Презентация на тему: Раздел 9. Теплопередача через ограждающие конструкции

Раздел 9. Теплопередача через ограждающие конструкции
Энергия, работа и теплота
Работа и теплота
Связь внутренней энергии, работы и теплоты
Раздел 9. Теплопередача через ограждающие конструкции
Теплопередача в строительных конструкциях
1. Теплопроводность
Раздел 9. Теплопередача через ограждающие конструкции
Раздел 9. Теплопередача через ограждающие конструкции
Раздел 9. Теплопередача через ограждающие конструкции
Раздел 9. Теплопередача через ограждающие конструкции
2. Конвекция
Раздел 9. Теплопередача через ограждающие конструкции
Раздел 9. Теплопередача через ограждающие конструкции
Раздел 9. Теплопередача через ограждающие конструкции
3. Излучение
Законы излучения
Раздел 9. Теплопередача через ограждающие конструкции
Раздел 9. Теплопередача через ограждающие конструкции
4. Общий случай - несколько видов теплопередачи одновременно
Дифференциальное уравнение теплопроводности
Раздел 9. Теплопередача через ограждающие конструкции
Методы решения дифференциального уравнения теплопроводности
Примеры
Примеры
Раздел 9. Теплопередача через ограждающие конструкции
Особенности теплофизических характеристик строительных материалов
Раздел 9. Теплопередача через ограждающие конструкции
Факторы, влияющие на коэффициент теплопроводности λ
Факторы, влияющие на коэффициент теплопроводности λ
1/30
Средняя оценка: 5.0/5 (всего оценок: 87)
Код скопирован в буфер обмена
Скачать (1071 Кб)
1

Первый слайд презентации: Раздел 9. Теплопередача через ограждающие конструкции

1 Раздел 9. Теплопередача через ограждающие конструкции

Изображение слайда
2

Слайд 2: Энергия, работа и теплота

2 Энергия, работа и теплота Энергия - скалярная физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения материи и мерой перехода движения материи из одних форм в другие. Энергия является мерой способности физической системы совершить работу, поэтому количественно энергия и работа выражаются в одних единицах 1Дж (джоуль) = 1 Н м

Изображение слайда
3

Слайд 3: Работа и теплота

3 Работа и теплота Обмен энергией может происходить двумя способами: обмен механической энергией (потенциальной или кинетической) - совершение работы; обмен путем передачи энергии от движущихся молекул тел – процесс теплопередачи. Теплота – энергия, передаваемая путем теплопередачи. Работа – энергия, передаваемая механическим путем. Процессы, происходящие при совершении работы (энергетическое использование теплоты), изучает техническая термодинамика. Процессы, происходящие при передаче теплоты (технологическое использование теплоты), изучает теория теплопередачи.

Изображение слайда
4

Слайд 4: Связь внутренней энергии, работы и теплоты

4 Связь внутренней энергии, работы и теплоты 1. Первый закон (начало) термодинамики – закон сохранения энергии применительно к ТД системе с учетом взаимодействия с окружающей средой. δ Q = dU + δА - запись в дифференциальной форме для системы в целом, где Q – теплота ; U – внутренняя энергия; А – техническая работа. Теплота, сообщенная системе, расходуется ею на увеличение своей внутренней энергии и на работу системы против внешних сил. Если δА ''+'' – двигатель, т.е. система работает сама. Если δА '' - '' – внешняя сила совершает работу в системе (система-холодильник).  q = du +  а - для 1 кг массы системы

Изображение слайда
5

Слайд 5

5 2. Второй закон (начало) термодинамики – определяет направление передачи тепла в ТД системе. Формулировки: Теплота может перейти от холодного тела к горячему только при затрате внешней энергии. Теплота не может переходить от холодного тела к горячему без какого-либо изменения во внешней среде. Природа стремится перейти от менее вероятного состояния к более вероятному (Больцман). 3. Третий закон (начало) термодинамики утверждает, что абсолютный нуль температуры недостижим ( Т ≥ 0 К).

