczne jest, aby gradient temperatury był niezerowy w różnych punktach ciała.
Zgodnie z hipotezą Fouriera ilość ciepła dQ, J przechodząca przez element o powierzchni izotermicznej dF w czasie d , proporcjonalnie do gradientu temperatury dt/dn.
. (1.8)
Ustalono doświadczalnie, że współczynnik proporcjonalności w równaniu (1.8) jest parametrem fizycznym substancji. Charakteryzuje zdolność substancji do przewodzenia ciepła i nazywa się ją współczynnik przewodności cieplnej.
Ilość ciepła przechodzącego przez jednostkę czasu na jednostkę
powierzchnia izotermiczna
,W/m2, tzw gęstość przepływu ciepła. Gęstość Przepływ ciepła jest wektorem zdefiniowanym przez relację
. (1.9)
Wektor gęstości strumienia ciepła q jest skierowany prostopadle do powierzchni izotermicznej. Jego dodatni kierunek pokrywa się z kierunkiem spadku temperatury, ponieważ ciepło zawsze przekazywane jest z cieplejszych części ciała do zimnych. Zatem wektory q i grad t leżą na tej samej prostej, ale są skierowane w przeciwne strony. Wyjaśnia to obecność znaku minus po prawej stronie równań (1.9) i (1.8).
Linie, których styczne pokrywają się z kierunkiem wektora
q są nazywane linie przepływu ciepła. Linie przepływu ciepła są prostopadłe do powierzchni izotermicznych (rysunek 1.2).
Rysunek 1.2 – Izotermy i linie przepływu ciepła
Wartość skalarna wektora gęstości strumienia ciepła q, W/m 2, będzie równa:
, (1.10)
Liczne eksperymenty potwierdziły słuszność hipotezy Fouriera. Dlatego równanie (1.8), a także równanie (1.9) jest matematyczną reprezentacją podstawowego prawa przewodnictwa cieplnego, które jest utworzone w następujący sposób: Gęstość strumienia ciepła jest proporcjonalna do gradientu temperatury.
Nazywa się ilość ciepła przechodzącą w jednostce czasu przez powierzchnię izotermiczną F Przepływ ciepła. Jeżeli gradient temperatury w różnych punktach powierzchni izotermicznej jest inny, wówczas ilość ciepła, która przejdzie przez całą powierzchnię izotermiczną w jednostce czasu, oblicza się jako
, (1.11)
gdzie dF jest elementem powierzchni izotermicznej. Wartość Q mierzy się w watach.
Całkowita ilość ciepła Q, J, która przeszła przez powierzchnię izotermiczną F w czasie t jest równa:
,
(1.12)
Z powyższego wynika, że aby określić ilość ciepła przechodzącą przez dowolną powierzchnię ciała stałego, konieczna jest znajomość pola temperatury wewnątrz danego ciała. Odkrycie pole temperatury i jest głównym zadaniem analitycznej teorii przewodności cieplnej.
PODSTAWY TEORETYCZNE INŻYNIERII CIEPLNEJ. TRANSFER CIEPŁA
Instruktaż
Togliatti 2010
Podstawy teoretyczne ciepłownictwa. Transfer ciepła: podręcznik. –: Wydawnictwo, 2010. – 118 s.
W podręczniku przedstawiono teorię głównych działów dyscypliny. Podkreślono najważniejsze przepisy, prawa i metody obliczeń termotechnicznych. Do każdego tematu dołączone są pytania i zadania sprawdzające wiedzę, przykłady rozwiązań problemów. W załączniku znajduje się materiał referencyjny.
Podręcznik został przygotowany w Katedrze Ciepłowni Teoretycznej i Przemysłowej, odpowiada programowi dyscypliny i jest przeznaczony dla studentów specjalności 100700 „Ciepłownie przemysłowe” i 100500 „Elektrownie cieplne” Instytutu Kształcenia na Odległość.
Recenzenci:
Yu.V. Widin – głowa dział podstawy teoretyczne inżynieria cieplna Politechniki w Krasnojarsku, profesor, kandydat nauk technicznych;
S.V. Goldaev – senior Badacz badania
Instytut Matematyki Stosowanej i Mechaniki Tomskiego Uniwersytetu Państwowego, kandydat nauk technicznych.
WSTĘP
Przyspieszenie postępu naukowo-technicznego wiąże się z pełnym zaspokojeniem zapotrzebowania kraju na surowce paliwowo-energetyczne. Wraz ze wzrostem wydobycia paliw i produkcji energii problem ten rozwiązuje się poprzez wdrażanie aktywnej polityki oszczędzania energii we wszystkich sektorach Gospodarka narodowa. Większość nowoczesna produkcja towarzyszą termiczne procesy technologiczne, których prawidłowe wykonanie decyduje o produktywności i jakości wyrobów. W związku z tym, a także problemami tworzenia technologii bezodpadowych i ochrony środowiska, znacznie wzrosła rola inżynierii cieplnej jako nauki, której podstawą teoretyczną jest termodynamika i wymiana ciepła.
Przenikanie ciepła bada prawa wymiany ciepła. Badania pokazują, że wymiana ciepła jest procesem złożonym. Podczas badania proces ten dzieli się na proste zjawiska. Celem kursu jest nauka prostych i złożone procesy transfer ciepła do różne środowiska.
PODSTAWOWE POJĘCIA I DEFINICJE
Metody wymiany ciepła
Ciepło jest samorzutnie przenoszone z ciał o większej liczbie wysoka temperatura do ciał o niższej temperaturze. W przypadku braku różnicy temperatur, wymiana ciepła zatrzymuje się i następuje równowaga termiczna.
Istnieją trzy metody wymiany ciepła: przewodność cieplna, konwekcja i promieniowanie cieplne .
Przewodność cieplna – przenoszenie ciepła w wyniku kontaktu ciał z cząsteczkami ciała. Przewodnictwo cieplne przenosi ciepło przez ciała stałe, ciecze i gazy.
Konwekcja– ruch masy cieczy lub gazu z ośrodka o jednej temperaturze do ośrodka o innej temperaturze. Jeśli ruch jest spowodowany różnicą gęstości ogrzanych i zimnych cząstek, tak jest Naturalna konwekcja, jeśli różnica ciśnień wynosi wymuszona konwekcja. Przez konwekcję ciepło jest przenoszone w cieczach i gazach.
Promieniowanie cieplne– proces oddawania ciepła od ciała promieniującego za pomocą fale elektromagnetyczne. Jest to określane przez temperaturę i właściwości optyczne ciało promieniujące ( ciała stałe, gazy trój- i wieloatomowe).
