Metnn.ru

Строй портал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Теплотехнический расчёт стены

Теплотехнический расчёт стены

Теплотехнический расчёт однородной наружной стены здания

Исходные данные

Назначение здания — административное.
Расчетная температурой наружного воздуха в холодный период года, text = -40 °С;
Расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, tint = +20 °С;
Средняя температура наружного воздуха отопительного периода, tht = -8 °С;
Продолжительность отопительного периода, zht = 241 сут.;
Нормальный влажностный режим помещения и условия эксплуатации ограждающих конструкций — А (сухой режим помещения в нормальной зоне влажности).
Коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху, n = 1;
Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции, αext = 23 Вт/(м²•°С);
Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, αint = 8.7 Вт/(м²•°С);
Состав наружной стены:

№ слояСлойδ, ммλ, Вт/(м °С)γ, кг/м 3
1Кладка из кирпича керамического пустотного1200.641300
2Минераловатный утеплитель1500.03960
3Кладка из кирпича керамического полнотелого3800.811600
4Штукатурка ц.п.200.911800
Определение требуемого сопротивления теплопередаче

Определим величину градусо-суток Dd в течение отопительного периода по формуле 1 [СП 23-101-2004]:

где tint — расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания [табл.1, СП 23-101-2004];
tht — средняя температура наружного воздуха отопительного периода [табл.1, СП 23-101-2004];
zht — продолжительность отопительного периода [табл.1, СП 23-101-2004].

Определим требуемое значение сопротивления теплопередачи Rreq по табл. 3 [СП 50.13330.2012]

где Dd — градусо-сутки отопительного периода;
а=0,0003 [табл.3, СП 50.13330.2012]
b=1,2 [табл.3, СП 50.13330.2012]

Rreq = 0.0003*6748+1.2=3.2244 м 2 *°С/Вт,

Определение приведённого сопротивления теплопередаче стены

где αв — коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м 2 *°С), принимаемый по табл. 4 СП 50.13330.2012;
αн — коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкций для условий холодного периода, Вт/(м 2 *°С), принимаемый по таблице 6 СП 50.13330.2012;

Rs — термическое сопротивление слоя однородной части фрагмента (м 2 *°С)/Вт, определяемое по формуле:

δs — толщина слоя, м;
λs — расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м*°С), принимаемый согласно приложения Т СП 50.13330.2012.
ys уэ — коэффициент условий эксплуатации материала слоя, доли ед. При отсутствии данных принимается равным 1.

Расчетное значение сопротивления теплопередаче, R:

R > Rreq — Условие выполняется

Толщина конструкции, ∑t =675 мм;

Определение температурного перепада между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции

Значение выразим из формулы (5.4) СП 50.13330.2012

Δt н > Δt, 4.5 °C > 1.469 °C — условие выполняется.

Моделирование однородной стены в ЛИРА САПР. Решение стационарной задачи

Схема ограждающей конструкции:

Создаём задачу в 15-м признаке схемы. Рассмотрим участок стены, длиной 1 м

Шаг 1 геометрия

Шаг 2 Создание элементов конвекции

Моделируем стержни по наружной и внутренней граням стены. Стержням следует присвоить тип КЭ №1555. Они являются своего рода граничными условиями и, в то же время, воспринимают температуру воздуха.

Шаг 3 характеристики материалов

В окне задания типов жёсткости следует создать жёсткость: пластины Теплопроводность (пластины). В окне характеристик жёсткости вводятся параметры Н — толщина пластины, К — коэффициент теплопроводноти, С — коэффициент теплопоглощения, R0 — удельный вес.

Характеристики слоёв стены:
Кирпич облицовочный пустотелый Н=100 см, К=0.64 Дж/(м*с*°С);
Теплоизоляция Н=100 см, К=0.039 Дж/(м*с*°С);
Кирпич полнотелый Н=100 см, К=0.81 Дж/(м*с*°С);
Штукатурка ц.п. Н=100 см, К=0.76 Дж/(м*с*°С);

Для элементов конвекции, следует создать типы жёсткости Конвекция (двухузловые). Для таких элементов задаются коэффициенты конвекции внутреннего и внешнего слоя.

