Тепловая проводимость — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Cтраница 1
Тепловые проводимости, теплоемкости и мощности могут зависеть от искомых температур. Поэтому в общем случае получающиеся системы уравнений являются нелинейными. Однако при решении систем нелинейных уравнений обычно организуют итерационный процесс, при котором определение очередного приближения проводится путем решения системы линейных уравнений, в которой проводимости, теплоемкости и мощности рассчитаны по значениям температур, найденным на предыдущей итерации. [1]
Тепловая проводимость между поверхностями тел, отделенных друг от друга прослойкой, заполненной жидкостью или газом. [2]
Тепловая проводимость от меди якоря к охлаждающему воздуху ( рис. 52 и 54) имеет место: а) в вентиляционных каналах, б) в лобовых частях. [3]
Тепловая проводимость контактов уменьшается при снижении теплопроводности контактирующих элементов, однако аналитическая зависимость еще не найдена.
Тепловая проводимость среды ут зависит от коэффициента теплопроводности и геометрических размеров теплочувствительного элемента и камеры. [5]
Тепловая проводимость среды зависит от теплопроводности, определяемой по справочным данным из геометрических соотношений, и для ее расчета можно использовать аналогичные формулы электрической проводимости, заменив удельную проводимость теплопроводностью. [6]
Тепловая проводимость воздушного зазора между трубой и ампулой Л ( t) и теплоемкость ампулы Ca ( t) в каждом конкретном калориметре являются постоянными прибора и отыскиваются из градуировочных опытов. Важно, чтобы K t) и Ca ( t) отличались высокой стабильностью и определялись с надлежащей точностью.
| Тепловая характеристика корпуса аппарата. дк1 10 град, Р. 44 8 вт. вк2 30 град. Р2 160 вт. [8] |
Определим тепловые проводимости между средой и поверхностями корпуса: ак с б 8 48 — 0 4 3 39; ак. [9]
Вычислим тепловые проводимости между нагретой зоной и корпусом аппарата. [10]
Число тепловых проводимостей уменьшается и сводится к четырем: ст3 — лучистой проводимости между нагретой зоной и корпусом; аэ. [11]
Определение тепловой проводимости контакта по выражению ( 1 — 26) сводится в основном к получению значения относительной фактической площади контакта. Операции по определению относительной площади фактического контакта теоретическим путем из-за сложности получения функциональной связи между площадью фактического касания, давлением, механическими свойствами материалов и геометрией поверхностей чрезвычайно трудоемки, поэтому автор считает целесообразным обобщить большой экспериментальный материал по контактному теплообмену.
Принимаем тепловую проводимость загрязнений со стороны греющего пара l / arp. [13]
Принимаем тепловую проводимость загрязнений со стороны греющего пара Чагр. [14]
Кт — эффективная тепловая проводимость тепломера; Kr Q / ATr, определяется непосредственно в тепловом блоке с помощью образцовых мер теплопроводности из оргстекла, кварца или стали. [15]
Страницы: 1 2 3 4
12 примеров тепловой энергии в повседневной жизни
Тепловая энергия относится к энергии, которой обладает объект в результате движения частиц внутри объекта. Это внутренняя кинетическая энергия объекта, которая исходит от случайных движений молекул и атомов объекта.
В то время как молекулы и атомы, составляющие материю, постоянно движутся, когда объект нагревается, повышение температуры заставляет эти частицы двигаться быстрее и сталкиваться друг с другом.
Чем быстрее движутся эти частицы, тем выше тепловая энергия объекта.
Она может быть записана математически как произведение постоянной Больцмана (k B) и абсолютной температуры (T).
Тепловая энергия = k B T
Термин «тепловая энергия» может также применяться к количеству передаваемого тепла или энергии, переносимой тепловым потоком.
Тепловая энергия (или термическая энергия) может передаваться от одного тела другому через три процесса —
- Проводимость: это наиболее распространенная форма теплопередачи, которая происходит через физический контакт: передача внутренней энергии за счет микроскопических столкновений частиц и движения электронов внутри тела.