W ciałach stałych ciepło jest przenoszone wyłącznie poprzez przewodność cieplną. Tylko poprzez promieniowanie ciepło przekazywane jest pomiędzy ciałami znajdującymi się w próżni. Konwekcji nie można oddzielić od przewodzenia ciepła.
Nazywa się łączne przekazywanie ciepła na drodze konwekcji i przewodzenia konwekcyjny transfer ciepła.
Nazywa się konwekcyjną wymianą ciepła pomiędzy powierzchnią a otaczającym ośrodkiem przenikanie ciepła .
Nazywa się przenoszenie ciepła jednocześnie na dwa lub trzy sposoby złożona wymiana ciepła .
Nazywa się przenoszeniem ciepła z jednego ośrodka do drugiego przez oddzielającą je ścianę przenikanie ciepła .
Pole temperatury. Gradient temperatury. Przepływ ciepła
Pole temperatury ciało lub układ ciał to zbiór chwilowych wartości temperatury we wszystkich punktach rozważanej przestrzeni. W ogólnym przypadku równanie pola temperatury ma postać
Temperatura może być funkcją jednej, dwóch lub trzech współrzędnych; Odpowiednio pole temperatury będzie jeden-, dwa- I trójwymiarowy. Najprostszą formą jest równanie jednowymiarowego stacjonarnego pola temperatury: t = f(x).
Powierzchnię łączącą punkty ciała o tej samej temperaturze nazywa się izotermiczny. Powierzchnie izotermiczne nie przecinają się, zamykają się lub kończą na granicy ciała. Przecięcie powierzchni izotermicznych z płaszczyzną daje na niej rodzinę izoterm: T,t - D t,
t + D t(ryc. 1.1).
Nazywa się kierunek, w którym odległość między powierzchniami izotermicznymi jest minimalna normalna (N) na powierzchnię izotermiczną.
Nazywa się pochodną temperatury normalnej do powierzchni izotermicznej gradient temperatury
. | (1.2) |
Gradient temperatury jest wektorem skierowanym prostopadle do izotermy w kierunku wzrostu temperatury.
Całkowity ciepło przenoszone podczas wymiany ciepła przez izotermiczną powierzchnię obszaru F po raz T,oznaczać Qt, J.
Ilość ciepła przenoszonego przez izotermiczną powierzchnię obszaru F na jednostkę czasu nazywa się strumień ciepła Q, wt.
Nazywa się strumień ciepła przenoszony przez powierzchnię jednostkową gęstość strumienia ciepła
Wektor gęstości strumienia ciepła jest skierowany prostopadle do powierzchni izotermicznej w kierunku malejącej temperatury (rys. 1.1).
Gradient temperatury w atmosferze może się znacznie różnić. Średnio wynosi 0,6°/100 m. Ale w tropikalna pustynia przy powierzchni ziemi może osiągnąć 20°/100 m. Przy inwersji temperatury temperatura rośnie wraz z wysokością i gradient temperatury staje się ujemny, czyli może wynosić np. -0,6°/100 m. Jeżeli temperatura powietrza jest taka sama na wszystkich wysokościach, wówczas gradient temperatury wynosi zero. W tym przypadku mówi się, że atmosfera jest izotermiczna. [...]
Gdy gradient temperatury otoczenia jest w przybliżeniu równy suchemu adiabatycznemu gradientowi pionowemu (ryc. 3.8, b), stabilność atmosfery nazywa się obojętną. Dowolna objętość powietrza, która z jakiegokolwiek powodu szybko przemieszcza się w górę lub w dół, będzie miała tę samą temperaturę powietrze otoczenia na nowej wysokości. W rezultacie nie ma zachęty do dalszego ruchu pionowego ze względu na różnice temperatur, a objętość danego powietrza pozostanie na tym samym miejscu. Jeśli gradient temperatury otaczającego powietrza jest mniejszy niż pionowy gradient suchego adiabatycznego, wówczas atmosferę nazywa się adiabatyczną. Używając argumentów podobnych do przypadku superadiabatycznego, można wykazać, że atmosfera subadiabatyczna jest stabilna. Oznacza to, że każda niewielka objętość powietrza nieoczekiwanie przemieszczona w kierunku pionowym będzie miała tendencję do powrotu do swojego pierwotnego położenia. Na przykład objętość powietrza przeniesiona z pozycji L do B na ryc. 3.8,6, będzie miał większą gęstość niż otaczające powietrze w punkcie B. W związku z tym ma tendencję do powrotu do swojej pierwotnej wysokości.[...]
PIONOWY SPADEK TEMPERATURY. Zobacz pionowy gradient temperatury. [...]
Normalny lub standardowy gradient temperatury, zgodnie z umową międzynarodową, wynosi zatem 0,66 °C/100 m lub 3,6 T/100 stóp. Profil temperatury atmosfery standardowej w porównaniu z profilem temperatury adiabatycznej suchej pokazano na rys. 3.7.[...]
Przedstawione zostanie wzbogacanie w ramach danego gradientu temperatury wzdłuż przepływu substancji wewnątrz urządzenia wzbogacającego najlepszym rozwiązaniem pytanie, ponieważ związki przeznaczone do wzbogacenia mogą akumulować się na fazie stacjonarnej, która jest fazą najlepiej wzbogaconą i nie będzie powodować trudności w zakresie warunków późniejszego rozdzielania. Z kolei związki wzbogacone mogą akumulować się w odrębnych obszarach w ramach danego gradientu temperatury, a każdy związek będzie zajmował najbardziej korzystne termodynamicznie miejsce, tj. następuje efekt skupienia, dzięki czemu wzbogacanie staje się jeszcze bardziej skuteczne.[...]