Изображение слайда
6

Слайд 6: Теплопередача в строительных конструкциях

6 Теплопередача в строительных конструкциях Теплопередача – процесс распространения теплоты от более нагретой точки к менее нагретой. Существует три способа теплопередачи: 1. Теплопроводность (кондуктивный теплообмен); 2. Конвекция (конвективный теплообмен); 3. Излучение (радиационный теплообмен).

Изображение слайда
7

Слайд 7: 1. Теплопроводность

7 1. Теплопроводность Теплопроводность – процесс передачи теплоты внутри твердого тела или при контакте двух твердых тел посредством изменения кинетической энергии движущихся молекул (которая определяет температуру тела). - внутри массивной части ограждения (стена, перекрытие, стекла и др.); - в малой степени - через воздух (2...3%). В строительных конструкциях теплопроводностью передается теплота:

Изображение слайда
8

Слайд 8

8 Профиль температуры Количество теплоты, переданной теплопроводностью, Дж : Т 1 > T 2 δ Здесь Т 1 - Т 2 - разность температур (температурный напор), °С; δ - толщина стенки, м; F ст - площадь стенки, м 2 ; τ - время теплопередачи, с; λ - коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м °С).

Изображение слайда
9

Слайд 9

9 Q – тепловой поток – количество теплоты, передаваемой за единицу времени через всю стенку (мощность источника тепла) [Вт] q – плотность теплового потока – количество теплоты, передаваемой через 1м 2 поверхности за единицу времени [Вт/м 2 ]. Закон Фурье: - в интегральной форме; - в дифференциальной форме

Изображение слайда
10

Слайд 10

10 Плотность теплового потока, переданного теплопроводностью, прямо пропорциональна коэффициенту теплопроводности материала λ и градиенту температур dT / dx Закон Фурье в векторной форме Тепловой поток Q, плотность теплового потока q - величины векторные, всегда перпендикулярны к изотерме и направлены противоположно вектору нормали к изотерме Знак "-" - автоматически учитывает направление передачи тепла, согласно второму закону термодинамики

Изображение слайда
11

Слайд 11

11 Коэффициент теплопроводности изменяется в пределах, В т/(м°С) λ ≈ 0 (вакуум)...0,024 (воздух)...418-430 (серебро)...1001-2600 (алмаз) При λ < 0, 25 Вт/(м°С) материал называется теплоизоляционным.

Изображение слайда
12

Слайд 12: 2. Конвекция

12 2. Конвекция Конвективный теплообмен (конвекция) – передача теплоты внутри газа или жидкости, или между твердым телом и обмывающей его жидкостью или газа. Перенос теплоты осуществляется путем перемешивания самого вещества (как вынужденно, так и самопроизвольно). Для возникновения конвекции необходима разность температур или скоростей. Виды конвекции: свободная (естественная) - при свободном движении среды за счет разности температур поверхности и газа; вынужденная - за счет влияния внешних сил (работы вентиляторов, ветра). Т s Т g q к

Изображение слайда
13

Слайд 13

13 - в воздушных прослойках (внутри стены, между стеклами и др.); - от жидкости-теплоносителя к батарее отопления и от батареи - к воздуху комнаты. В строительных конструкциях конвекцией передается теплота: - внутри помещений; - от комнатного воздуха к стене, от наружной стены - к наружному воздуху;

Изображение слайда
14

Слайд 14

14 Конвективный теплообмен у поверхности ограждения δ - толщина пограничного слоя; 1 - зона ламинарного течения воздуха; 2 - зона переходного течения воздуха; 3 - зона турбулентного течения воздуха пограничный слой Пограничный слой - пристеночный слой жидкости или газа, в котором происходят основные процессы перемешивания (вихреобразования), сопровождаемые резким изменением температуры. Т s Т g q к Т s > T g Величина плотности теплового потока, передаваемого конвекцией от среды к поверхности или наоборот, определяется уравнением Ньютона-Рихмана где α - коэффициент конвективной теплоотдачи (теплообмена) на поверхности стенки, Вт/(м 2 ·°С)