- Конвекция: представляет собой передачу тепла из одной области в другую в результате движения жидкостей, например, жидкостей и газов.
- Излучение — это передача энергии в виде частиц или волн через пространство или среду. Чем горячее объект, тем больше он будет излучать тепловой энергии.
Чтобы лучше объяснить это явление, мы собрали некоторые из лучших примеров тепловой энергии, которые вы видите в повседневной жизни.
12. Солнечная энергия
Тип теплопередачи: Излучение
Солнце — это почти идеальная сфера горячей плазмы, которая преобразует водород в гелий посредством миллиардов химических реакций, которые в конечном итоге производят интенсивное количество тепла.
Вместо того, чтобы находиться рядом с Солнцем, тепло излучается вдаль от звезды и в космос. Небольшая часть этой энергии (тепла) достигает Земли в виде света. В основном она содержит инфракрасный, видимый и ультрафиолетовый свет. Передача тепловой энергии таким образом называется тепловым излучением.
В то время как часть тепловой энергии проникает в атмосферу Земли и достигает земли, часть ее блокируется облаками или отражается от других объектов. Солнечный свет, достигающий поверхности Земли, нагревает ее.
По данным Университета Орегона, вся Земля получает в среднем 164 Ватта на квадратный метр в течение суток.
Это означает, что вся планета получает 84 тераватта энергии.
11. Тающий лед
Тип теплопередачи: Конвекция
Тепловая энергия всегда течет из регионов с более высокой температурой в регионы с более низкой температурой. Например, когда вы добавляете к напитку кубики льда, тепло переходит из жидкости в кубики льда.
Температура жидкости падает по мере того, как тепло переходит от напитка к льду. Тепло продолжает перемещаться в самую холодную область напитка до тех пор, пока не достигнет равновесия. Потеря тепла приводит к падению температуры напитка.
10. Топливные элементы
Топливный элемент, который принимает водород и кислород в качестве входных данныхТеплопередача: зависит от типа топливного элемента
Топливные элементы — это электрохимические устройства, которые преобразуют химическую энергию топлива и окислителя в электрическую энергию. При работе топливного элемента значительная часть входной энергии используется для выработки электрической энергии, а оставшаяся часть преобразуется в тепловую энергию в зависимости от типа топливного элемента.
Тепло, получаемое в ходе этого процесса, используется для повышения энергоэффективности. Теоретически топливные элементы являются гораздо более энергоэффективными, чем обычные процессы: если отработанное тепло улавливается в когенерационной схеме, эффективность может достигать 90%.
9. Геотермальная энергия
Тип теплопередачи: мантийная конвекция
Геотермальная энергия — это тепло, получаемое в недрах Земли. Оно содержится в жидкостях и породах под земной корой и может быть найдено глубоко в горячей расплавленной породе Земли — магме.
Она образуется в результате радиоактивного распада материалов и непрерывной потери тепла от формирования планеты. Температура и давление на границе ядра и мантии могут достигать более 4000°C и 139 ГПа, в результате чего некоторые породы расплавляются, а твердая мантия ведет себя пластически.
Это приводит к тому, что части мантии конвектируются вверх (так как расплавленная порода легче, чем окружающие твердые породы).
Пар и/или вода переносят геотермальную энергию на поверхность планеты, откуда она может быть использована для охлаждения и обогрева, или может быть использована для производства чистого электричества.
8. Тепловая энергия в океане
Тип теплопередачи: Конвекция и Проводимость
На протяжении десятилетий океаны поглощали более 9/10 избыточного тепла атмосферы от выбросов парниковых газов. Согласно исследованию, океан нагревается со скоростью 0,5-1 ватт энергии на квадратный метр в течение последних десяти лет.
Океаны обладают невероятным потенциалом для хранения тепловой энергии. Поскольку их поверхности подвергаются воздействию прямых солнечных лучей в течение длительных периодов времени, существует огромная разница между температурами мелководных и глубоководных морских районов.
Эта разница температур может быть использована для запуска теплового двигателя и выработки электроэнергии. Этот тип преобразования энергии, известный как преобразование тепловой энергии океана, может работать непрерывно и может поддерживать различные побочные отрасли.
