Температурное поле. Тепловой поток
Одним из основных параметров, определяющих характер теплообмена, является температура.
Температурным полемназывается совокупность значений температуры в каждый момент времени во всех точках рассматриваемого пространства.
Температура может изменяться в направлении одной, двух или всех трёх осей координат. В соответствии с этим различают одномерные, двухмерныеи трёхмерные поля температур. Одномерное стационарное температурное поле описывается формулой вида: .
Изотермическими поверхностями называются поверхности, представляющие собой геометрическое место точек с одинаковой температурой.
Такие поверхности не могут пересекаться друг с другом. Они могут быть замкнутыми или ограничиваются наружными границами тела.
Изотермами называются линии пересечения изотермических поверхностей с какой-либо плоскостью (рис. 1.1).
С помощью изотермических поверхностей или изотерм можно графически изобразить вид температурного поля в данный момент времени.
Как видно на рис. 1.1, в ближайшей окрестности точки А температура изменяется во всех направлениях, не совпадающих с плоскостью, касательной к
Рис. 1.1. Изотермические поверхности |
изотермической поверхности . Но наиболее значительное изменение температуры имеет место в направлении по нормали к изотермической поверхности.
Градиентом температуры называется производная температуры по нормали к изотермической поверхности:
grad T =
Градиент температуры является вектором, направленным по нормали к изотермической поверхности в сторону увеличения температуры, - единичный вектор нормали. Выражение grad T = определяет модуль градиента температуры, т.е. приращение температуры на единице длины этой нормали.
Интенсивность изменения температуры в произвольном направлении s (рис. 1.1) меньше, чем в направлении нормали, и равна проекции вектора градиента температуры на это направление: .
Тепловым потокомназывается количество теплоты, проходящее через данную поверхность с площадью F в единицу времени.
Он обозначается символом Q. Единицей измерения Q является Дж/с, т.е. ватт (Вт).
Плотностью теплового потока называется количество теплоты, проходящей через единицу поверхности в единицу времени. Она обозначается символом q и измеряется в Вт/м . Таким образом, .
Плотность теплового потока - векторная величина, направленная в сторону, обратную градиенту температуры, т.е. в сторону уменьшения температуры. Тепловой поток Q и его плотность q связаны очевидным соотношением
Q ,
где F - площадь данной изотермической поверхности.
Если плотность теплового потока постоянна на рассматриваемой поверхности, то Q = q F .
Дата добавления: 2021-06-28; просмотров: 433;