Typowy dobowy cykl zmian gradientu temperatury na otwartej przestrzeni w bezchmurny dzień rozpoczyna się od powstania niestabilnego tempa spadku temperatury, nasilanego w ciągu dnia pod wpływem intensywnego promieniowania cieplnego słońca, co prowadzi do wystąpienia poważne turbulencje. Tuż przed lub krótko po zachodzie słońca, powierzchniowa warstwa powietrza szybko się ochładza i następuje stały spadek temperatury (temperatura rośnie wraz z wysokością). W nocy intensywność i głębokość tej inwersji wzrasta, osiągając maksimum między północą a porą dnia, kiedy powierzchnia ziemi minimalna temperatura. W tym okresie zanieczyszczenia atmosferyczne są skutecznie wychwytywane w warstwie inwersyjnej lub pod nią z powodu niewielkiego lub żadnego pionowego rozproszenia zanieczyszczeń. Należy zauważyć, że w warunkach stagnacja, zanieczyszczenia odprowadzane przy powierzchni ziemi nie przedostają się w tych warunkach do górnych warstw powietrza, a wręcz przeciwnie, emisje z wysokich rur przez większą część nie przenikają do warstw powietrza znajdujących się najbliżej ziemi (Kościół, 1949). W miarę upływu dnia ziemia zaczyna się nagrzewać, a inwersja stopniowo zanika. Może to prowadzić do „fumigacji” (Hewson na. Gill, 1944), gdyż zanieczyszczenia przedostające się nocą do górnych warstw powietrza zaczynają szybko się mieszać i spływać. Dlatego też we wczesnych godzinach popołudniowych, poprzedzających pełny rozwój turbulencji, która kończy cykl dobowy i zapewnia silne mieszanie, często występują wysokie stężenia substancji zanieczyszczających atmosferę. Cykl ten może zostać zakłócony lub zmieniony przez obecność chmur lub opadów, które uniemożliwiają silną konwekcję w ciągu dnia, ale mogą również zapobiegać występowaniu silnych inwersji w nocy.[...]
Strumień wachlarzowy (ryc. 3.2, c, d) powstaje podczas inwersji temperatury lub przy gradiencie temperatury zbliżonym do izotermicznego, co charakteryzuje się bardzo słabym mieszaniem pionowym. Tworzeniu strumienia wachlarzowego sprzyja słaby wiatr, czyste niebo i pokrywa śnieżna. Dżet ten najczęściej obserwuje się nocą.[...]
Jeśli zatem teoria elektryfikacji pod wpływem gradientu temperatury jest w stanie ilościowo wyjaśnić wyniki eksperymentów z kropelkami wielkości chmury, to nie jest w stanie wyjaśnić wyników eksperymentów z eksplozją dużych kropel. Dlatego konieczne jest preferowanie teorii Kaczurina i Bekryajewa, Imianitowa i innych, opartych na idei rozdziału ładunków podczas przejść fazowych wody. […]
Wzór (136) pozwala nam wyznaczyć, ile razy gradient temperatury względem szczytu elipsy (czyli gradient wzdłuż osi X) przekracza najmniejszy gradient (wzdłuż osi Y) w pobliżu wybrzeża.[...]
Gradient temperatury oceanów można również wykorzystać do wytwarzania energii elektrycznej metoda pośrednia konwersja energii Promieniowanie słoneczne. Wchłanianie promieniowanie cieplne Absorpcja wody ze słońca następuje głównie w warstwie powierzchniowej, której temperatura jest wyższa niż w warstwach leżących poniżej. Na stosunkowo małych głębokościach temperatura spada do około 4°C. W tym przypadku możliwe jest wykorzystanie gradientu temperatury do wytworzenia energii elektrycznej w zamkniętym cyklu termodynamicznym, w którym czynnikiem roboczym jest ciecz o niskiej temperaturze wrzenia, np. amoniak, propan, etan itp. Niewielka różnica temperatur pomiędzy „gorąca” (warstwa górna) i „zimna” (warstwa dolna) źródeł decyduje o niskiej sprawności cyklu, wynoszącej zaledwie 3-4% przy podgrzaniu płynu roboczego o 10-12°C. Jednak brak kosztów paliwa, nawet przy wysokich inwestycjach kapitałowych w oceaniczne elektrownie słoneczne (OSTES), zmusza naukowców i inżynierów do zwrócenia uwagi na tę metodę wytwarzania energii elektrycznej. Płyn roboczy w wytwornicy pary jest podgrzewany i przechodzi w stan pary pod wpływem ciepła wody z powierzchniowej warstwy oceanu. Otrzymana w ten sposób para pracuje w turbinie, a po jej skropleniu w skraplaczu chłodzonym na zimno głęboka woda.[ ...]
Przy małych średnicach rur i braku znacznego gradientu temperatury w przekroju rury stężenie cząstek stałych w podwarstwie granicznej będzie bliskie ich stężeniu objętościowemu. Pozwala to założyć, że ilość osadów będzie wprost proporcjonalna do stężenia cząstek rozproszonych w danym przekroju. Wraz ze wzrostem intensywności chłodzenia przez ściankę proporcjonalność ta może zostać naruszona w kierunku wzrostu ilości osadów w wyniku wzrostu gradientu temperatury w pobliżu ścianki rury. Wykazano, że różnica temperatur na granicy faz ściana-ciecz w odwiertach nie przekracza 0,5°C.
Najciekawsza jest górna warstwa, która leży już w stratosferze. Gradient temperatury okazał się tam ujemny cały rok] przez cały rok stratosfera nad oceanem jest zimniejsza niż stratosfera nad lądem (na badanych wysokościach - do 20 km n.p.m.).[...]
W powierzchniowej warstwie atmosfery nad powierzchnią gruntową ogrzewaną w ciągu dnia wartości gradientów temperatury (w przeliczeniu na 100 m) mogą być wielokrotnie większe niż te uzyskane w (1.46), co daje impuls do rozwoju ruchy w górę.[ ...]
Jeżeli w masywie substancja zanieczyszczająca występuje w roztworze porowym lub w fazie gazowo-parowej, to w obecności gradientu temperatury w różne części będzie przemieszczać się wraz z termoosmotycznym przepływem cieczy lub gazu z obszaru o wyższej temperaturze do obszaru o niższej temperaturze. W przypadku termoosmozy w glebach, które nie są całkowicie nasycone wodą, ruch wody lub substancji zanieczyszczającej w porach może zachodzić zarówno w fazie ciekłej, jak i gazowej. [...]
W przypadku uwolnienia substancji zanieczyszczających wysokimi rurami (A = 100-120 m) maksymalne stężenia wystąpią przy normalnym gradiencie temperatury w odległości 2-3 km od miejsc uwolnienia, a przy gradientach inwersji jeszcze dalej (tj. w większości przypadków , poza strefami pęknięcia). Nie oznacza to jednak, że przy wysokich emisjach zmniejsza się rola obowiązkowych (zgodnie z normami sanitarnymi) stref pęknięcia. We wszystkich przypadkach należy pamiętać, że strefa pęknięcia to przede wszystkim obszar, na którym następuje rozprzestrzenianie się niezorganizowanych napływów gazów i pyłów.[...]
Niemożliwe jest ilościowe określenie specyficznego udziału każdej z prawdopodobnych reakcji w warunkach stale zmieniających się gradientów stężeń i temperatury. Każda chwilowa wartość temperatury i stężeń związków występujących w fazie gazowej odpowiada stanowi chwilowej równowagi dynamicznej określonej kombinacją tych parametrów.[...]