7. Солнечная плита
Тип теплопередачи: излучение и проводимость
Солнечная плита — это низкотехнологичное, недорогое устройство, использующее энергию прямых солнечных лучей для нагрева, приготовления или пастеризации напитков и других пищевых материалов. В солнечный день она может достигать температуры до 400°C.
Все солнечные плиты работают по трем основным принципам:
- Концентрат солнечного света : устройство имеет зеркальную поверхность для концентрации солнечного света в небольшой зоне для приготовления пищи.
- Преобразование световой энергии в тепловую энергию. Когда свет падает на материал приемника (кастрюлю), он преобразует свет в тепло, и это мы называем проводимостью.
- Ловушка тепловой энергии : стеклянная крышка изолирует воздух внутри плиты от наружного воздуха, сводя к минимуму конвекцию (потери тепла).
6. Потирая руку
Тип теплопередачи: Проводимость
Когда вы потираете руки, трение превращает механическую энергию в тепловую.
Механическая энергия относится к движению ваших рук.
Поскольку трение происходит за счет электромагнитного притяжения между заряженными частицами на двух соприкасающихся поверхностях, трение рук друг о друга приводит к обмену электромагнитной энергией между молекулами наших рук. Это приводит к тепловому возбуждению молекул наших рук, которые в конечном итоге вырабатывают энергию в виде тепла.
5. Тепловой двигатель
Тип теплопередачи: Конвекция
Тепловой двигатель преобразует тепловую энергию в механическую энергию, которую затем можно использовать для выполнения механической работы. Двигатель забирает энергию из тепла (по сравнению с окружающей средой) и превращает ее в движение.
В зависимости от типа двигателя применяются разные процессы, такие как использование энергии ядерных процессов для выработки тепла (уран) или воспламенение топлива в результате сгорания (уголь или бензин). Во всех процессах цель одна и та же: преобразовать тепло в работу.
Ежедневные примеры тепловых двигателей включают паровоз, двигатель внутреннего сгорания и тепловую электростанцию. Все они приводятся в действие расширением нагретых газов.
4. Горящая свеча
Тип теплопередачи: Проводимость, Конвекция, Излучение
Свечи делают свет, производя тепло. Они преобразуют химическую энергию в тепло. Химическая реакция называется сгоранием, при котором воск свечи вступает в реакцию с кислородом на воздухе и образует бесцветный газ, называемый углекислым газом, вместе с небольшим количеством пара.
Пар образуется в синей части пламени, где воск горит чисто с большим количеством кислорода. Но поскольку ни один воск не горит идеально, они также производят немного дыма (аэрозоль) в яркой, желтой части пламени.
На протяжении всего процесса фитиль поглощает воск и горит, чтобы произвести свет и тепловую энергию.
3. Электрические тостеры
Тип теплопередачи: тепловое излучение
Электрический тостер забирает электрическую энергию и очень эффективно преобразует ее в тепло.
Он состоит из рядов тонких проволок (нитей), которые расположены достаточно широко друг от друга, чтобы поджарить всю поверхность хлеба.
Когда электричество течет по проводу, энергия передается от одного конца к другому. Эта энергия переносится электронами. На протяжении всего процесса электроны сталкиваются друг с другом и с атомами в металлической проволоке, выделяя тепло. Чем больше электрический ток и чем тоньше провод, тем больше происходит столкновений и выделяется больше тепла.
2. Современные системы отопления дома
Тип теплопередачи: Конвекция
Два распространенных типа отопительных систем, установленных в зданиях, — это системы отопления теплым воздухом и горячей водой. Первая использует тепловую энергию для нагрева воздуха, а затем циркулирует по системе воздуховодов и регистров. Теплый воздух выдувается из воздуховодов и циркулирует по помещениям, вытесняя холодный воздух.
Второй использует тепловую энергию для нагрева воды, а затем прокачивает ее по всему зданию в системе труб и радиаторов.
Горячий радиатор излучает тепловую энергию в окружающий воздух. Затем теплый воздух движется по помещениям конвекционными потоками.
