Wybrane zagadnienia przepływów ciepła

Opis

Wybrane zagadnienia przepływów ciepła

Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej

Autor: Bielski Sebastian

Skrypt poświęcony jest omówieniu trzech mechanizmów przepływu ciepła, czyli procesów przewodzenia, konwekcji i promieniowania, przy czym najwięcej miejsca poświęcono przewodzeniu. W treści opracowania zamieszczono sporą liczbę przykładów obliczeniowych ilustrujących opisywane zagadnienia.

Książka adresowana jest przede wszystkim do studentów kierunków technicznych, na których pojawiają się przedmioty dotyczące opisu wymiany ciepła. Poziom szczegółowości rozwiązań analitycznych niektórych zagadnień przewodzenia ciepła może być dobrą zachętą dla studentów zainteresowanych zastosowaniami metod matematycznych w fizyce i technice. Przedstawione zagadnienia i ich rozwiązania mogą stanowić wartościowe przykłady testowe w zakresie obliczeń numerycznych dla zagadnień dyfuzji. Zawarta w książce teoria może też być pomocna np. dla praktyków zajmujących się obliczaniem oporów cieplnych przegród budowlanych.

Spis treści ´

Wykaz ważniejszych oznaczeń 5 ´

Wstęp 7

1. Pojęcia wstępne 8

1.1. Definicje .  8

1.1.1. Ciepło . 8

1.1.2. Energia wewnętrzna .  8

1.1.3. Temperatura . . 9

1.1.4. Wymiana ciepła . . 9

1.2. Mechanizmy wymiany ciepła . .  12

1.2.1. Przewodzenie . 12

1.2.2. Konwekcja . 13

1.2.3. Promieniowanie cieplne . . 13

1.2.4. Wymiana ustalona i nieustalona . 13

1.3. Pojęcia i zależności opisujące przepływ ciepła . 14 ´

1.3.1. Przewodzenie .15

1.3.2. Przejmowanie . 17

1.3.3. Promieniowanie . .18

1.3.4. Przenikanie jako przykład złozonej wymiany ciepła . 19 ˙

2. Równanie przewodzenia ciepła 23

2.1. Przewodność cieplna . . . 23 ´

2.2. Temperatura jako pole skalarne .  . 24

2.3. Wyprowadzenie równania przewodzenia ciepła .  . 25

2.4. Warunki początkowe i brzegowe . . 31

3. Przewodzenie ciepła w stanie ustalonym bez źródeł ciepła 34

3.1. Przypadki jednowymiarowe .. 34

3.2. Ścianki złożone, prawo spadku temperatury, opór cieplny .  41 ˙

3.3. Zebro o stałym przekroju . . 61 ˙

3.4. Przypadki dwuwymiarowe . .. 64

4. Przewodzenie ciepła w stanie ustalonym z wewnętrznymi źródłami ciepła 73

4.1. Równanie przewodzenia ciepła w przypadku źródeł wewnętrznych . . . 73

4.2. Jednowymiarowe przewodzenie ciepła przy stałej gęstości źródeł . . . 74 ´

4.3. Przewodzenie ciepła przy nierównomiernym rozkładzie źródeł . . . . . 80

4.4. Przewodność cieplna zależna od temperatury . .. . 81 ˙

5. Przewodzenie ciepła w stanie nieustalonym 83

5.1. Zagadnienie podstawowe . . 83

5.2. Zagadnienie uwzględniające przejmowanie na brzegach . . . . 89

5.3. Uzupełnienie dotyczące warunków brzegowych . .  . 94

5.4. Stałe warunki brzegowe . . .. 96

5.5. Zagadnienie nieustalone dla kuli . . . . 99

5.6. Zagadnienie nieustalone dla walca . . . 102

5.7. Zagadnienie dwuwymiarowe . . . . 107

5.8. Jednowymiarowy przepływ ciepła w przypadku zmiennych w czasie

warunków brzegowych . . 112

5.9. Przykład zagadnienia nieustalonego w obecności źródeł ciepła  . 120 ´

5.10. Przewodzenie ciepła w tkance . 122

5.11. Tarcie jako żródło ciepła . . . 123

6. Wprowadzenie do matematycznego opisu konwekcji 125

6.1. Równanie ciągłosci . .  125 ´

6.2. Równanie Naviera–Stokesa . . . 129

6.3. Równanie energii . . 134

7. Promieniowanie 138

7.1. Pojęcia wstępne . . . 138

7.2. Definicje .  . 140

7.3. Zdolność emisyjna .. . 142 ´

7.4. Wymiana ciepła przez promieniowanie między powierzchniami

równoległymi .. 149

7.5. Prawo Lamberta .  153

Literatura 157