Понятие и виды теплопередачи

Понятие и виды теплопередачи

Контрольная работа

по теплофизике

В№2

1. Процессы переноса тепла и вещества

Процессы переноса тепла, влаги и воздуха, происходящие в конструкциях и помещениях зданий - это обмен с внешней средой энергией и массой. Тепло - один из видов энергии, влага и воздух - виды вещества. Естественное течение физических процессов всегда связано с переносом тепла или вещества от участков с более высокими потенциалами переноса к участкам с более низкими потенциалами. В результате этого происходит стабилизация значений t или Р на отдельных участках рассматриваемой системы. Если Q = 0 и М = 0, то система находится в термодинамическом равновесии с окружающей средой.

2. Потенциалы переноса

Термодинамические параметры, вызывающие перенос, то есть определяющие направление и интенсивность процессов теплообмена и массообмена, называются потенциалами переноса. Потенциалом переноса тепла является температура. Это значит, что возникновение процесса переноса тепловой энергии в конструкциях или в воздушной среде помещений возможно только при разных температурах в отдельных зонах рассматриваемой среды, и количество переносимой тепловой энергии всегда пропорционально разности температур.

Потенциалом переноса вещества является соответствующий вид давления. При рассмотрении процессов переноса в парообразной фазе рассматривают парциальное давление водяного пара, при переносе влажного воздуха или жидкой влаги - общее давление, вызываемое соответствующими причинами (ветер, сила тяжести и т.п.). Возникновение процессов переноса вещества возможно при разных давлениях в отдельных зонах среды.

3. Температурное поле. Примеры одномерного и двухмерного полей

Одновременное распределение температур в рассматриваемой среде называется температурным полем, которое подразделяют на одномерное, двумерное и трехмерное.

Примером одномерного температурного поля при стационарных условиях теплопередачи является однородная плоская бесконечно длинная стена с постоянной разностью температур на поверхностях. В ней изолинии параллельны друг другу и поверхностям стены (направление теплового потока Q - от зоны с большей температурой t_max к зоне с меньшей температурой t_min). В более сложном случае (например, угол здания, теплопроводные включения) изотермы не параллельны поверхностям ограждающих конструкций, а криволинейны и выражаются двумерным температурным полем при стационарных условиях теплопередачи.

4. Стационарный и нестационарный процесс теплопередачи

Система (конструкция здания), обменивающаяся с внешней средой энергией и массой, в термодинамике называется открытой. Система, в которой устанавливается постоянное распределение значений температур или давлений, приходит в состояние постоянного равновесного обмена теплом или веществом с окружающей средой. Установившийся процесс такого постоянного обмена называется стационарным. В действительных условиях наружные температуры постоянно изменяются во времени, что приводит к нестационарной теплопередаче и изменчивости температурного поля.

5. Виды теплопередачи

Теплопроводность - это способность материала в той или иной степени проводить тепло через свою массу. Количество тепла, проходящее через однородный слой материала, равно Q= -λ Δt\δSθ. Различают три вида теплопередачи: теплопроводностью, конвекцией и излучением. Передача тепла теплопроводностью может происходить в твердой, жидкой и газообразной средах. Конвекция представляет собой перенос тепла движущимися частицами жидкости или газа и может быть лишь в жидкой и газообразной средах. Излучение может происходить в газообразной среде или в пустоте. Тепловое излучение представляет собой перенос энергии в виде электромагнитных волн между двумя взаимно излучающими поверхностями.

6. Передача тепла через ограждение

Вследствие того, что строительные материалы являются в своей основе твердыми телами, передача тепла через ограждающие конструкции зданий осуществляется главным образом теплопроводностью. Аналитическая теория теплопроводности игнорирует молекулярное строение вещества и рассматривает его как сплошную массу. То есть при том, что подавляющее большинство строительных материалов представляет собой пористые тела, в порах которых возможны все виды теплопередачи, при теплотехнических расчетах считается, что распространение тепла в материалах происходит лишь по законам теплопроводности.

7. Плотность материала. Пористость материала

Материалы характеризуются:

- объемным весом (плотностью) материала γ= m\Vo, кг/м³ (масса 1 м³ материала в том состоянии, в котором он будет использоваться в строительстве).

При этом Vo=Vвещ+Vпор;

удельным весом (плотностью вещества, скелета) ρ=m\Vвещ (не учитываются поры материала);

пористостью, которая определяет процентное содержание пор в материале и выражается процентным соотношением объема пор к общему объему материала. Пористость также можно найти по формуле p=ρ-γ\ρ∙100%.

8. Влажность материала

теплопередача вещество потенциал температурный

Влажность материала, которая характеризуется наличием в материале несвязанной химической воды. В ограждающих конструкциях строительный материал никогда не бывает в абсолютно сухом состоянии, а имеет некоторую влажность вследствие процессов сорбции и конденсации водяного пара, происходящих в ограждении.

Влажность подразделяется на весовую и объемную. Весовая влажность определяется отношением массы влаги, содержащейся в образце материала, к массе образца в сухом состоянии ω=mвлаги\mсух мат∙*100%=mвлаж.мат-mсух.мат\mсух.мат∙100%.

Объемная влажность - отношение объема влаги, содержащейся в образце материала, к объему образца в сухом состоянии: ωo=Vвлаги\Vсух мат∙*100%. При одном и том же объемном содержании влаги в образце выражение весовой влажности будет различным в зависимости от объемного веса материала. Чем ниже объемный вес, тем больше весовая влажность. Объемная влажность дает более ясное представление о содержании влаги в материале, чем весовая влажность. Но определять последнюю значительно проще, поэтому её использование более распространено. Связать w и wо материала можно соотношением ωo=ωγ\γводы, где γ - объемный вес материала, а γ_воды =1000 кг/м³. Влажность, которую будет иметь материал в правильно спроектированном и нормально эксплуатируемом здании (в частности достаточно просушенном после окончания строительства) в нормальной климатической зоне, называется нормальной влажностью.