ПОНЯТТЯ НЕСТАЦІОНАРНОЇ ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ.

Нестаціонарною теплопровідністю називається процес поширення тепла внаслідок дотику по-різному нагрітих частинок тіла при умові, що температура тіла змінюється за координатами x, y, z за час . Нестаціонарна теплопровідність відбувається при нагріванні та охолодженні тіл.

В практиці пожежної справи, як правило, доводиться вирішувати задачі нестаціонарної теплопровідності при нагріванні тіл. Розглянемо як приклад зміну температури стінки при одно- та двосторонньому нагріванні.

Рис.7.1 Зміна температури по товщині стінки в залежності від часу її нагрівання а - симетричне нагрівання; б - нагрівання з однієї сторони.

Нехай дана стінка товщиною 2R, початкова температура якої t . Раптово температура середовища з обох сторін стінки підвищилась до і залишилась сталою. Нехай ширина й висота стінки великі в порівнянні з товщиною, тоді розтіканням тепла по торцям стінки можна знехтувати і ми маємо симетричне нагрівання стінки. В такому випадку початок координат зручніше розташувати посередині стінки.

Встановлено, що на початку нагріваються поверхневі шари стінки (крива 1), потім тепловий імпульс зачіпає все нові області і через деякий час досягає середини стінки (крива 2). Далі спостерігається підвищення температури у всіх точках тіла (криві 3 і 4), і нарешті, вся стінка прогрівається до температури навколишнього середовища (пряма 5). Підвищення температури тіла викликає збільшення його ентальпії, тобто кількості тепла, яка міститься в одиниці об’єму або маси тіла. Спочатку ентальпія тіла підвищується швидко, потім повільніше і при нагріванні всіх точок тіла до температури середовища не змінюється. Так само змінюється температура й ентальпія суцільних довгих циліндрів, стержнів, будівельних колон при їх симетричному нагріванні. Підвищення температури тіл при цьому відбувається швидше, оскільки тепло підводиться по всьому периметру.

При нагріванні стінки з одного боку і охолодженні з іншого, що частіше за все спостерігається в умовах пожежі, характер зміни температури по товщині стінки з часом показаний на мал.1б. Як і в попередньому випадку, спочатку розподіл температури по товщині стінки має вигляд кривих 1 і 2, потім стінка починає прогріватись по всій товщині, при цьому підвищується температура поверхні стінки справа (криві 3 і 4). Через деякий час (теоретично нескінченно великий) настає стаціонарний тепловий режим. Лінія розподілу температур при цьому буде мати вигляд прямої 5.

Ентальпія стінки при нагріванні також збільшується, причому до початку підвищення температури поверхні стінки справа все тіло йде на підвищення ентальпії, а потім частина його віддається поверхнею стінки справа шляхом конвективного й променевого теплообміну в навколишнє середовище. При настанні стаціонарного теплового режиму ентальпія стінки не змінюється. Описаний процес нагрівання відбувається в стінках різноманітних нагрівальних установок, а також в будівельних конструкціях споруд при пожежі. Таким же способом з часом можуть змінюватись температура тіла в інших напрямках. Однак загальне уявлення про характер зміни температури і ентальпії стінки залишається таким же. В рідинах і газах процес нестаціонарної теплопровідності більш складний, оскільки частинки рідини або газу внаслідок конвекції переміщуються в просторі.

Висновок: Таким чином процеси нестаціонарної теплопровідності є перехідними між початком нагрівання і встановленням стаціонарних умов (привести приклад нестаціонарної теплопровідності на пожежі).