Шаг 4 Внешняя нагрузка

Через внешнюю нагрузку задаётся температура воздуха для элементов конвекции. Для этого, в разделе нагрузки, нужно открыть Заданная t.

Температура на внутренней поверхности ограждающей конструкции составляет 18.531 °С (результат замера температуры в узле).

Определение сопротивления теплопередачи конструкции по результатам расчёта ЛИРА САПР

Сопротивление теплопередачи определяется по формуле (5.4) СП 50.13330.2012:

Читайте так же:
Кирпич полнотелый коричневый м300

Теплотехнический расчёт наружной стены здания с учётом неоднородности

Исходные данные

Для расчёта принимается конструкция стены, рассмотренная в предыдущем примере. Неоднородностью будет выступать кладочная сетка, служащая для крепления облицовки к несущему слою кладки. Параметры сетки: d=3 мм, шаг стержней 50х50 мм.

Определение приведённого сопротивления теплопередаче с учётом неоднородностей

Приведённое сопротивление теплопередаче фрагмента теплозащитной оболочки здания R пр , (м 2 *°C)/Вт, следует определять по формуле:

где R усл — осреднённое по площади условное сопротивление теплопередаче фрагмента теплозащитной оболочки здания либо выделенной ограждающей конструкции, (м 2 *°C)/Вт;
lj — протяжённость линейной неоднородности j-го вида, приходящаяся на 1 м 2 фрагмента теплозащитной оболочки здания, или выделенной ограждающей конструкции, м/м 2 ;
ΨI — удельные потери теплоты через линейную неоднородность j-го вида, Вт/(м*°С);
nk — количество точечных неоднородностей k-го вида, приходящихся на 1 м 2 фрагмента теплозащитной оболочки здания, или выделенной ограждающей конструкции, шт./м 2 ;
χk — удельные потери теплоты через точечную неоднородность k-го вида, Вт/°С;
ai — площадь плоского элемента конструкции i-го вида, приходящаяся на 1 м 2 фрагмента теплозащитной оболочки здания, или выделенной ограждающей конструкции, м 2 /м 2 ;

где Ai — площадь i-й части фрагмента, м 2 ;
Ui — коэффициент теплопередачи i-й части фрагмента теплозащитной оболочки здания (удельные потери теплоты через плоский элемент i-го вида), Вт/(м 2 *°С);

Определение удельных потерь теплоты кладочной сетки

Кладочная сетка, через которую осуществляется связь между облицовкой и несущим слоем, является линейной неоднородностью. Удельные потери теплоты через линейную неоднородность, определяются по СП 230.1325800.2015, приложение Г.7 Теплозащитные элементы, образуемые различными видами связей в трёхслойных железобетонных панелях.

Удельное сечение металла на 1 м.п. в рассматриваемом примере составит S*(1000/50)=3.14159*d 2 /4*(1000/50)=1.41372 см 2 /м

Удельные потери теплоты будут определяться по интерполяции между значениями, найденными по таблицам Г.42 и Г.43 СП 230.1325800.2015

Таблица Г.42 — Удельные потери теплоты Ψ, Вт/(м*°С). Сетка с удельным сечением металла на 1 п.м 0,53 см 2 /м

dут, ммλ = 0,2λ = 0,6λ = 1,8
500,0050,0080,011
800,0050,0070,009
1000,0040,0070,008
1500,0040,0050,006

Таблица Г.43 — Удельные потери теплоты Ψ, Вт/(м*°С). Сетка с удельным сечением металла на 1 п.м 2,1 см 2 /м

dут, ммλ = 0,2λ = 0,6λ = 1,8
500,0180,0310,043
800,0180,0280,035
1000,0170,0260,031
1500,0150,0210,024

Обозначения в таблицах:
— толщина слоя утеплителя dут, мм;
— теплопроводность основания λ, Вт/(м*°С), для кирпичной кладки из полнотелого керамического кирпича принимается λ = 0.56;
— удельное сечение металла на 1 м.п. сетки, см 2 /м.

