Сопротивление тепловосприятию
Контрольная работа - Физика
Другие контрольные работы по предмету Физика
Контрольная работа
по теплофизике
№ 7
1. Сопротивление теплопередачи
Так как тепловой поток, проходящий через ограждение, встречает на своем пути некоторое препятствие свободному перемещению, в практических расчетах удобно пользоваться величинами сопротивлений, которые выражают разность температур на границах того или иного слоя, приходящуюся на единичную плотность теплового потока: , м2К/Вт. Различают следующие сопротивления:
термическое сопротивление слоя (сопротивление при прохождении тепла через слой конструкции) ;
термическое сопротивление ограждения, состоящего из нескольких слоев ;
сопротивление тепловосприятию (сопротивление при переходе тепла от внутреннего воздуха к внутренней поверхности ограждения) , обычно при расчетах коэффициент тепловосприятия не рассчитывается по приведенным выше формулам, а принимается по справочнику;
сопротивление теплоотдаче (сопротивление при переходе тепла от наружной поверхности к наружному воздуху) , коэффициент теплоотдачи принимается по справочнику;
сопротивление теплопередаче ограждения , кроме того, .
Сопротивления тепловосприятию и теплоотдаче часто объединяют общим названием сопротивлений теплообмена у внутренней и наружной поверхностей. Несмотря на то, что их численные значения малы по сравнению с сопротивлением теплопередаче (например, для стен Rв = 0,115, Rн=0,043 м2К/Вт), но они сопоставимы с термическими сопротивлениями материальных слоев (так, сопротивление 15-ти миллиметрового слоя сухой штукатурки приблизительно равно 0,08 м2К/Вт, а сопротивление глиняного кирпича составляет порядка 0,16 - 0,22 м2К/Вт). Для определения термического сопротивления ограждения необходимо знать коэффициенты теплопроводности материалов, составляющих ограждение, а также размеры слоев. R не зависит от порядка расположения слоев, но другие теплотехнические показатели ограждения (теплоустойчивость, распределение температуры в ограждении и его влажностный режим) зависят, поэтому принято нумеровать слои многослойного ограждения, и нумерация ведется последовательно от внутренней поверхности ограждения к наружной. Пользуясь уравнением сопротивления теплопередаче ограждения можно определить толщину одного из его слоев (чаще всего утеплителя - материала с наименьшим коэффициентом теплопроводности), при котором ограждение будет иметь заданную (требуемую) величину сопротивления теплопередаче . Тогда требуемое сопротивление утеплителя можно вычислить как
,
где - сумма термических сопротивлений слоев с известными толщинами, а минимальную толщину утеплителя - так: . Для дальнейших расчетов толщину утеплителя необходимо округлять в большую сторону кратно унифицированным (заводским) значениям толщины того или иного материала. Например, толщину кирпича - кратно половине его длины (60 мм), толщину бетонных слоев - кратно 50 мм, а толщину слоев из иных материалов - кратно 20 или 50 мм в зависимости от шага, с которым они изготавливаются на заводах. При ведении расчетов сопротивлениями удобно пользоваться из-за того, что распределение температур по сопротивлениям будет являться линейным, а значит расчеты удобно вести графическим способом. В этом случае угол наклона изотермы к горизонту в каждом слое одинаков и зависит только от соотношения разности расчетных температур и сопротивления теплопередачи конструкции. А тангенс угла наклона есть не что иное как плотность теплового потока, проходящего через данное ограждение:
.
При стационарных условиях плотность теплового потока постоянна во времени, и значит,
,
где Rх - сопротивление части конструкции, включающее сопротивление теплообмену внутренней поверхности и термические сопротивления слоев конструкции от внутреннего слоя до плоскости, на которой ищется температура. Тогда . Например, температура между вторым и третьим слоем конструкции может быть найдена так:
.
2. Коэффициент теплопроницания
Количество теплоты, проходящей через ограждение, пропорционально разности температур воздуха с одной и с другой стороны ограждения, площади ограждения и времени, в течение которого происходит передача теплоты, и, кроме того, зависит от теплотехнических свойств самого ограждения. Количество теплоты Q, передаваемой ограждением, определяется по формуле
Q=k*(Tвн-Тн)*F*t
где k - коэффициент, зависящий от теплотехнических свойств ограждения и называемый коэффициентом теплопередачи, Вт/(м2 С); вн - температура воздуха с внутренней стороны ограждения, С;
Тн - температура воздуха с наружной стороны ограждения, С; - площадь ограждения, м2;
t - продолжительность передачи теплоты, с.
Для выяснения физического смысла коэффициента теплопередачи ограждения положим в формуле, что
вн-Тн = 1С, F = 1 м2, t = 1 с,
тогда k = Q,
Следовательно, коэффициент теплопередачи ограждения измеряется количеством теплоты, Дж, которое будет проходить в течение 1 с через 1 м2 ограждения при разности температур воздуха с одной и с другой его стороны, равной 1 С. Если вместо температур воздуха с одной и с другой стороны ограждения будут известны температуры на поверхностях ограждения, то формула Q примет вид: Q=?*(Tпов вн-Тпов н)*F*t где ? - коэффициент, зависящий от теплотехнических