Przez przewodność cieplną gruntu rozumie się zdolność pochłaniania i przewodzenia ciepła z warstwy na warstwę w kierunku przeciwnym do gradientu termicznego, czyli od gorąca do zimnej. Ilość energii cieplnej przekazywanej przez warstwę gleby jest proporcjonalna do gradientu temperatury i współczynnika przewodności cieplnej. Współczynnik przewodności cieplnej (K) jest równy ilości ciepła w J przepuszczanej na sekundę przez glebę o przekroju 1 cm2 (10 4 m2) przy grubości warstwy 1 cm (10 2 m) i gradiencie temperatury w końce warstwy 1°C. Wymiar współczynnika % w układzie SI wynosi J/(m s °C). Wielkość przewodności cieplnej gleby zależy od przewodności cieplnej jej głównych składników (fazy stałej i fazy ciekłej).[...]
Ponieważ temperatura powietrza spada wraz z wysokością, nagrzewanie się podłoża zwykle powoduje duże gradienty temperatury w powierzchniowej warstwie powietrza na dużych wysokościach, chociaż różnica temperatur gleba-powietrze zależy od warunki pogodowe. Aulitsky przetworzył szczegółowe dane pomiarowe na skraju lasu (2072 m) w pobliżu Obergurgl (Austria) i wykazał, że istnieje zależność liniowa pomiędzy średnimi i ekstremalnymi wartościami temperatur gleby i powietrza, gdy gleba jest niezamarznięta (ryc. 2.26). W sezony przejściowe temperatura gleby jest niższa od temperatury powietrza na skutek radiacyjnego chłodzenia powierzchni jesienią i opóźnionego odśnieżania wiosną. W Alpach najniższa temperatura gleby występuje zazwyczaj jesienią, gdy jest zamarznięta, podczas gdy zimowa pokrywa śnieżna chroni glebę przed zamarzaniem.[...]
Jednakże te modele klimatyczne mają również szereg poważnych niedociągnięć. Pionowa struktura modeli opiera się na założeniu, że pionowy gradient temperatury jest równy równowagowemu. Ich prostota nie pozwala poprawnie opisać bardzo ważnych procesów atmosferycznych, w szczególności powstawania chmur i konwekcyjnego przenoszenia energii, które ze swej natury są polami trójwymiarowymi. Dlatego modele te nie uwzględniają odwrotnego wpływu zmian w systemie klimatycznym wywołanych np. zmianami zachmurzenia na charakterystykę tego ostatniego, a wyniki modelowania można traktować jedynie jako wstępne tendencje w ewolucji prawdziwego systemu klimatycznego ze zmianami właściwości atmosfery i powierzchni pod nią.[...]
Silne wiatry od brzegu w Cape Dennison przychodzą i odchodzą, zwykle nagle, a Ball wyjaśnia to jako zjawisko stacjonarnego skoku. Silny gradient temperatury między przylądkiem Dennison na wybrzeżu a stacją Charcot (69° S, 2400 m n.p.m.) wzmacnia główny przepływ grawitacyjny zimnego powietrza z Płaskowyżu Polarnego. Na wysokości 2400 m różnica między średnimi rocznymi temperaturami na tych dwóch stacjach wynosi 17°C, różnica ta prowadzi (zakładając, że gradient temperatury jest izobaryczny) do różnicy gęstości wynoszącej około 7%. Część wiatr termiczny, związany z inwersją temperatury powierzchni, również będzie miał pewne znaczenie, ponieważ wiatry zazwyczaj rozciągają się na warstwie kilkusetmetrowej. Skok zwykle obserwuje się nad morzem w pobliżu wybrzeża, ale jeśli porusza się w głąb lądu, to jest to tryb silne wiatry(porwisty przepływ) powyżej skoczni ustępują prawie spokojnym warunkom w warstwie zimnego powietrza, którego grubość wzrasta (por. ryc. 3.7-6). Ball wykazał, że typowe warunki w tym obszarze odpowiadają występowaniu skoku, ponieważ liczba Froude'a jest znacznie większa niż jeden. W pobliżu stacji Davis (68°S, 78°E) skoki z miejsca są zwykle odnotowywane jako ściana dryfującego śniegu o wysokości 30-100 m. Między 30 maja a 14 listopada 1961 roku na stacji Davis zaobserwowano lub usłyszano (przy huku wiatru) 31 takich skoków. Lead zauważa, że pojawiają się one zwykle kilka godzin po rozwinięciu się reżimu katabatycznego.[...]
Zmiana temperatury pewnej objętości suchego powietrza poruszającego się pionowo jest stała i wynosi 1°/100 m. Meteorolodzy nazywają tę wartość adiabatycznym gradientem temperatury suchego powietrza. Przymiotnik „adiabatyczny” oznacza, że pomiędzy daną objętością powietrza a otoczeniem nie zachodzi wymiana ciepła, zaś „suchy” oznacza, że proces zachodzi bez kondensacji i parowania. Jeśli w poruszającej się objętości powietrza zachodzi kondensacja lub parowanie, wówczas odpowiedni gradient temperatury nazywany jest adiabatycznym gradientem temperatury dla wilgotnego powietrza. Wartość ta jest mniejsza niż 1°/100 m i zmienia się w zależności od temperatury i wysokości. Jednak w większości badań dotyczących zanieczyszczeń powietrza możemy ograniczyć się do przypadku suchego powietrza.[...]
Zdolność masy powietrza do dyfuzji silnie zależy od pionowego rozkładu temperatury. Zmiana temperatury w atmosferze na każde 100 m wysokości nazywana jest gradientem temperatury. Przy stałej temperaturze na wszystkich wysokościach pionowy gradient temperatury nazywany jest izotermicznym.[...]
Z obserwacji terenowych wynika również, że dopływ do stawu jest spływem ciepła woda dotyczy głównie stosunkowo nielicznych większa głębokość, mając jednocześnie nieznaczny pionowy gradient temperatury; Poniżej tej warstwy temperatura wody gwałtownie spada. Dzięki zainstalowaniu w stawie specjalnych ujęć głębinowych przepływ ciepłej wody rozprzestrzenia się na większą głębokość, a co za tym idzie, pobór większej ilości wody ze stawu zimna woda.[ ...]
Zjawisko to odgrywa znaczącą rolę w wychwytywaniu cząstek z gorących gazów, gdy przechodzą one przez zimne dysze. W wąskich kanałach z różnicą temperatur 50°C można uzyskać gradient temperatury 1000 K/cm. Obliczenia pokazują, że powinno to doprowadzić do osadzenia 98,8% cząstek o wielkości 0,1 μm w warstwie wypełniającej o głębokości 230 mm w temperaturze 500 °C.[...]
