• Что такое коэффициент теплопроводности, его размерность, от чего зависит его величина, где его взять для выполнения расчетов?

Коэффициент теплопроводности – справочная величина.

 – коэффициент теплопроводности – теплофизическая константа вещества, характеризующая способность тела передавать тепло.

– плотность теплового потока [Вт/м²] =>=>

 – численно равен мощности теплового потока, проходящего через 1м²при=1.

Согласно молекулярно-кинетической теории вещества коэффициент теплопроводности в газах зависит, в основном, от скорости движения молекул, которая, в свою очередь увеличивается с ростом температуры и уменьшением массы молекул.

• Порядок величины коэффициента теплопроводности для различных веществ.

Для наиболее легкого газа Н₂=0,2 Вт/(мград) при комнатной температуре.

У более тяжелых газов теплопроводность меньше так у воздуха =0,025 Вт/(мград).

В металлах теплопроводность обусловлена движением электронов, которые в 3000 раз легче молекулы водорода. Поэтому теплопроводность металлов много выше. Самые теплопроводные металлы CuиAg=400 Вт/мград, для стали=50 Вт/(мград).

• Виды конвекции, и чем они отличаются.

В жидкостях и газах перенос тепла осуществляется и за счет перемешивания больших макроскопических объемов горячей и холодной жидкости. Перенос теплоты вместе с макроскопическими объемами вещества называется конвекцией.

• Естественная конвекция вызвана разностью плотности теплоносителя.

• Вынужденная конвекция происходит под воздействием, каких либо побудителей (насосов).

Число Нуссельта

Нуссельта число (по имени немецкого физика В. Нуссельта, W. Nußelt; 1882 - 1957), безразмерный параметр, характеризующий интенсивность конвективного теплообмена между поверхностью тела и потоком газа (жидкости).

где α = Q/ΔTS- коэффициент теплообмена,Q- количество тепла, отдаваемого (или получаемого) поверхностью тела в единицу времени, ΔT> 0 - разница между температурой поверхности тела и температурой газа (жидкости) вне пограничного слоя,S- площадь поверхности,l- характерный размер,- коэффициент теплопроводности газа.

• Основное уравнение конвективного теплопереноса — уравнение Ньютона.

Конвективный тепловой поток от нагревателя к нагреваемой среде зависит от начальной скорости движения молекул, плотности, вязкости, теплопроводности и теплоемкости и среды; очень важны также размер и форма нагревателя. Соотношение между соответствующими величинами подчиняется закону Ньютона:

,

где Q– мощность теплового потока (Вт),F– площадь поверхности источника тепла (м²),– температуры источника и его окружения (град.). Коэффициент конвективного теплопереносаαзависит от свойств среды, начальной скорости ее молекул, а также от формы источника тепла, и измеряется в единицах Вт/(м²град).

Величина αнеодинакова для случаев, когда воздух вокруг нагревателя неподвижен (свободная конвекция) и когда тот же нагреватель находится в воздушном потоке (вынужденная конвекция). В простых случаях течения жидкости по трубе или обтекания плоской поверхности коэффициентαможно рассчитать теоретически. Однако найти аналитическое решение задачи о конвекции для турбулентного течения среды пока не удается. Турбулентность – это сложное движение жидкости (газа), хаотичное в масштабах, существенно превышающих молекулярные.

Если нагретое (или, наоборот, холодное) тело поместить в неподвижную среду или в поток, то вокруг него образуются конвективные токи и пограничный слой. Температура, давление и скорость движения молекул в этом слое играют важную роль при определении коэффициента конвективного теплопереноса.