Потери теплоты по таблице Г.42:

Потери теплоты по таблице Г.43:

Итоговое значение потерь теплоты:

Суммарная протяжённость линейных неоднородностей Σlj = 2 м.

Подставив полученные значения в формулу (Е.1), получим:

Моделирование неоднородной стены в ЛИРА САПР. Решение стационарной задачи

Для построения модели неоднородной стены, принимается модель, созданная на предыдущем этапе. Теплопроводные включения моделируются как стержневые элементы теплопроводности, которые пересекают три слоя стены: кладка, теплоизоляция, облицовка. Стержни расположены с шагом 40 см по высоте. Теплопроводность арматурной стали 58 м 2 *°С/Вт.

Температура на внутренней поверхности ограждающей конструкции составляет 18.087 °С. (среднее значение температуры на внутренней поверхности стены).

Определение сопротивления теплопередачи конструкции по результатам расчёта ЛИРА САПР

Сопротивление теплопередачи определяется по формуле (5.4) СП 50.13330.2012:

Сравнение результатов расчёта

Сравнение будем выполнять в табличной форме:

Простые правила тёплой стены

Желаемое и возможное тепло

В общем случае применяют внешнее утепление. Внутреннее не только менее эффективно, но и противопоказано для дома круглогодичного проживания. Вопрос выбора утеплителя также сложен и неоднозначен.

Читайте так же:
Кирпич керамический строительный крупноформатный

Расчёт теплового сопротивления стен из различных материалов

В России в настоящее время используется поэлементное нормирование сопротивления теплопередаче, то есть для каждого элемента наружных ограждающих конструкций нормами задаётся минимально допустимое значение: для стен, окон, крыш и перекрытий.

В Европейских странах и Америке принят немного другой подход к экономии тепла, по удельным теплопотерям. Его смысл в том, что выбор вида ограждающих конструкций увязан с требуемым значением удельной потребности в тепловой энергии на отопление здания. Попросту говоря, нормируются затраты на отопление одного квадратного метра дома. А каким способом будет достигнута эта величина, остаётся на усмотрении застройщика. Именно поэтому, а ещё за счёт более высоких среднегодовых температур, в этих странах в моде большие площади остекления.

Однако нужно учесть, что при полном остеклении фасадов применяются специальные конструкции стен с редкими для нас системами отопления. Между наружной и внутренней стеклянной оболочкой подаётся тёплый воздух – в таком варианте и в их климате это успешно работает. Однако, в наших условиях, потери тепла непременно серьёзно возрастают и комфорт проживания в доме со стеклянными стенами довольно сомнителен. Ведь таких оконных конструкций, которые имели хотя бы приближенную к обычным стенам теплозащиту, пока не придумано.

Расчёт теплового сопротивления стен

Чтобы предельно точно, коэффициент теплопроводности показывает количество тепла, проходящее за 1 час через 1 м 2 поверхности испытуемого материала толщиной в 1 м при разнице температур поверхностей этого материала равных 1°С. Как видим, реальная толщина материала не влияет на коэффициент теплопроводности. Однако эта толщина учитывается так называемым коэффициентом теплопередачи.

Принцип расчёта следующий: исходя из климатических условий региона нормируется величина значения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций R. Для климатических условий Челябинска R(м2°С/Вт) равен: для наружных стен 3,42; для чердачных перекрытий и перекрытий над неотапливаемым подвалом 4,5; для кровли 5,09. Единственное, что следует отметить, так это то, что подобные параметры в реальных условиях практически не выполняются. Так что есть, к чему стремиться.