Na ryc. U-10 przedstawia dwa hipotetyczne przypadki, które można poddać analizie. Zbadano skorupę ziemską o grubości 30 km, złożoną z granitu do głębokości 10 km i bazaltu (pozostałe 20 km); strumień ciepła przez powierzchnię wynosił 5,02 J/(cm2-s). Krzywa A jest zależnością gradientu temperatury od głębokości dla przypadku, gdy cały strumień ciepła pochodzi ze źródła znajdującego się pod skorupą ziemską, a krzywa B dla przypadku, gdy trzy czwarte strumienia ciepła powstaje wewnątrz skorupy; przypadki te wydają się być ekstremalne. [...]
Energia oceaniczna jest przyjazna dla środowiska. Może być stosowany w elektrowniach pływowych (TPP), elektrowniach falowych (WWPP) i elektrowniach prądy morskie(ESMT), gdzie mechaniczna forma energii oceanu jest przekształcana w energię elektryczną. Istnieją instalacje, które wykorzystują obecność gradientu temperatury pomiędzy górną a niższe warstwy Oceany świata – tzw. elektrownie hydrotermalne (HPP). Pisaliśmy już o tym wcześniej. [...]
W regiony północne W basenie grubość wiecznej zmarzliny sięga kilkuset metrów. Świeże wody zamieniają się w lód, a solanki międzywiecznej zmarzliny ulegają przechłodzeniu („kriopegi”). Niska temperatura w tej strefie i poniżej niej sprzyja przejściu gazów węglowodorowych w stan hydratu gazu.[...]
Na odcinkach rzeki o silnym nurcie dominuje Cladophora glome rat i Kutz., w obszarach przybrzeżnych i rozlewiskach dominują algi zygnema i edogonia, miejscami z stojąca woda odnotowano tylko ulothrix. Gatunki Spirogyra są najbardziej odporne na gradienty temperatury, wypierając Oedogonium i Mougeotia w chłodniejszych obszarach. Największy udział włókien zygnemy sprzężonych odnotowano w niektórych obszarach przybrzeżnych (do 100%), w kałużach i płytkich basenach. Nici koniugujące występują do głębokości 20 cm, co wiąże się z reżimem świetlnym. Gatunki z rodzaju Spirogyra są najczęściej koniugowane, a Mougeotia jest mniej powszechna. Obserwacje prowadzono przez ponad miesiąc – w tym czasie znaczące zmiany nie zaobserwowano we florze glonów, nastąpił gwałtowny wzrost udziału sprzężonych włókienek zygnemy. [...]
Na podstawie wyników modelowania numerycznego pięcioetapowej ekstrakcji arenów z mieszaniny modelowej – TDF 270-360°C uwodnionym 1,4-dioksanem, przy zastosowaniu badanych metod technologicznych, określono sposób otrzymywania rafinatu zawierającego 12,4% arenów oznaczone: stosunek ekstrahent/surowiec = 4:1 obj., zawartość wody w ekstrahencie = 8,0% obj., gradient temperatury ekstrakcji = 10 aC, temperatura w kostce ekstraktora = 40°C; udział rafinatu zawracanego do surowców = 0,5% wag. Przy tych parametrach procesu uzysk rafinatu wynosi 69,4% wsadu, ubytek składników parafinowo-naftenowych z ekstraktem wynosi 11,9%.[...]
Najważniejszy element klimatu obszary górskie niewątpliwie jest temperatura. W większości tereny górskie Na całym świecie prowadzone są szczegółowe obserwacje temperatury i istnieje wiele badań statystycznych zmian temperatury wraz z wysokością. Ta zmiana reprezentuje złożony problem podczas tworzenia atlasów klimatycznych ze względu na ostre gradienty temperatur na krótkich dystansach i ich sezonową zmienność. W niektórych niedawnych badaniach temperatur w górach, takich jak i , wykorzystano analizę regresji w celu powiązania temperatur z wysokością i oddzielenia skutków inwersji od skutków wynikających ze stromości zboczy. Pielke i Mehring, próbując wyjaśnić rozkład przestrzenny temperatur dla jednego obszaru w północno-zachodniej Wirginii, wykorzystali analizę regresji liniowej średnich miesięcznych temperatur w funkcji wysokości. Wykazano, że korelacje są największe (r=-0,95) latem, jak to zwykle bywa na średnich wysokościach. Zimą inwersje włączone niskie poziomy wprowadzi dużą zmienność, a wybierając odpowiednie funkcje wielomianowe lub wykorzystując potencjalne temperatury, można uzyskać lepsze oszacowania. Na potrzeby sporządzenia map topoklimatycznych Karpat Zachodnich w podobny sposób opracowano szereg równań regresji. W tym celu, jak opisano w paragrafie 2B4, stosuje się oddzielne równania regresji dla różnych profili nachylenia. Należy pamiętać, że niewiele jest prób opisania zmian temperatury w górach) o godz. stosując bardziej ogólny model statystyczny. [...]
Bezpośrednie i pośrednie straty środowiskowe środowisko naturalne są kojarzone (i dlatego można je wyrazić) z asymetrią stanu sztucznego obiektu. W przypadku stopniowego, bezskokowego rozwoju strat, występuje ogólna asymetria charakteryzująca naturalne tendencje zmian stanu obiektu (położenie projektowe, potencjał naprężenia-odkształcenia, gradient temperatury itp.) w dowolnym momencie Przedział czasowy.[...]
Zatem wszystko powyższe pozwala przyjąć, że początkowa akumulacja fazy stałej na powierzchni osadu następuje w ogólnym przypadku w wyniku utrwalenia najbardziej rozproszonej części fazy stałej z objętości oleju, podczas gdy powstawanie kryształy bezpośrednio na powierzchni mają charakter podrzędny i można je zaobserwować jedynie w szczególnym przypadku w obecności ostrego gradientu temperatury na ściance rury.[...]
W zależności od warunków wyróżnia się dwa rodzaje parowania – statyczny i dynamiczny. Parowanie paliwa z powierzchni stacjonarnej względem otoczenia nazywa się statycznym. Jeśli płyn i środowisko gazowe poruszają się względem siebie, parowanie nazywa się dynamicznym. Podczas parowania zawsze powstają przepływy konwekcyjne w wyniku różnicy mas cząsteczkowych i gradientu temperatury w warstwie granicznej w pobliżu powierzchni parowania. [...]