Изображение слайда
15

Слайд 15

15 Коэффициент конвективной теплоотдачи - это мощность теплового потока с 1 м 2 поверхности при температурном перепаде в 1°С.  - величина крайне непостоянная! Зависит: газ или жидкость; режим конвекции (своб./вынужд./кипение); скорость обдува; расположение/наклон стенки; размеры и форма стенки; ребристость и шероховатость стенки. Не зависит: материал стенки. Газ,  = 6-40 (своб. конв.)...12-120 (вын. конв.) Вт/(м 2 °С); Вода,  = 110-1100 (своб.)...500-11000 (напор)...2200-11000 (кипяток)

Изображение слайда
16

Слайд 16: 3. Излучение

16 3. Излучение Излучение (радиационный теплообмен, лучистый теплообмен) - превращение внутренней энергии вещества в энергию излучения (энергию фотонов, или электромаг-нитных волн), перенос этого излучения в пространстве через лучепрозрачную среду и его поглощение другим веществом. При температуре до 1500 °С основная часть энергии соответствует инфракрасному и частично световому излучению (λ=0,7÷50 мкм).

Изображение слайда
17

Слайд 17: Законы излучения

17 Законы излучения 1. Плотность теплового потока, передаваемого излучением, определяется законом Стефана-Больцмана Здесь ε = 0...1,0 – эффективная степень черноты тела = коэффициенту поглощения поверхности тела; σ 0 = 5,67×10 -8 Вт/(м 2 К 4 ) – постоянная Больцмана - константа излучения абсолютно черного тела; Т = t °C + 273,15 - термодинамическая температура, K. Для практических расчетов где С 0 = 5,67 Вт/(м 2 К 4 ) - коэффициент излучения абсолютно черного тела

Изображение слайда
18

Слайд 18

18 При 0 < ε < 1,0 – тело называется серым. Материал Степень черноты ε Медь полированная 0,018…0,023 Алюминий сильно окисленный 0,20...0,31 Кирпич 0,85…0,90 Железо окисленное 0,78…0,92 Железо оцинкованное 0,25…0,30 Стекло 0,85...0,95 Вода 0,95...0,963 Мрамор белый 0,95 Ламповая сажа 0,96

Изображение слайда
19

Слайд 19

19 При малых перепадах температур (например, в комнате) обычно используют упрощенную формулу : В строительстве по закону Стефана-Больцмана плотность теплового потока, передаваемого излучением, определяется относительно редко:

Изображение слайда
20

Слайд 20: 4. Общий случай - несколько видов теплопередачи одновременно

20 4. Общий случай - несколько видов теплопередачи одновременно Составляется уравнение теплового баланса для тепловых потоков, передаваемых теплопроводностью, конвекцией и излучением : Знак "+" - если теплота подводится к поверхности; знак "-" - если теплота отводится от поверхности.

Изображение слайда
21

Слайд 21: Дифференциальное уравнение теплопроводности

21 - дифференциальное уравнение теплопроводности Фурье для линейной (одномерной) нестационарной задачи Здесь - скорость изменения температуры в слое х ; - коэффициент температуропроводности материала слоя, м 2 /с. По аналогии : - плоская (двумерная) задача; - пространственная (трехмерная) задача ; Дифференциальное уравнение теплопроводности

Изображение слайда
22

Слайд 22

22 Для стационарной задачи (параметры не меняются по времени): Тогда дифференциальное уравнение теплопроводности Фурье записывается: - одномерная задача (распределение температур по стержню); - двумерная задача (распределение температур по плоскости); - трехмерная задача (распределение температур в пространстве) В стационарном процессе (при неизменных внешних параметрах) распределение температур не зависит от теплофизических характеристик материала.