1. Процессоры и другие электрические компоненты
Тип теплопередачи: Конвекция и Проводимость
Процессор, графический процессор и система на чипе рассеивают энергию в виде тепла за счет сопротивления в электронных схемах. Графические процессоры в ноутбуках/настольных компьютерах потребляют и рассеивают значительно больше энергии, чем мобильные процессоры из-за их более высокой сложности и скорости.
Для поддержания оптимальной температуры микропроцессоров используются различные типы систем охлаждения. Например, обычная настольная система охлаждения ЦП предназначена для рассеивания до 90 Вт тепла без превышения максимальной температуры соединения для ЦП настольного компьютера.
Что такое теплопроводность? Обзор
Теплопроводность (часто обозначаемая k, λ или κ) относится к внутренней способности материала передавать или проводить тепло.
Это один из трех способов передачи тепла, два других — конвекция и излучение. Процессы теплопередачи можно количественно определить с помощью соответствующих уравнений скорости. Уравнение скорости в этом режиме теплообмена основано на законе теплопроводности Фурье.
Определяется также как количество тепла в единицу времени на единицу площади, которое может быть проведено через пластину единичной толщины из данного материала, поверхности которой отличаются на одну единицу температуры.
Теплопроводность возникает за счет молекулярного перемешивания и контакта и не приводит к объемному движению самого твердого тела. Тепло движется по температурному градиенту из области с высокой температурой и высокой молекулярной энергией в область с более низкой температурой и более низкой молекулярной энергией. Этот перенос будет продолжаться до тех пор, пока не будет достигнуто тепловое равновесие. Скорость передачи тепла зависит от величины температурного градиента и конкретных тепловых характеристик материала.
{2}\))
\(T2{-}T1\) = градиент температуры (\(K\))
Изменение теплопроводности
Теплопроводность конкретного материала сильно зависит от ряда факторов. К ним относятся градиент температуры, свойства материала и длина пути, по которому следует тепло.
Теплопроводность окружающих нас материалов существенно различается: от материалов с низкой теплопроводностью, таких как воздух со значением 0,024 Вт/м•К при 0°C, до металлов с высокой проводимостью, таких как медь (385 Вт/м•К).
Теплопроводность материалов определяет, как мы их используем, например, материалы с низкой теплопроводностью отлично подходят для изоляции наших домов и предприятий, а материалы с высокой теплопроводностью идеально подходят для приложений, где необходимо быстро и эффективно перемещать тепло от одного области в другую, как в кухонной утвари и системах охлаждения в электронных устройствах. Выбирая материалы с теплопроводностью, соответствующей применению, мы можем добиться наилучших возможных характеристик.
Теплопроводность и температура
В связи с тем, что движение молекул является основой теплопроводности, температура материала оказывает большое влияние на теплопроводность. Молекулы будут двигаться быстрее при более высоких температурах, и поэтому тепло будет передаваться через материал с большей скоростью. Это означает, что теплопроводность одного и того же образца может резко измениться при повышении или понижении температуры.
Способность понять влияние температуры на теплопроводность имеет решающее значение для обеспечения того, чтобы продукты вели себя должным образом при воздействии теплового стресса. Это особенно важно при работе с продуктами, выделяющими тепло, такими как электроника, и при разработке огнезащитных и теплозащитных материалов.
Теплопроводность и структура
Значения теплопроводности существенно различаются в зависимости от материала и сильно зависят от структуры каждого конкретного материала. Некоторые материалы будут иметь разные значения теплопроводности в зависимости от направления распространения тепла; это анизотропные материалы.
В этих случаях тепло легче перемещается в определенном направлении из-за того, как устроена структура.
При обсуждении тенденций теплопроводности материалы можно разделить на три категории; газы, неметаллические твердые вещества и металлические твердые вещества. Различные способности этих трех категорий с точки зрения передачи тепла можно объяснить различиями в их структурах и движениях молекул.
Газы имеют более низкую относительную теплопроводность, так как их молекулы не так плотно упакованы, как в твердых телах, и поэтому теплопередача сильно зависит от свободного движения молекул и молекулярной скорости.