Na krzywej obliczonej dla horyzontu 0,25 m widać pewne pozory systematycznych odchyleń, ale łatwo zauważyć, że gdybyśmy nie określili współczynnika przewodzenia ciepła 5 10 3, który przyjmowaliśmy jako stały na całej grubości lód, ale współczynnik 1,7-10 3, który Malmgren stwierdził w sposób długi – pośredni – dla warstwy powierzchniowej, to odchyłki byłyby nieproporcjonalnie duże: gradient temperatury w warstwach górnych byłby znacznie większy (3 razy) , a zatem amplituda obliczonej krzywej byłaby jeszcze znacznie mniejsza.[...]
Revelle doszedł do wniosku, że północny Atlantyk jest najbardziej wysuniętą na północny zachód częścią Pacyfik– i Morze Weddella – to główne obszary, w których nastąpi uwolnienie wód głębinowych oceanu i emisja CO2 do atmosfery. Scharakteryzował ilościowo zmiany klimatyczne pod wpływem rosnącego stężenia CO2. Ponieważ efekt ten będzie występował głównie w zimnych obszarach, gradient temperatury pomiędzy wysokimi i wysokimi temperaturami będzie się zmniejszał. niskie szerokości geograficzne. Wniosek ten omówiono bardziej szczegółowo w artykule Manabe i Weatheralda.[...]
Jak już wspomniano, niezbędne dane meteorologiczne dla interesującego nas obszaru nie zawsze są dostępne lub można je wykorzystać jedynie dla osobnego punktu na tym obszarze. Jest to zatem wymagane co najmniej jakościowe wyznaczanie drgań przestrzennych odpowiednich czynniki meteorologiczne. Często możliwe jest określenie stopnia odchylenia przepływu wiatru (w kierunku i prędkości) oraz zmian gradientu temperatury podczas przejścia na inne terytorium i tym samym wykorzystanie dostępnych danych do scharakteryzowania innego interesującego nas obszaru . Trudniejsza jest kwestia związku czasu trwania pomiarów meteorologicznych z czasem pobierania próbek w celu określenia stężenia zanieczyszczeń atmosferycznych. Różne wzory robocze do obliczania pomiarów dyfuzji zwykle opierają się na krótkoterminowym pobieraniu próbek w celu określenia stężenia zanieczyszczeń w powietrzu. W miarę wydłużania się tego okresu do godzin, dni, a nawet miesięcy, współczynniki rozproszenia nie odpowiadają już rzeczywistości, co wymaga odpowiednich korekt (Smith, 1955). Z drugiej strony dla tak długich okresów mogą wystarczyć proste średnie dane dotyczące wiatru i stabilności, jeśli uwzględni się jedynie wahania kierunków wiatru i dobowe zmiany badanych parametrów.[...]
Współczynnik dyfuzji turbulentnej Ktf zmienia się znacznie w zależności od warunków stabilności. Największe wartości panuje w niestabilnej atmosferze, a powstawanie inwersji uniemożliwiających rozwój przepływów turbulentnych prowadzi do jej spadku. Wpływ warunków termicznych na transport turbulentny można prześledzić na podstawie wartości Küf w troposferze i stratosferze: jeżeli w całej grubości troposfery przy ujemnym gradiencie temperatury (-6,5 K/km) wynosi ona około 105 cm2/s, to w środkowych warstwach stratosfery przy dodatnim gradiencie zmniejsza się 20-krotnie.[...]
Przechodząc do mikrofalowego zakresu emisji radiowych, należy zauważyć, że wśród bioefektów w tym przypadku dobrze znane jest działanie termiczne mikrofal, związane ze wzrostem temperatury napromienianej tkanki. Ze względu na efekt termiczny, fale decymetrowe i centymetrowe o średnim i dużym natężeniu znajdują szerokie zastosowanie w fizjoterapii w leczeniu wielu chorób, w tym nowotworów i chorób układu krążenia. Ideą leczenia jest wytworzenie gradientów temperatury w różnych narządach organizmu, zmieniając warunki funkcjonowania zajętego narządu.[...]
Wartość okresu T naturalnych oscylacji układu, znaleziona przez Osmolską, pozwala oszacować rząd wielkości m], który pojawił się we wzorze teoretycznym (236). Podstawmy do niego w miarę wiarygodną wartość 0 = 3-4°, a także wartości p = 2,5 · 108 cm (jak wskazano powyżej), P = 1,6 · 103 i T = 8 dni (oczywiście rozbijając je na sekundy). Następnie okazuje się, że w przybliżeniu r x 0,1, tj. w przybliżeniu tylko 1/10 ilości ciepła dodatkowo doprowadzonego prądy powietrzne, powoduje zmianę gradientu temperatury w warstwie monsunowej i związaną z tym zmianę ciśnień i prędkości w układzie oscylacyjnym. Oczywiście na razie tę wartość g należy traktować jedynie w przybliżeniu, wskazując jedynie rząd „współczynnika wykorzystania” energii wnoszonej przez przepływy w pole seisz termobarycznych: jakiekolwiek dokładne rozwiązanie będzie możliwe dopiero po znalezieniu całki pełne równanie(223), biorąc pod uwagę wpływ siły Coriolisa na podstawie (227).[...]
Obecnie stężenie lub natężenie przepływu składnika śladowego można znacznie zwiększyć, od 10 do kilkuset razy, pod warunkiem optymalizacji wielkości układu i warunków jego pracy. Rzeczywiste wymiary w analizie śladowej są możliwe minimalne wymiary; W przypadku związków z punktu widzenia separacji i zużycia fazy ruchomej należy dążyć do uzyskania jak najlepszych warunków wzbogacania, a nie optymalizować warunki separacji. Elucja w zoptymalizowanym gradiencie temperatury skutkuje skupieniem substancji w miejscach i zapobiega rozcieńczaniu przez dyfuzję.[...]
Następnie zbadano wpływ zawartości wody w ekstrahencie przy stosunku ekstrakt/surowiec od 3:1 do 4:1 obj. na temat wyników pięcioetapowej ekstrakcji arenów z modelu surowca TDF 270-360°C oleju zachodniosyberyjskiego. Ustalono, że produkcja rafinatu o całkowitej zawartości arenów 10% jest zapewniona przy stosunku ekstrageat/surowiec = 4:1 obj. a zawartość wody w ekstrahencie wynosi 8,0% obj. W tym przypadku wydajność rafinatu stanowi % pierwotnego surowca, utrata składników papafinonaftenowych przez ekstrakt wynosi 19,6%. Możliwe jest zwiększenie uzysku rafinatu przy zachowaniu jakości AO i ograniczenie strat docelowych składników z ekstraktem poprzez zastosowanie specjalnych metod technologicznych: wytworzenie gradientu temperatury ekstrakcji (różnica temperatur górnej i dolnej części ekstraktora) , zawracająca część ekstraktu lub rafinatu. Badania wpływu gradientu temperatury na wyniki ekstrakcji wykazały, że w celu wytworzenia wewnętrznego recyklingu w ekstraktorze konieczne jest utrzymanie gradientu temperatury ekstrakcji na poziomie nieprzekraczającym 10°C, gdyż jego wzrost, chociaż prowadzi do zmniejszenia zawartości arenów w rafinacie, jednocześnie zmniejsza wydajność rafinatu.[ ...]