Изображение слайда
23

Слайд 23: Методы решения дифференциального уравнения теплопроводности

23 Методы решения дифференциального уравнения теплопроводности Краевые условия = начальные условия (НУ) + граничные условия (ГУ). Начальные условия – для момента времени, равного нулю, существуют только для нестационарных задач. Граничные условия – условия теплообмена на границах тела. Для стационарной задачи краевые условия = ГУ. Аналитические решения существуют для очень ограниченного числа случаев (бесконечный и полубесконечный стержни, плоская, цилиндрическая и сферическая стенки и др.) - двойное интегрирование д.у. Фурье с учетом краевых условий (для определения констант интегрирования С 1, С 2 ). 1. Аналитический; 2. Численный

Изображение слайда
24

Слайд 24: Примеры

24 Примеры 1. Варианты задания граничных условий Т 1 Т 2 Т х q δ 1 δ 2 C 1, ρ 1, λ 1 C 2, ρ 2, λ 2 ГУ-1 ГУ-4

Изображение слайда
25

Слайд 25: Примеры

25 Примеры 2. Распределение температур в плоской стенке Т 1 Т х δ 1 C, ρ, λ Т 2 δ q x Д.у. Фурье для одномерной стационарной задачи: После интегрирования получаем: ГУ-1: Из граничных условий:

Изображение слайда
26

Слайд 26

26 Т 1 Т х δ 1 C, ρ, λ Т 2 δ q x Итоговое уравнение: - уравнение прямой линии, зависящей только от координаты х. Для одинакового х - одинаковое Т. Запомнить: 1. Распределение температур в плоской однородной стенке не зависит от свойств материала. 2. Все изотермы (линии Т = const ) параллельны поверхности стены. T = const T = const T = T(x)

Изображение слайда
27

Слайд 27: Особенности теплофизических характеристик строительных материалов

27 Особенности теплофизических характеристик строительных материалов Точность теплотехнического расчета определяется точностью задания теплофизических характеристик материала. - удельная теплоемкость, Дж/(кг °С); - коэффициент теплопроводности, Вт/(м °С); - объемная теплоемкость, Дж/(м 3 °С); - коэффициент температуропроводности, Вт/(м °С). Большинство строительных материалов - капиллярно-пористые тела, состоящие из твердого каркаса (скелета) и глухих или сообщающихся пор. В порах может быть влажный воздух, вода, лед.

Изображение слайда
28

Слайд 28

28 Теплопередача осуществляется одновременно: - теплопроводностью (через каркас); - конвекцией (в порах, при влагообмене и фильтрации воздуха); - излучением (в порах). Поэтому теплофизические характеристики стройматериалов непостоянны - изменяются в зависимости от состава, плотности, структуры и тепловлажностного состояния. При этом изменение с и ρ в строительных расчетах обычно не учитывается - изменение составляет всего несколько процентов. Основная переменная характеристика - коэффициент теплопроводности λ.

Изображение слайда
29

Слайд 29: Факторы, влияющие на коэффициент теплопроводности λ

29 Факторы, влияющие на коэффициент теплопроводности λ - химсостав и род материала (у неорганических λ выше) ; - средняя плотность (у газо- и пенобетонов, ↑ ρ→ ↑ λ ) ρ = 400...1000 кг/м 3 → λ = 0,14...0,40 Вт/(м °С); - величина пор и их сообщение между собой (оптимально - несообщающиеся диаметром 0,4...0,6 мм); - направление волокон (вдоль - выше); - влажность материала;

Изображение слайда
30

Последний слайд презентации: Раздел 9. Теплопередача через ограждающие конструкции: Факторы, влияющие на коэффициент теплопроводности λ

30 Факторы, влияющие на коэффициент теплопроводности λ - температура; - и др. металлы неметаллы Где найти значение λ ? Свод правил СП 23-101-2000, приложения СНиП II-3-79* Учитывают: - стройматериал; - плотность-пористость; - влажность (сухой/вар.А/вар.Б)

Изображение слайда