Расчёт однослойных конструкций не представляет сложностей. Однако поскольку сегодня большинство ограждающих конструкций многослойные, требуется учесть сопротивление теплопередаче всех слоёв. Для этого требуется знать толщину и коэффициент теплопроводности каждого составляющего материала. А затем просуммировать все вычисленные значения. Можно не учитывать слои внутренней и наружной штукатурок, так как доказано, что тонкие слои материала с высоким коэффициентом теплопроводности на тепловое сопротивление конструкций заметного влияния не оказывают.

Коэффициент теплопроводности силикатного и красного кирпича

С точки зрения надёжности строения и комфорта, в помещениях жилого здания лучшим материалом для стен в течение многих веков продолжает оставаться кирпич — теплопроводность его находится на хорошем уровне, а прочность проверена временем.

Применяемые материалы, технология изготовления и структура влияют на способность изделия передавать через себя температуру окружающим предметам. Для разного вида кирпичей показатель меняется.

У каждого вида кирпича свой показатель теплопроводности

Понятие о теплопроводности

Эта характеристика имеет важное значение в строительстве. Существует несколько взаимосвязанных вариантов подхода к оценке движения тепла в материалах:

  1. Способность предметов передавать нагрев от одной части целого к другой посредством последовательного перемещения хаотически колеблющихся частиц тела (молекул, электронов и атомов) от подвижных в сторону неактивных — холодных — называют теплопроводностью. Не следует путать этот показатель с термическим сопротивлением, которое свидетельствует о способности препятствовать перемещениям нагретых молекул.
  2. Коэффициент теплопроводности λ – способность физического тела передавать энергию за определённое время через единичную площадь при падении температуры на градус к наикратчайшей длине до изотермической поверхности. Другими словами, λ показывает, сколько тепла теряется за период прохождения сквозь стену. Принятая в технических расчётах размерность показателя — Вт/м·°C.
  3. Удельная теплопроводность Λ=λ/δ, где δ – толща преграды в метрах: Вт/м²·°C. Обратной величиной этой характеристики является термическое сопротивление: 1/Λ – оно оценивает препятствование 1 м² площади предмета перетоку энергии нагрева за час при разности температур поверхностей в 1°C. Другое название характеристики — коэффициент теплоизоляции, размерность: м²·°C/Вт.
Читайте так же:
Чем отличается монолитный кирпич

В этом видео вы узнаете о характеристиках кирпича:

При выборе материалов обычно обращают внимание на 2 показателя: термическое сопротивление, определяемое из соотношения 1/(λ/δ), и гораздо чаще применяемый коэффициент теплопроводности λ. Если значения первой характеристики возрастают, это свидетельствует о возможности употребить материал для изоляции. И наоборот, низкие цифры указывают на использование в качестве проводника температуры. Чем выше коэффициент теплопроводности, тем потери нагрева здания весомее, а малые значения свидетельствуют об эффективном в части энергосбережения материале стен.

Факторы зависимости переноса тепла

Несущие ограждающие конструкции зданий делают из железобетонных панелей, блоков различного исполнения, кирпича, дерева. Физические свойства, определяющие их теплопроводность, одинаковы для всех материалов:

  • плотность способствует взаимодействию частиц, являющихся носителями энергии, поэтому с её возрастанием потери увеличиваются;
  • пористость создаёт проблемы для передачи тепла из-за промежутков воздуха с показателем λ, равном 0,026 Вт/м·°C при комнатной температуре;
  • структура отверстий в теле предмета — присутствие мелких каверн закрытого типа снижает потери тепла;
  • влажность влечёт вытеснение сухого воздуха из пор, а потому энергообмен частиц возрастает, и остывание или нагревание происходит быстрее.