Czas trwania procesu utleniania do bitumu jest jednym z wąskich gardeł produkcyjnych. Jako katalizatory utleniania smoły do bitumu proponuje się: zużyty katalizator do polimeryzacji substancji zawierających olefiny gazy naftowe- fosfor na ziemi okrzemkowej, kwas ortofosforowy. Proces utleniania smoły można zintensyfikować: zmieniając siłę rozpuszczania rozproszonego ośrodka; poprzez zmianę głębokości selekcji frakcji destylatu podczas przygotowania surowców; termiczne zagęszczanie surowców; recykling produktów w urządzeniu reakcyjnym; dodawanie do surowców skutecznych środków kompleksujących; regulacja temperatury. Dodatkowo intensyfikację procesu można przeprowadzić poprzez wytworzenie lokalnych gradientów temperatury w objętości reakcji na skutek dopływu strumieni produktów ochłodzonych lub przegrzanych, umieszczenia w reaktorze schłodzonych (lub ogrzanych do wyższych temperatur) powierzchni lub obecności powierzchni adsorpcyjnych (metali lub tlenków metali) w reaktorze.[ ...]
Yoshino zidentyfikował cztery synoptyczne typy rozkładu ciśnienia, które powodują bora. Zimą kojarzy się głównie z cyklonem nad Morzem Śródziemnym lub antycyklonem nad Europą. Latem układy cyklonowe występują rzadziej, a antycyklon może być zlokalizowany dalej na zachód. W każdym systemie wiatr gradientowy powinien płynąć ze wschodu na północny wschód. Do rozwoju i zachowania bory potrzebny jest jednocześnie odpowiedni gradient ciśnienia, stagnacja zimnego powietrza na wschód od gór i jego przepływ przez góry, przekształcanie energii potencjalnej w energię kinetyczną. Bora najlepiej rozwija się tam, gdzie Góry Dynarskie są wąskie i blisko wybrzeża, np. w Splicie. Zwiększa to gradient temperatur pomiędzy strefą przybrzeżną i części wewnętrzne kraju i wzmacnia efekt wiatru. Góry Dynarskie położone są na wysokości ponad 1000 m n.p.m., a niskie przełęcze, takie jak Xin, również sprzyjają lokalnej intensyfikacji bory. W dni, w których występuje bora, warstwa inwersyjna znajduje się zwykle na wysokości 1500–2000 m po nawietrznej stronie gór i na tym samym lub niższym poziomie po zawietrznej.[...]
Rozproszenie substancji zanieczyszczających atmosferę ogólnie wiąże się z dwiema głównymi cechami cyrkulacja atmosferyczna: średnia prędkość wiatru i turbulencja atmosferyczna. Turbulencje atmosferyczne nie zostały jeszcze dostatecznie zbadane. Turbulencje w atmosferze zwykle obejmują wahania wiatru, które mają częstotliwość większą niż 2 cykle na godzinę. Ważniejsze wahania mają częstotliwość od 1 do 0,01 cykli/s. Turbulencja atmosferyczna powstaje w wyniku dwóch procesów: a) nagrzewania atmosfery, w wyniku którego powstają naturalne prądy konwekcyjne (dp/dz) oraz b) turbulencji „mechanicznej”, będącej efektem uskoku wiatru du/dz) . Chociaż oba efekty zwykle występują w dowolnych warunkach atmosferycznych, zazwyczaj dominuje turbulencja mechaniczna lub termiczna (konwekcyjna). Wiry termiczne występują częściej w słoneczne dni gdy prędkość wiatru jest niska, a gradient temperatury jest znacznie ujemny. Okres takich cyklicznych wahań będzie rzędu minut. Natomiast wiry mechaniczne przeważają w okresach obojętnej stabilności w wietrzne noce, a wahania wiatru w tym przypadku są rzędu sekund. Turbulencje mechaniczne powstają w wyniku ruchu powietrza nad nimi powierzchnia ziemi i zależy od rozmieszczenia budynków i względnej nierówności terenu.
Przy różnych temperaturach w różnych częściach ciała następuje spontaniczny proces przenoszenia ciepła z obszarów o wyższej temperaturze do obszarów o niższej temperaturze. Zajście tego procesu spowodowane jest właściwością zwaną przewodnością cieplną. Transfer energii następuje w wyniku oddziaływań energetycznych pomiędzy cząsteczkami, atomami i elektronami. Proces przewodzenia ciepła jest związany z rozkładem temperatury wewnątrz ciała, dlatego konieczne jest ustalenie pojęć pola temperatury i gradientu temperatury.
Temperatura charakteryzuje stan cieplny ciała, określając stopień jego nagrzania. A jeśli w ciele zachodzi proces przewodności cieplnej, wówczas temperatura różnych jego części jest inna. Zestaw wartości temperatur dla wszystkich punktów ciała w ten moment czas nazywany jest polem temperatury.
Równanie pola temperatury ma postać:
t = fa (x, y, z, t), (12.1)
gdzie t jest temperaturą ciała w punkcie;
x, y, z — współrzędne punktu;
t — czas.
Jeśli temperatura zmienia się w czasie, takie pole temperaturowe nazywamy niestacjonarnym, odpowiada to nieustalonemu, niestacjonarnemu procesowi przewodzenia ciepła, a jeżeli temperatura nie zmienia się w czasie, to pole temperatury jest stacjonarne i przewodzenie ciepła proces jest stacjonarny (stały).
Temperatura może być funkcją jednej, dwóch lub trzech współrzędnych. W związku z tym pole temperatury nazywa się jedno-, dwu- lub trójwymiarowym. Pole jednowymiarowe ma najprostszą postać równania t = f(x). Na przykład podczas stacjonarnego procesu przewodzenia ciepła przez płaską ścianę.
Dla każdego pola temperaturowego istnieją punkty w ciele o tej samej temperaturze. Geometryczne położenie punktów o tej samej temperaturze tworzy powierzchnię izotermiczną. W jednym punkcie przestrzeni nie może być ich dwóch różne temperatury, dlatego powierzchnie izotermiczne nie stykają się ani nie przecinają. Kończą się na granicach ciała lub tworzą zamknięty kontur (jak na przykład w korpusie cylindrycznym).
