несення теплової енергії від більш нагрітих ділянок тіла до менш нагрітих в результаті теплового руху і взаємодії мікрочастинок. У результаті теплопровідності температура тіла вирівнюється. Поверхня тіла, всі точки якої мають однакову температуру, називається ізотермічної поверхнею. Температури усередині тіла (середовища) змінюються в напрямку від однієї ізотермічної поверхні до іншої. Найбільша зміна температури відбувається по нормалі до ізотермічним поверхням. Границя відношення зміни температури? T до відстані між ізотермічними поверхнями по нормалі? L називається температурним градієнтом:
Основний закон теплопровідності, встановлений Фур'є (1768-1830) і названий його ім'ям, свідчить, що кількість теплоти dQ, передане теплопровідністю, пропорційно градієнту температури, часу dt і площі перетину dF, перпендикулярного напрямку теплового потоку:
де л - коефіцієнт теплопровідності середовища, Вт/(м? К).
Коефіцієнт теплопровідності речовин залежить від їх природ і агрегатного стану, температури і тиску. Коефіцієнт теплопровідності газів зростає з підвищенням температури і майже не залежить від тиску. Для рідин, за винятком вод і гліцерину, навпаки, л зменшується з підвищенням температури. Для більшості твердих тіл л збільшується з підвищенням температури. Для теплоізоляційних матеріалів коефіцієнт теплопровідності змінюється від 0,0116 до 0,006 Вт/(м? К). Диференціальне рівняння теплопровідності, зване також рівнянням Фур'є, описує процес поширення теплоти в середовищі. Його виводять на основі закону збереження енергії і записують у наступному вигляді:
де - коефіцієнт температуропровідності, м2/год або м2/с;
с - питома теплоємність матеріалу, кДж/(м? К);
с - щільність матеріалу, кг/м3.
Рівняння теплопровідності дозволяє вирішувати питання, пов'язані з поширенням теплоти теплопровідністю в умовах як усталеного, так і несталого процесу. При вирішенні конкретних завдань рівняння теплопровідності має бути доповнене відповідними рівняннями, що описують початкові і граничні умови.
Рівняння, що описує теплопровідність плоскої стінки при сталому режимі, має вигляд:
,
де - теплова провідність стінки.
Величина, зворотна теплової провідності стінки, називається термічним опором стенкі.случае двошарової стінки, наприклад емальованої, або багатошарової, можна аналогічно отримати
де n - кількість шарів стінки.
4.3 Конвективний теплообмін (тепловіддача)
Основний закон тепловіддачі - закон Ньютона говорить: кількість теплоти dQ, передане від поверхні теплообміну до потоку рідини (газу) або від потоку до поверхні теплообміну, прямо пропорційно площі поверхні теплообміну F, різниці температур поверхні t ст і ядра потоку tf (або навпаки) і тривалості процесу dф:
}
де б - коефіцієнт тепловіддачі,, який показує, яка кількість теплоти передається від теплообмінної поверхні в 1 м2 до омиває її потоку або від потоку до поверхні теплообміну, рівний 1 м2, в одиницю часу (1 год) при різниці температур поверхні теплообміну і ядра потоку 1 К.
Якщо коефіцієнт тепловіддачі має постійне значення уздовж всієї поверхні теплообміну (б=const), рівняння (9) приймають вигляд
}
в залежності від того, передається теплота від стінки до омиває стінку потоку або навпаки. Значення коефіцієнта тепловіддачі, який визначає швидкість конвективного теплообміну, залежить від багатьох факторів: режиму руху рідини (газу), фізичних параметрів рідини (газу), форми і розміру поверхні теплообміну та ін. Коефіцієнт тепловіддачі розраховують за критеріальним рівнянням, які отримують методами теорії подібності з диференціального рівняння конвективного теплообміну, доповненого рівняннями, що характеризують умова на межі розділу потоку і стінки апарату. Зв'язок коефіцієнта теплопередачі з коефіцієнтом тепловіддачі. Коефіцієнт теплопередачі розраховують на підставі коефіцієнтів тепловіддачі, обчислених за критеріальним рівнянням.
Розглянемо процес теплопередачі між теплоносіями, розділеними стінкою (малюнок 9). Нехай температура гарячого теплоносія tѓ, холодного - tѓ2. Температури поверхонь стінки відповідно tст1і tст2. Коефіцієнти тепловіддачі для гарячого теплоносія б1, холодного - б2.
При сталому процесі кількість теплоти Q, передане в одиницю часу через майданчик Fот ядра потоку гарячого теплоносія до стінки, дорівнює кількості теплоти, що передається через стінку теплопровідністю і від стінки до ядра потоку холодного теплоносія. Ця кількість теплоти можна визначити:
в першому випадку за законом Ньютона
;
в другому випадку за законом Фур'є
в третьому випадку за законом Ньютона
.