Самым холодным из стеновых материалов считается железобетон с λ=1,29, а пеноблоки, имеющие коэффициент теплопроводности 0,08, сохраняют климат лучше всего. Керамиты также подчиняются приведённым закономерностям: теплопроводность пустотелого кирпича находится в пределах 0,4-0,7 Вт/м·°C, полнотелого — в 1,5 раза выше.

Виды кирпичей и значения коэффициента

Стеновые блоки в форме небольших брикетов по сырьевому материалу делят на 2 вида: керамические красные и силикатные белого цвета. Первый тип кирпичей изготавливают путём высокотемпературного — около 1000°C, обжига мелкодисперсных горных пород. Причём из тугоплавкой глины производят огнеупорные или печные блоки. Силикатный брикет делают из кварцевого песка. Свойства исходного сырья обусловливают различия теплопроводности кирпича каждого из типов. По назначению они подразделяются на классы:

  • строительный или рядовой;
  • облицовочный — для наружного декорирования стен, его вырабатывают гладким и правильных геометрических форм; коэффициент теплопроводности облицовочного кирпича 0,37-0,93 Вт/м·°C;
  • специального назначения — шамотный и печной, их используют при кладке дымоходов и других объектов высокотемпературного (до 1700°C) воздействия.

В зависимости от плотности коэффициент теплопроводности керамического кирпича изменяется от 0,4 до 0,9 Вт/м·°C. Пустотелость изделия является определяющим фактором для силикатных брикетов и может представляться для каждого в виде 3 отверстий диаметром 52 мм (15%), 11 — Ø27-32 (20-25%), 14 дырок Ø30-32 мм при 28-30% воздушных промежутков.

Изменчивость коэффициента теплопроводности силикатного кирпича в диапазоне 0,4-1,3 Вт/м·°C. Зависимость λ от типа керамитов и их плотности можно проследить по таблице:

Наименование клинкераУдельный вес изделия, т/м3Показатель λ, Вт/м·°C
Силикатный: рядовой/щелевой/с отверстиями1,0―2,2/―/―0,5―1,3/0,4/0,7
Керамический: плотный/пустотелый/пористый1,4―2,6/―/1,50,67―0,80/0,44―0,47/0,44
Шамотный1,850,85
Динасовый1,9―2,20,90―0,94
Хромитовый3,0―4,21,21―1,29
Магнезитовый2,6―3,24,7―5,1

Теплопроводность огнеупорного кирпича с повышением нагрева возрастает до λ=6,5-7,7 единицы. Но у пеношамотного (0,6 т/м³) и диатомитового (0,55) клинкеров остаётся на низком уровне — 0,25-0,3 Вт/м·°C при температуре 850-1300 градусов. Для традиционного печного шамотного кирпича λ=1,44, если нагрев 1000°C.

Таблица теплопроводности воздуха при различных температурах

Часть 5. Принцип определения значения сопротивления теплопередачи в многослойной стене.

Если вы планируете построить стену из нескольких видов материала (например, строительный камень+минеральный утеплитель+штукатурка), то R рассчитывается для каждого вида материала отдельно (по этой же формуле), а потом суммируется:

Читайте так же:
Вес 1м3 кирпича силикатного кирпича

R1-Rn — термосопротивления различных слоев

Ra.l – сопротивление замкнутой воздушной прослойки, если она присутствует в конструкции (табличные значения берутся в СП 23-101-2004, п. 9, табл. 7)

Пример расчета толщины минераловатного утеплителя для многослойной стены (шлакоблок — 400 мм, минеральная вата — ? мм, облицовочный кирпич — 120 мм) при значении сопротивления теплопередаче 3,4 м2*Град С/Вт (г. Оренбург).

Rшлакоблок = δ/λ = 0,4/0,45 = 0,89 м2×°С/Вт

Rкирпич = δ/λ = 0,12/0,6 = 0,2 м2×°С/Вт

Rшлакоблок+Rкирпич=0,89+0,2 = 1,09 м2×°С/Вт (

Rвата=R-(Rшлакоблок+Rкирпич) =3.4-1,09=2,31 м2×°С/Вт

δвата=Rвата·λ=2,31*0,045=0,1 м=100 мм (принимаем λ=0,045 Вт/(м×°С) – среднее значение теплопроводности для минеральной ваты различных видов).