Zmiany temperatury w ciele obserwuje się tylko w kierunkach przecinających powierzchnie izotermiczne. W tym przypadku najbardziej radykalną zmianę temperatury obserwuje się w kierunku normalnym do powierzchni izotermicznych. Limit współczynnika zmiany temperatury (Dt) do minimalna odległość pomiędzy tymi izotermami (Dn), pod warunkiem, że odległość ta dąży do zera, nazywa się gradientem temperatury.
Stopnie/m, (12,2)
Gradient temperatury pokazuje intensywność zmian temperatury, jest wektorem skierowanym w stronę wzrostu temperatury.
Do głównych zadań teorii wymiany ciepła należy ustalenie analitycznego powiązania pomiędzy przepływem ciepła a rozkładem temperatury w mediach. Zbiór chwilowych wartości dowolnej wielkości we wszystkich punktach danego ośrodka (ciała) nazywany jest polem tej wielkości. Odpowiednio zbiór wartości temperatury w danym czasie dla wszystkich punktów rozważanego ośrodka nazywany jest polem temperatury.
W najbardziej ogólnym przypadku temperatura w danym punkcie zależy od współrzędnych punktu w przestrzeni i zmienia się w czasie:
Zależność ta jest równaniem nieustalonego pola temperatury.
Dla stałego pola temperaturowego
W praktyce oprócz trójwymiarowego stacjonarnego pola temperatury dość często spotyka się dwuwymiarowe i jednowymiarowe pola temperatury, które są funkcją odpowiednio dwóch i jednej współrzędnej.
Geometryczne położenie punktów o tej samej temperaturze nazywa się powierzchnią izotermiczną. Temperatury różnią się w zależności od powierzchni izotermicznej, przy czym największa zmiana temperatury występuje normalnie dla powierzchni izotermicznych.
Granicę stosunku zmiany temperatury do normalnej odległości między powierzchniami izotermicznym nazywa się gradientem temperatury:
Gradient temperatury jest wielkością wektorową. Za kierunek wzrostu temperatury uważa się dodatni kierunek gradientu temperatury.
PRZEPŁYW CIEPŁA jest wektorem skierowanym w kierunku przeciwnym do gradientu temperatury i równym abs. ilość ciepła przechodzącego przez izotermę. powierzchni w jednostce czasu. Mierzone w watach lub kcal/h (1 kcal/h = 1,163 W)
Przewodność cieplna to proces przenoszenia energii cieplnej z bardziej nagrzanych obszarów ciała do mniej nagrzanych w wyniku ruchu termicznego i interakcji mikrocząstek. W wyniku przewodnictwa cieplnego temperatura ciała wyrównuje się.
1. Podstawowe prawo przewodności cieplnej, ustanowione przez Fouriera (1768-1830) i nazwane jego imieniem, stwierdza, że ilość ciepła dQ przenoszonego przez przewodnictwo cieplne jest proporcjonalna do gradientu temperatury, czasu i pola przekroju poprzecznego dF prostopadle do kierunku przepływu ciepła:
gdzie: - współczynnik przewodności cieplnej ośrodka, W/(m*K)
Współczynnik przewodności cieplnej substancji zależy od ich charakteru i stan skupienia, temperatura i ciśnienie. Współczynnik przewodności cieplnej gazów wzrasta wraz ze wzrostem temperatury i jest prawie niezależny od ciśnienia. Natomiast w przypadku cieczy, z wyjątkiem wody i gliceryny, zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury. W przypadku większości ciał stałych wzrasta wraz ze wzrostem temperatury.
Równanie różniczkowe przewodności cieplnej, zwane także równaniem Fouriera, opisuje proces rozprzestrzeniania się ciepła w ośrodku. Wyprowadza się je na podstawie prawa zachowania energii i zapisuje w postaci:
gdzie: =a - współczynnik dyfuzji cieplnej, m 2 / h lub m 2 / s; с - ciepło właściwe materiału, kJ/(m*K); - gęstość materiału, kg/m 3
Równanie przewodności cieplnej umożliwia rozwiązanie zagadnień związanych z propagacją ciepła przez przewodność cieplną w warunkach procesów ustalonych i nieustalonych.
Przy rozwiązywaniu konkretnych problemów równanie przewodzenia ciepła należy uzupełnić odpowiednimi równaniami opisującymi warunki początkowe i brzegowe.
Jako przykład rozważmy stały proces przenoszenia ciepła poprzez przewodzenie ciepła przez płaską ścianę z gorącego chłodziwa do zimnego. Niech temperatura ściany po stronie gorącego chłodziwa będzie wynosić t st1, a po stronie zimnej - t st2; przewodność cieplna materiału ściany; grubość ściany. Jak widać z rys. 9.1 pole temperatury jest jednowymiarowe, a temperatury zmieniają się tylko w kierunku osi x. Równanie opisujące przewodność cieplną płaskiej ściany w stanie ustalonym ma postać
gdzie: - przewodność cieplna ściany.
Odwrotność przewodności cieplnej ściany () nazywana jest oporem cieplnym ściany. W przypadku ściany dwuwarstwowej np. emaliowanej lub wielowarstwowej można podobnie uzyskać
gdzie n jest liczbą warstw ściany.
Głównymi charakterystykami kinetycznymi procesu wymiany ciepła są średnia różnica temperatur, współczynnik przenikania ciepła i ilość przekazywanego ciepła (od tej wartości zależą wymiary urządzeń do wymiany ciepła).
Siłą napędową procesów wymiany ciepła jest różnica temperatur chłodziwa. Pod wpływem tej różnicy ciepło przekazywane jest z gorącego płynu chłodzącego do zimnego.
Ilość ciepła Q przekazanego w jednostce czasu z czynnika gorącego do zimnego na całej powierzchni wymiany ciepła F wymiennika ciepła wyznacza się z równania bilansu cieplnego:
Siła napędowa podczas wymiany ciepła pomiędzy dwoma czynnikami chłodzącymi nie zachowuje swojej stałej wartości, lecz zmienia się wzdłuż powierzchni wymiany ciepła.
Na przykład przy bezpośrednim przepływie na wejściu chłodziwa do wymiennika ciepła lokalna siła napędowa jest maksymalna: = t 1 „-t 2”, a na wyjściu z urządzenia jest minimalna: = t 1 „” -t 2 „” Ten sam obraz obserwuje się w przypadku przepływu przeciwnego. Dlatego przy obliczaniu procesów wymiany ciepła używają średniej siła napędowa proces. Uzyskaj współczynnik do obliczenia średniej siła napędowa proces wymiany ciepła