Click here to load reader

43725066 Transfer Caldura Masa Miron

  • View
    102

  • Download
    14

Embed Size (px)

DESCRIPTION

transfer caldura

Text of 43725066 Transfer Caldura Masa Miron

  • 0

    Valeria MIRON

    TRANSFER DE CLDUR I MAS

  • 1

    INTRODUCERE

    Diversitatea domeniilor de aplicare a fenomenelor de transfer de cldur se datorete multiplelor aspecte sub care acestea se manifest n procesele industriale. Dei n anumite procese tehnologice transferul de cldur particip ca fenomen secundar, cunoaterea modului n care acesta poate influena bunul mers al procesului respectiv face posibil dirijarea corespunztoare a transferului de cldur, n scopul asigurrii unei desfurri optime din punct de vedere funcional i economic. Obiectivele principale ale studiului transferului de cldur sunt urmtoarele: - determinarea sau asigurarea cantitii de cldur transmis n unitatea de timp, n condiii date de temperatur; - verificarea compatibilitii materialelor utilizate n construcia instalaiilor i aparatelor cu regimul de temperatur la care sunt supuse. O deosebit importan prezint studiul calitativ i cantitativ al materialelor care s permit transferul de cldur n condiii economice optime sau al materialelor termoizolatoare care s limiteze pierderile sau ptrunderile de cldur n exterior. - stabilirea metodelor i procedeelor de intensificare sau de micorare a transferului de cldur. Aplicaiile industriale ale transferului de cldur sunt foarte complexe i necesit studierea, de la caz la caz, a tuturor fenomenelor sub care se manifest. Caracteristicile agenilor de lucru care particip la realizarea transferului de cldur n mainile i instalaiile termice ridic multiple aspecte sub care trebuie abordat transferul de cldur (parametri termofizici i termodinamici diferii, comportare diferit etc). Mrimi caracteristice transferului de cldur Transferul de cldur utilizeaz o serie de noiuni care, dei sunt folosite curent i n termodinamic, hidrodinamic (convecia presupune micarea fluidului) sau electrodinamic (radiaia presupune existena undelor electromagnetice) su denumiri specifice. Cele mai utilizate mrimi sunt: - cmpul de temperatur reprezint totalitatea valorilor temperaturii la un moment dat ; este o funcie de poziia punctului considerat i timp: - n coordonate plane: t = t(x,y,z,) - n coordonate cilindrice: t = t(r,,z,) - n coordonate sferice: t = t(r,,,) unde, r este raza cilindrului sau sferei, - latitudinea punctului i - azimutul punctului. Funcie de dependena temperatur timp, cmpul de temperatur poate fi: - cmp staionar (permanent sau constant) cnd temperatura n punctul

    considerat are aceeai valoare n orice moment ( 0t =

    ):

    - n coordonate plane: t = t(x,y,z) - n coordonate cilindrice: t = t(r,,z)

  • 2

    - n coordonate sferice: t = t(r,,) cmp nestaionar (nestabilizat sau variabil cnd temperatura variaz I n timp ( )

    ( )( )

    ==

    =

    ,,rttz,,rttz,y,xtt

    0t

    In funcie de numrul de coordonate care apar, cmpul de temperatur poate fi: - cmp tridimensional t = (x,y,z); - cmp bidimensional t = t(x,y); - cmp unidimensional t = t(x). In general, tehnica studiaz cmpurile termice staionare deoarece, n majoritatea proceselor industriale este necesar meninerea constant a temperaturilor. Procesul nestaionar este caracteristic perioadei de punere n funciune sau oprire a unei instalaii, proceselor de nclzire, rcire. Pentru un interval de timp foarte mare, teoretic infinit, procesul nestaionar nceteaz. Suprafaa izoterm reprezint totalitatea punctelor din spaiul considerat, care la momentul au aceeai temperatur t. n cmpul termic staionar, orice suprafa izoterm i pstreaz neschimbat forma i poziia, adic sunt suprafee izoterme staionare, iar n cmpul termic nestaionar o suprafa izoterm determinat i modific, n funcie de timp, forma i poziia, deci sunt suprafee izoterme nestaionare. Deoarece, la un moment dat, ntr-un punct al cmpului de temperatur nu pot coexista dou temperaturi diferite, rezult c suprafeele izoterme nu se intersecteaz. Ele sunt suprafee nchise sau se opresc la marginea corpului.

    Gradient de temperatur Considerm dou suprafee izoterme infinit apropiate, de temperaturi t i + dt (fig.1.). Intersectnd cele dou suprafee cu un plan pe o direcie oarecare x, se

    constant o variaie a temperaturii care, raportat la lungime are valoarea xt

    .

    Fig.1.

    Raportul maxim maxx

    t

    apare atunci cnd direcia oarecare x se confund cu

    normala la suprafaele izoterme:

    xn

    n

    t

    t+dt

  • 3

    nt

    maxxt

    =

    (1)

    n cmpul de temperatur variaia nt

    este modulul unui vector cu direcie

    perpendicular pe cele dou izoterme infinit apropiate, a crui mrime este egal cu limita raportului dintre diferena celor dou temperaturi i distana normalei lor comune. Sensul vectorului este astfel nct el s corespund creterii temperaturii. Acest vector se numete gradientul de temperatur:

    tonnt tgrand == (2)

    cu: on - vectorul normalei; - operatorul nabla;

    nt

    - derivata temperaturii n lungul normalei (deoarece temperatura variaz i cu

    timpul se consider derivata parial). Deci, gradientul de temperatur este un vector avnd direcia normal pe suprafeele izoterme, dirijat n sensul creterii temperaturii, al crui modul este egal cu derivata n funcie de distan a temperaturii pe aceast direcie.

    Valoarea gradientului de temperatur cu semn schimbat reprezint cderea de temperatur. Unitatea de msur a gradientului de temperatur este [K/m] sau [C/m]. Flux de cldur (flux termic), Q& , reprezint cantitatea de cldur ce se transmite printr-un corp sau de la un corp la altul printr-o suprafa izoterm, S, n unitate de timp, :

    = ddQQ& [W] (3)

    Fluxul termic unitar (densitatea de flux termic) q, reprezint fluxul termic raportat

    la unitatea de suprafa:

    dSdQq = [W/m2] (4)

    Modurile elementare de transfer de cldur Procesul de transfer de cldur este un proces complex format din moduri diferite de transfer de cldur. Clasificarea acestuia n moduri simplificate are drept scop facilitarea calculelor necesare pentru urmrirea ntregului proces, n toat complexitatea lui. Transferul de cldur se poate realiza n urmtoarele moduri: Conducia termic (transfer de cldur conductiv) reprezint transferul direct al cldurii n interiorul aceluiasi corp material lipsit de micri aparente, n masa cruia

  • 4

    exist diferene de temperatur sau n corpuri diferite, atunci cnd ntre acestea exist un contact intim i diferene de temperatur. Are loc prin transportul electronic, fotonic (oscilaiile particulelor componente) i prin radiaie (emisie i absorbie) ntre particulele elementare nvecinate (cu excepia gazelor). Este caracteristic corpurilor solide, la fluide (lichide i gaze) se manifest numai n stratul limit laminar. Depinde de natura corpului i de spectrul de izoterme. Legea conductiei termice este legea lui Fourier dup care, sensul fluxului de cldur este de la punctele cu temperaturi mai ridicate la punctele cu temperaturi mai sczute (sensul negativ al gradientului de temperatur):

    gradtSQ =& [w] (5) Convecia termic (transferul de cldur convectiv) reprezint schimbul de cldur dintr-un punct n altul prin amestecarea unei cantiti de fluid, din masa lui, cu alta cu temperatur diferit, din alt parte. Deci, convecia presupune obligatoriu o micare a corpului prin care trece cldura i deci, este specific fluidelor. Un caz special l reprezint transferul de cldur ntre un fluid i pereii solizi limitatori, proces care are loc att prin convecie ct i prin contactul direct dintre fluid i perete. Astfel, particulele de fluid de lng perete primesc sau cedeaz cldura de la acesta prin conducie, se amestec apoi cu particulele de fluid cu alt temperatur, transportnd cldura prin conducie i convecie. Legea de baz a convectiei termice este legea Newton :

    ftpt.S.Q =& [W] (6) Radiaia termic reprezint schimbul de cldur prin unde electromagnetice. Mecanismul de transformare a energiei termice n energie radiant, pe baza interpretrii lui Planck, se prezint astfel: n urma unui oc dintre molecule, atomi, electroni liberi n interiorul unui corp, electronii sunt scoi din starea de echilibru i trec de la un nivel energetic la altul. La revenirea la poziia iniial, care reprezint o stare de stabilitate mai mare, energia termic primit n urma ocului este eliberat sub forma undelor electromagnetice care sunt emise n spaiu.

  • 5

    Capitolul 1

    CONDUCIA TERMIC Conducia termic reprezint procesul de transfer de cldur dintr-o zon cu temperatur mai ridicat ctre o zon cu temperatur mai sczut n interiorul unui mediu solid, lichid sau gazos sau ntre medii diferite n contact fizic direct, sub influena unei diferene de temperatur, fr o deplasare aparent a particulelor care alctuesc mediile respective. Mecanismul transferului de cldur prin conducie se desfoar diferit prin corpurile solide, lichide sau gazoase : a) la corpurile solide nemetalice (dielectrice), conducia termic se realizeaz prin vibraia termic a reelei cristaline, care poate fi considerat ca o suprapunere de unde acustice elastice. Astfel, dac un cristal are dou fee la temperaturi diferite, energia termic este transferat prin fononi de la faa cald la cea rece prin radiaie acustic, n mod asemntor propagrii energiei n spaiu prin unde electromagnetice (conceptul de fonon n conducia termic este analog celui de foton din teoria radiaiei electromagnetice). La trecerea prin material, fononii sunt atenuai datorit fenomenului de dispersie (mprtiere), atenuarea undelor termoacustice fiind o mrime proporional cu rezistena termic la conducie; b) la corpurile solide metalice i semiconductoare, conducia termic se realizeaz prin fononi i electronii liberi (de valen) considerai ca un gaz monoatomic perfect. Transferul de energie prin electronii liberi este de (1030) ori mai mare dect cel prin fononi; c) la corpurile lich

Search related