Коэффициент теплопроводности строительных материалов – таблицы

Теплоизоляционные свойства материалов прекрасно демонстрируют сводные таблицы, в которых представлены нормативные показатели.

Таблица коэффициентов теплоотдачи материалов. Часть 1

Проводимость тепла материалов. Часть 2Таблица теплопроводности изоляционных материалов для бетонных полов

Но эти таблицы теплопроводности материалов и утеплителей учли далеко не все значения. Рассмотрим подробнее теплоотдачу основных строительных материалов.

Таблица теплопроводности кирпича

Как уже успели убедиться, кирпич – не самый «тёплый» стеновой материал. По теплоэффективности он отстаёт от дерева, пенобетона и керамзита. Но при грамотном утеплении из него получаются уютные и тёплые дома.

Сравнение теплопроводности строительных материалов по толщине (кирпич и пенобетон)

Но не все виды кирпича имеют одинаковый коэффициент теплопроводности (λ). Например, у клинкерного он самый большой – 0,4−0,9 Вт/(м·К). Поэтому строить из него что-то нецелесообразно. Чаще всего его применяют при дорожных работах и укладке пола в технических зданиях. Самый малый коэффициент подобной характеристики у так называемой теплокерамики – всего 0,11 Вт/(м·К). Но подобное изделие также отличается и большой хрупкостью, что максимально минимизирует область его применения.

Неплохое соответствие прочности и теплоэффективности у силикатных кирпичей. Но кладка из них также нуждается в дополнительном утеплении, и в зависимости от региона строительства, возможно, ещё и в утолщении стены. Ниже приведена сравнительная таблица значений проводимости тепла различными видами кирпичей.

Теплопроводность разных видов кирпичей

Таблица теплопроводности металлов

Теплопроводность металлов не менее важна в строительстве, например, при выборе радиаторов отопления. Также без подобных значений не обойтись при сварке ответственных конструкций, производстве полупроводников и различных изоляторов. Ниже приведены сравнительные таблицы проводимости тепла различных металлов.

Таблица теплопроводности дерева

Древесина в строительстве негласно относится к элитным материалам для возведения домов. И это не только из-за экологичности и высокой стоимости. Самые низкие коэффициенты теплопроводности у дерева. При этом подобные значения напрямую зависят от породы. Самый низкий коэффициент среди строительных пород имеет кедр (всего 0,095 Вт/(м∙С)) и пробка. Из последней строить дома очень дорого и проблемно. Но зато пробка для покрытия пола ценится из-за своей невысокой проводимости тепла и хороших звукоизоляционных качеств. Ниже представлены таблицы теплопроводности и прочности различных пород.

Проводимость тепла дереваПрочность разных пород древесины

Таблица проводимости тепла бетонов

Бетон в различных его вариациях является самым распространённым строительным материалом на сегодня, хотя и не является самым «тёплым». В строительстве различают конструкционные и теплоизоляционные бетоны. Из первых возводят фундаменты и ответственные узлы зданий с последующим утеплением, из вторых строят стены. В зависимости от региона к таковым либо применяется дополнительное утепление, либо нет.

Сравнительная таблица теплоизоляционных бетонов и теплопроводности различных стеновых материалов

Наиболее «тёплым» и прочным считает газобетон. Хотя это не совсем так. Если сравнивать структуру пеноблоков и газобетона, можно увидеть существенные различия. У первых поры замкнутые, когда же у газосиликатов большинство их открытые, как бы «рваные». Именно поэтому в ветреную погоду неутеплённый дом из газоблоков очень холодный. Эта же причина делает подобный лёгкий бетон более подверженным к воздействиям влаги.