Газы плохо передают тепло. Напротив, молекулы неметаллических твердых тел связаны в сеть решеток, и поэтому теплопроводность в основном возникает за счет колебаний в этих решетках. Непосредственная близость этих молекул по сравнению с молекулами газов означает, что неметаллические твердые вещества имеют более высокую теплопроводность из двух, однако внутри этой группы существуют большие различия.
Это изменение частично связано с количеством воздуха, присутствующего в твердом теле. Материалы с большим количеством воздушных карманов являются отличными изоляторами, а материалы с более плотной упаковкой будут иметь более высокое значение теплопроводности.
Теплопроводность металлических твердых тел еще раз отличается от предыдущих примеров. Металлы обладают самой высокой теплопроводностью среди всех материалов, за исключением графена, и обладают уникальным сочетанием тепло- и электропроводности. Оба этих атрибута передаются одними и теми же молекулами, и связь между ними объясняется законом Видемана-Франца. Этот закон свидетельствует о том, что при определенной температуре электропроводность будет пропорциональна теплопроводности, однако с повышением температуры теплопроводность материала будет расти, а электропроводность уменьшаться.
Испытание и измерение теплопроводности
Теплопроводность является важнейшим компонентом взаимосвязи между материалами, и способность понять ее позволяет нам добиться наилучших результатов от материалов, которые мы используем во всех аспектах нашей жизни.
Эффективное тестирование и измерение теплопроводности имеют решающее значение для этой цели. Методы измерения теплопроводности можно разделить на стационарные и переходные. Это разграничение является определяющей характеристикой того, как работает каждый метод. Методы стационарного состояния требуют, чтобы образец и эталонные образцы находились в тепловом равновесии до начала измерений. Переходные методы не требуют выполнения этого правила и поэтому дают результаты быстрее.
Исследовательские работы
Получение пористой муллитовой керамики с низкой теплопроводностью
В этом исследовании анализируется муллитовая керамика, образованная в результате вспенивания и отверждения крахмалом порошка муллита, и анализируется изменение ее теплопроводности в зависимости от пористости керамики. По мере увеличения пористости муллитовой керамики увеличивается и теплопроводность.
Нанографит/парафиновый материал с фазовым переходом и высокой теплопроводностью
Композиты нанографита (НГ)/парафина были приготовлены в качестве композиционных материалов с фазовым переходом.
Добавление ПГ повысило теплопроводность композиционного материала. Материал, содержащий 10% NG, имел теплопроводность 0,9362 Вт/м•K
Ссылки:
Nave, R. HyperPhysics. «Теплопроводность». Государственный университет Джорджии.
Доступно по адресу: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/thercond.html#c1
Материалы курса NDT. «Теплопроводность». Ресурсный центр по неразрушающему контролю.
Доступно по адресу: https://www.ndeed.org/EducationResources/CommunityCollege/Materials/Physical_Chemical/ThermalConductivity.htm
Williams, M. «Что такое теплопроводность?». Физ.орг. 9 декабря 2014 г.
Доступно по адресу: http://phys.org/news/2014-12-what-is-heat-conduction.html
Что вы подразумеваете под теплопроводностью? Получено из базы данных термических свойств материалов Definition of Thermal Conductivity
Thermtest . Список теплопроводностей
Что такое теплопроводность? Как это измеряется? – TAL
Автор Джон Клиффорд, стажер-химик
Что такое теплопроводность?
Рисунок 1: Теплопередача за счет теплопроводности плоской стенки, показывающая важность теплопроводности в теплопередаче
Теплопроводность — это свойство, описывающее способность материала проводить тепло.
Часто обозначается как k и имеет единицы СИ Вт/м·К (Ватт на метр по Кельвину). Теплопроводность является ключевым параметром при измерении кондуктивной теплопередачи.
Тепло может передаваться тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением. Весь теплообмен происходит, когда между двумя областями существует разница температур; проводимость отличается тем, что теплота «проходит через тело самого вещества» [1]. Внутри твердых тел конвекция отсутствует, а излучение обычно незначительно, а это означает, что проводимость чрезвычайно важна для описания теплового поведения.
Поскольку проводимость происходит через вещество, она может происходить либо внутри объекта, либо через два контактирующих материала. Определяющая формула кондуктивной теплопередачи описывается законом теплопроводности Фурье:
q = -k ∇T
Где q — тепловой поток (Вт/м 2 ), ∇T 900 70 это градиент температуры (К/м), к – коэффициент теплопроводности [2].
Это математически демонстрирует, что теплопередача линейно пропорциональна градиенту температуры, а теплопроводность материала представляет собой константу пропорциональности. Это означает, что он может иметь большое влияние на скорость теплопередачи.
Поскольку теплопроводность является физическим свойством, она будет меняться в зависимости от типа, структуры и состояния материала. Точно так же это также функция температуры, которую важно учитывать в приложениях, где температура может сильно варьироваться, например, в электронном управлении температурой [3]. Точно так же обратной величиной теплопроводности является тепловое удельное сопротивление, которое является внутренним свойством, указывающим на эффективность материала в качестве изолятора [1].
Электропроводность твердых тел может сильно различаться. Например, металлы обычно очень теплопроводны из-за делокализованного движения электронов в металлической связи. Это способствует более быстрому нагреву металлов, чем другие материалы, такие как пластик или стекло.
Рисунок 2: Медные листы, металл с высокой теплопроводностью, часто используемый в промышленности
Однако все твердые тела, включая металлы, проводят тепло за счет вибрации между соседними атомами. Некоторые твердые вещества, такие как пенополистирол, имеют низкое значение
Одним из примеров важности проводимости является область полимерных композитов и добавок. Полимеры все чаще используются в радиаторах от электроники до биомедицинских устройств и автомобильных деталей.
Рис. 3. Термопаста, теплопроводящий материал, изготовленный с использованием проводящих добавок для эффективного отвода тепла
Однако для того, чтобы заменить металлы и керамику в этих чувствительных к теплу применениях, теплопроводность должна быть улучшена. Это достигается за счет использования добавок, повышающих проводимость, таких как медь, серебро, углеродные нанотрубки и графен. Затем эти композиты можно использовать для управления температурным режимом, поскольку повышенная проводимость будет более эффективно отводить тепло от чувствительных материалов. Однако проблемы с распределением наполнителя в полимерной матрице могут изменить ее термические свойства. Следовательно, необходимо протестировать и количественно оценить тепловые характеристики, чтобы убедиться, что композит функционирует так, как задумано [5].
Как это измеряется?
Рис. 4. Датчик C-Therm с модифицированным плоскостным источником переходных процессов (MTPS) — быстрый и точный способ измерения теплопроводности время от 1 до 3 секунд.
Рис. 5. Датчик плоскостного источника переходного процесса (TPS), двухсторонний датчик для более опытных пользователей
Датчик плоского источника переходного процесса представляет собой двусторонний датчик горячего диска. Он может одновременно определять теплопроводность, температуропроводность и рассчитывать удельную теплоемкость по одному измерению. Он работает при температуре от -50 до 300°C, соответствует стандарту ISO 22007-2 и рекомендуется для твердых веществ [6].
Рис. 6. Датчик линейного источника переходных процессов (TLS), рекомендуемый для расплавов полимеров и геологических применений
Наконец, в методе переходного линейного источника используется датчик типа игольчатого зонда, который полностью погружается в материал, нагревая его в радиальном направлении.
Дополнительная информация:
Дополнительная информация об испытаниях на теплопроводность
Услуги по проведению испытаний по договору
______________________________________________________________________
Ссылки:
[1] Карслоу, Х.С. и Джагер, Дж. К. (1959). Теплопроводность твердых тел . Оксфорд. https://books.google.ca/books/about/Conduction_of_Heat_in_Solids.html?id=y20sAAAAYAAJ&redir_esc=y
[2] Бергман, Т.Л. и Лавин, А.С. (2017). Основы тепломассообмена
[3] C-Therm Technologies. (2022). Управление температурным режимом в электромобилях .