Читайте так же:
Как расшить швы облицовочного кирпича

Какой коэффициент теплопроводности у воздушной прослойки

В строительстве зачастую используют воздушные ветронепродуваемые прослойки, которые только увеличивают проводимость тепла всего здания. Также подобные продухи необходимы для вывода влаги наружу

Особое внимание проектированию подобных прослоек уделяется в пенобетонных зданиях различного назначения. У подобных прослоек также есть свой коэффициент теплопроводности в зависимости от их толщины. Таблица проводимости тепла воздушных прослоек

Таблица проводимости тепла воздушных прослоек

Основные определения

Явление теплопроводности состоит в переносе теплоты структурными частицами вещества — молекулами, атомами, электронами — в процессе их теплового движения. В жидкостях и твердых телах- диэлектриках — перенос теплоты осуществляется путем непосредственной передачи теплового движения молекул и атомов соседним частицам вещества. В газообразных телах распространение теплоты теплопроводностью происходит вследствие обмена энергией при соударении молекул, имеющих различную скорость теплового движения. В металлах теплопроводность осуществляется главным образом вследствие движения свободных электронов.

В основной зеком теплопроводности входит ряд математических понятий, оп­ределения которых, целесообразно напомнить и пояснить.

Температурное поле — это со­вокупности значений температуры во всех точках тела в данный момент време­ни. Математически оно описывается ввиде t = f(x, y, z, τ). Различают стационарное температурное поле, когда температура во всех точках тела не зависит от времени (не изменяется с течением времени), и нестационарное температурное поле. Кроме то­го, если температура изменяется только по одной или двум пространственным координатам, то температурное поле на­зывают соответственно одно- или двух — мерным.

Изотермическая поверхность – это геометрическое место точек, температура в которых одинакова.

Градиент температуры — grad t есть вектор, направленный по нор­мали к изотермической поверхности и численно равный производной от тем­пературы по этому направлению.

Согласно основному закону тепло­проводности — закону Фурье (1822 г.), вектор плотности теплового потока, передаваемого теплопроводностью, пропорционален градиенту температуры:

где λ — коэффициент теплопро­водности вещества; его единица измерения Вт/(м·К).

Знак минус в уравнении (3) ука­зывает на то, что вектор q направлен противоположно вектору grad t, т.е. в сторону наибольшего уменьшения температуры.

Тепловой поток δQ через произволь­но ориентированную элементарную пло­щадку dF равен скалярному произведе­нию вектора q на вектор элементарной площадки dF, а полный тепловой поток Q через всю поверхность F определяется интегрированием этого произведения по поверхности F:

Коэффициент теплопроводности λ в законе Фурье (3) характеризует спо­собность данного вещества проводить теплоту. Значения коэффициентов тепло­проводности приводятся в справочниках по теплофизическим свойствам веществ. Численно коэффициент теплопроводности λ = q/grad t равен плотности теплового потока q при градиенте температуры grad t = 1 К/м. Наиболь­шей теплопроводностью обладает легкий газ — водород. При комнатных условиях коэффициент теплопроводности водорода λ = 0,2 Вт/(м·К). У более тяжелых газов теплопроводность меньше — у воз­духа λ = 0,025 Вт/(м·К), у диоксида уг­лерода λ = 0,02 Вт/(м·К).

Наибольшим коэффициентом теплопроводности обладают чистые серебро и медь: λ = 400 Вт/(м·К). Для углеродистых сталей λ = 50 Вт/(м·К). У жидкостей коэффициент теплопроводности, как правило, меньше 1 Вт/(м·К). Вода является одним из лучших жидких проводников теплоты, для нее λ = 0,6 Вт/(м·К).

Коэффициент теплопроводности неметаллических твердых материалов обычно ниже 10 Вт/(м·К).

Пористые материалы – пробка, различные волокнистые наполнители типа органической ваты – обладают наименьшими коэффициентами теплопроводности λ

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector