Температура металла в зависимости от температуры воздуха
Обновлено: 02.07.2024
Вспомните, насколько горячей кажется ложка в чашке горячего чая. Деревянная ложка, даже если ее нагреть до той же температуры, не будет казаться столь горячей.
Все дело в высокой теплопроводности металла. Температура тела 36,6°C (правда, верхние слои кожи немного холоднее). Если прикоснуться к более холодному предмету, тепло начнет перетекать в него. Температура вблизи поверхности кожи снизится, и мы почувствуем прохладу (или сильный холод, если контраст велик).
Отдаваемое нашим телом тепло нагревает верхние слои холодного предмета. Но если он обладает высокой теплопроводностью (как металл), то энергия быстро растекается по всему объему, рост температуры оказывается незначительным, и перетекание тепла продолжается — мы чувствуем, что предмет остается холодным.
При низкой теплопроводности (как у дерева) внешние слои прогреваются очень быстро — иногда так быстро, что мы даже не обращаем внимания на то, что несколько секунд предмет кажется чуть прохладным. После этого теплоотдача почти останавливается, и мы чувствуем, что предмет согрелся.
С горячими предметами всё обстоит с точностью до наоборот.
Высокая теплопроводность металлов объясняется наличием в них свободных электронов — тех самых, что обеспечивают электропроводность металлов. Электроны в металлах в отличие от атомов не остаются на месте, а быстро перемещаются по всему объему, перенося при этом тепло.
Батарей 11.05.2011 09:02 Ответить
То есть теплопередача осуществляется свободными электронами? А можно ссылочку на более подробную информацию об участии электронов в проведении тепла? И чем в таком случае объяснить высокую теплопроводность и низкую электропроводность алмаза?
Vladimir_V Батарей 17:26 Ответить
Это вопрос уже несколько за пределами темы. Ключевой момент - теплопроводность, а уже ее генезис - вторичен.
Кстати, недавно появился новый материал - вспененный никель с микрокапсулами. Теплопроводность - как у пенопласта. А ведь это металл!
Но такой металл будет на ощупь много теплее любого дерева.
taras Vladimir_V 12:32 Ответить
Металлическая пена и электричество проводит плохо. А тепло электроны всё таки даже в сплошном металле переносят хуже, чем электрический заряд.
taras Батарей 12:31 Ответить
Тем, что электроны - не единственный переносчик. Электроны проводимости - лучший переносчик, из имеющихся в твёрдых телах. Но ещё лучше тепло переносятся молекулами жидкости или газа. Или атомами в случае одноатомного газа, или металлического расплава. Но не всегда, а только при эффективной конвекции. Если греть сверху, то тепло атомами и молекулами жидкостей и газов переносится очень плохо. Поэтому то вата - хороший тепло-изолятор: там очень затруднена конвекция. И несколько хуже, чем электроны, но иногда тоже не плохо тепло переносится атомами кристалла. Если убрать один переносчик, то определяющее значение получает следующий. В кристалле алмаза тепло хорошо передают атомы самого кристалла, в металле они бы это делали не хуже, да вот беда - электроны проводимости уже переносят слишком большую тепловую мощность и самому кристаллу остаются крохи.
aif 18.05.2011 14:44 Ответить
Все просто. В металлах переносят тепло в основном электроны (смотреть Видемана -Франца закон). В алмазе нет свободных электронов, и теплопроводность осуществляется за счет колебаний атомов в решетке (фононы).
В ответе не всё правильно, хотя сама ссылка на теплопроводность предметов, как причину, правильная. Главная "фишка" в том, что нервные клетки, служащие датчиками температуры, расположены не в предмете, конечно, а в вашей коже и мерят, фактически, не температуру предмета, а температуру кожи, касающуюся предмета. А дальше как было обьяснено: если теплопроводность предмета высокая, то поверхностная часть кожи, где находятся нервные клетки, меняет температуру в сторону температуры предмета, и, разумеется, чем выше теплопроводность предмета, тем это изменение выше. Поэтому при комнатной температуре, которая ниже температуры тела, когда кожа соприкосается только с воздухом, температура того слоя кожи человека, где располагаются нервные клетки, достаточно далека от температуры воздуха, так как теплопроводность воздуха очень маленькая, но мы воспринимаем "показания" нервных клеток как температуру воздуха. Но вот мы коснулись поверхности металла, имеющего ту же комнатную температуру, и из-за повышения теплопроводности понижается температура кожи, и мы чуствуем это, но воспринимаем как то, что металл холоднее.
silly_sad 16.09.2011 11:52 Ответить
вообще рубрика гениальная.
но этот ответ мне категорически не понравился -- его способен понять только тот (кто уже знает о теплопроводности (додумать то (чего автор стыдливо умалчивает) (типо так станет понятнее детем. ага!)))
а вообще типовое отношение к детям.
и никаких им картинок не доросли ещё!
хотя теплопроводность вполне объяснима на пальцах
taras silly_sad 12:59 Ответить
taras silly_sad 13:01 Ответить
"хотя теплопроводность вполне объяснима на пальцах" Ну попробуй объяснить. Я кандидат наук. Но даже я скорей всего НЕ пойму. Поймёт ли Хоккинг? Чёрт его знает.
Neznayka 29.03.2012 15:18 Ответить
Согласен с silly_sad, очень даже непонятно многое, не то что детям.
belyvil 09.09.2012 22:27 Ответить
очень прекрасные обьяснения, вообще ничего не понятно о чем тут коментируют детям. прежде чем сказать нужно думать
taras belyvil 13:03 Ответить
balexei 19.10.2012 22:45 Ответить
Q33NY 03.03.2013 17:31 Ответить
Ещё хочется уточнить, что температурные рецепторы кожи чувствуют не столько температуру, сколько её изменение. То есть ощущение тепла - это повышение температуры рецепторов, ощущение холода - понижение. Доказывается просто:
Берём ёмкость с холодной водой, ёмкость с тёплой водой и какой-нибудь предмет промежуточной температуры. Если подержать руку в холодной воде, а затем потрогать предмет, он покажется тёплым. Если подержать руку в тёплой воде, а затем потрогать предмет, он покажется холодным.
роткив Q33NY 22:16 Ответить
taras Q33NY 13:09 Ответить
У человека они чувствуют именно температуру. Доказывается просто: попробуй залезть в прохладную воду и постепенно её нагреть до 40-ка градусов. Как бы медленно вода ни нагревалась, ты почувствуешь тепло. У лягушек тепловые рецепторы чувствуют производную температуры по времени. Доказывается просто: берём двух лягушек, одну бросаем в кипяток, она выпрыгивает, вторую бросаем в холодную воду и варим на медленном огне, она спокойна. Другое дело, что чем разница в температуре контрастнее, тем легче её почувствовать. Но одномоментно между двумя точками, разделёнными в пространстве, а производную температуры по времени человек не способен почувствовать вообще. Доказывается также просто: попробуй схватиться за нагретое жало паяльника, больно станет только секунд через 5. А металлурги умудрялись даже совать руки в расплав и не чувствовать при этом вообще ничего. А фокус прост: тепловая инерция больше нервной. То есть чтоб даже кожа нагрелась, нужно как минимум несколько секунд, а сравнение происходит на масштабе долей секунды, максимум где то пары третий.
T_Im 12.05.2017 23:56 Ответить
ИМХО, в объяснении упущен главный ключевой момент: теплое помещение (следовательно, и находящиеся в нем металлические предметы), как правило, _заведомо_ холоднее человеческого тела (20+C и 30+C, почему так получилось - это уже другой детский вопрос). И уже из этого факта и высокой теплопроводности металла следует ощущение холода.
taras T_Im 13:16 Ответить
Чтоб почувствовать перепад в жалкие 6 градусов, нужна гиря где то под центнер. А перепад между кожей кистей рук и снегом я, например, ощущаю, когда он превышает 60 градусов. Между той же кожей и воздухом - начиная с 80-ти градусов. И или как правило, что значит обычно, то есть всё таки не всегда, или заведомо. Крокодил зелёный не может быть синим как морковка.
taras 10.10.2017 12:19 Ответить
f_const 20.11.2017 09:32 Ответить
Значение имеет не только теплопроводность, но и теплоемкость, они в этом процессе на равных правах. На всякий случай приведу здесь точный результат, а уж как его объяснять детям - это отдельный вопрос. Пусть два тела с разной теплоемкостью, теплопроводностью и температурой приходят в соприкосновение по плоской поверхности. В точке контакта температура принимает значение, равное среднему взвешенному из температур тел, причем веса равны корням из произведений теплоемкости на теплопроводность. Т.е., если у нас есть тело с высокой теплопроводностью, но низкой теплоемкостью, оно тоже может быть на ощупь теплым. Температура точки контакта далее не меняется (если теплопроводности и теплоемкости постоянны, не зависят ни от температуры, ни от координаты). Это можно вывести качественным способом: на границе тел образуется своего рода общий тепловой резервуар, в котором температура близка к однородной, причем этот резервуар распространяется вглубь тел на глубины порядка корня из температуропроводности (это теплопров. деленная на теплоемкость), умноженной на время контакта. Складывая внутренние энергии частей резервуара, относящихся к разным телам, и деля на суммарную их теплоемкость, мы как раз и получим то, что написано выше.
Интересно, что температура точки контакта со временем не меняется.
То, что мы, прикасаясь к холодному предмету, со временем перестаем чувствовать холод - это следствие дополнительных факторов: конечности размера предмета (часть теплового резервуара со стороны предмета в конце концов не сможет дальше расширяться, т.е. предмет, грубо говоря, уже весь прогрелся), переноса тепла кровью (тепловой резервуар со стороны нашего тела достиг области, где перенос тепла уже не чисто теплопроводностью) или попросту снижения нервной реакции.
Интересны варианты с переменной по глубине теплопроводностью. Тот же ход размышлений приведет нас к тому, что температура точки контакта будет меняться в зависимости от того, какие области со временем включаются в тепловой резервуар. Здесь можно привести такие наглядные примеры. Если мы берем в руки кусок фольгированной теплоизоляции при комнатной температуре и ниже, мы сначала ощущаем холод - очень недолго, доли секунды, а потом - тепло. Можно сделать и наоборот - например, накрыть на холоде металлический предмет нетолстой тканью. Сначала будем ощущать слабую прохладу, со временем - более сильный холод.
icWasya 06.05.2019 20:19 Ответить
Есть ещё класс веществ, которые хорошо проводят электрический ток, но плохо проводят тепло - сверхпроводники. Тепло сначала передаётся кристаллической решотке, а уж затем электронаь, которые разносят его по всему объёму. Свободных(почти) электронов - полно, но они никак не взаимодействуют с атомами. Жаль на ощупь это проверить нельзя :(
Температуропроводность металлов
В таблице представлены значения коэффициента температуропроводности чистых металлов в зависимости от температуры. Температуропроводность металлов указана в интервале температуры от -250 до 1600°С в размерности м 2 /с.
Рассмотрены следующие металлы: алюминий, кадмий, натрий, серебро, калий, никель, свинец, кобальт, бериллий, литий, сурьма, висмут, магний, цинк, вольфрам, олово, сурьма, железо, платина, золото, медь, родий, молибден, тантал, иридий.
По значениям температуропроводности в таблице можно выделить металлы с наибольшим и наименьшим значением этого свойства. Наименьшей температуропроводностью обладает такой металл, как висмут, его коэффициент температуропроводности при температуре 50°С равен 6,8 м 2 /с. Температуропроводность чистого серебра равна 158,3 м 2 /с при 100°С. Этот металл имеет наиболее высокое значение этой характеристики.
Следует отметить, что по мере роста температуры металла, величина его температуропроводности уменьшается, за исключением платины и кобальта.
Источник:
Казанцев Е. И. Промышленные печи. Справочное руководство для расчетов и проектирования.
Добавить комментарий Отменить ответ
Теплопроводность строительных материалов, их плотность и теплоемкость
Плотность, теплопроводность и удельная теплоемкость строительных и других популярных материалов. Более 400 материалов в таблице!
Плотность воды, теплопроводность и физические свойства H2O
Подробные таблицы значений плотности воды, ее теплопроводности и других теплофизических свойств в зависимости от температуры…
Физические свойства воздуха: плотность, вязкость, удельная теплоемкость
Таблицы физических свойств воздуха: плотность воздуха, его удельная теплоемкость и вязкость в зависимости от температуры…
Теплопроводность стали и чугуна. Теплофизические свойства стали
Теплопроводность стали и чугуна, физические свойства стали в таблицах при различной температуре…
Физические свойства и допустимая температура применения сплавов магния
Физические свойства сплавов магния: плотность, коэффициент теплопроводности, удельная теплоемкость, КТЛР, максимальная температура применения и др.
Оргстекло: тепловые и механические характеристики
Рассмотрены тепловые, механические, оптические и электрические характеристики органического стекла…
Физические свойства технической соли
Насыпная плотность, удельная теплоемкость, коэффициент теплопроводности и другие физические свойства технической соли…
Характеристики теплоизоляционных плит Изорок (Isoroc)
Плотность, коэффициент теплопроводности и другие важнейшие характеристики теплоизоляционных плит Изорок различных модификаций…
Плотность газов и паров
Плотность газов и паров при нормальных условиях В таблице приведена плотность газов и паров при…
Плотность, температура плавления и кипения простых веществ
В таблице приводятся основные физические свойства простых веществ: плотность при температуре 20°С (в случае, если…
Перевод физических величин из одних единиц измерения в другие
Основные и производные (механические и тепловые) единицы СИ: Длина, масса, время, термодинамическая температура, количество вещества,…
Свойства марганца: плотность, теплопроводность, теплоемкость
Марганец Mn встречается в природе в таких минералах, как пиролюзит, манганит, браунит и др. Чистый марганец…
Плотность и свойства растительных масел
Плотность растительных масел в зависимости от температуры В таблице даны значения плотности растительных масел в…
Свойства оксида алюминия Al2O3 и магния MgO
Теплофизические свойства оксида алюминия Al2O3 В таблице представлены теплофизические свойства оксида алюминия Al2O3 при нормальном…
Плотность и удельная теплоемкость кирпича
Таблица плотности и удельной теплоемкости кирпича распространенных видов: трепельный, силикатный, строительный, облицовочный, динасовый и др…
Физические свойства угарного газа: плотность, теплоемкость, теплопроводность CO
Рассмотрены физические свойства угарного газа (окиси углерода CO) при нормальном атмосферном давлении в зависимости от…
Теплопроводность чистых металлов
Теплопроводность металлов в зависимости от температуры
В таблице представлена теплопроводность металлов в зависимости от температуры при отрицательных и положительных температурах (в интервале от -200 до 2400°C).
Таблица теплопроводности металлов содержит значения теплопроводности следующих чистых металлов: алюминий Al, кадмий Cd, натрий Na, серебро Ag, калий K, никель Ni, свинец Pb, кобальт Co, бериллий Be, литий Li, сурьма Sb, висмут Bi, магний Mg, цинк Zn, вольфрам W, олово Sn, уран U, железо Fe, палладий Pd, цирконий Zr, марганец Mn, платина Pt, золото Au, медь Cu, родий Rh, таллий Tl, молибден Mo, тантал Ta, иридий Ir.
Следует отметить, что теплопроводность металлов изменяется в широких пределах и может отличаться в десятки раз в одних и тех же условиях. Например, из приведенных в таблице металлов, наибольшей теплопроводностью обладает такой металл, как серебро Ag — его коэффициент теплопроводности равен 392 Вт/(м·град) при 100°С и это самый теплопроводный металл. Наименьшее значение теплопроводности при этой же температуре соответствует металлу висмут Bi с теплопроводностью всего 7,7 Вт/(м·град).
Теплопроводность большинства металлов при нагревании снижается. Их максимальная теплопроводность достигается при низких отрицательных температурах. Например, при температуре минус 100°С серебро имеет теплопроводность 419,8, а висмут — 11,9 Вт/(м·град).
Примечание: В таблице также даны значения теплопроводности металлов сверх-высокой чистоты (до 99,999%). Значение коэффициента теплопроводности в таблице указано в размерности Вт/(м·град).
Физические свойства сернистого газа: плотность, теплопроводность SO2
Рассмотрены физические свойства сернистого газа (SO2, диоксид серы) при нормальном атмосферном давлении в зависимости от…
Температура плавления припоя. Свойства припоев и подшипниковых материалов
Температура плавления и другие свойства припоев на основе олова и свинца В таблице представлена температура…
Теплопроводность, теплоемкость и плотность олова Sn
Теплопроводность, теплоемкость и плотность олова зависят от температуры и структуры этого металла. При атмосферном давлении…
Плотность мяса и его теплофизические свойства
Плотность мяса Плотность мяса зависит от его температуры, жирности и содержания влаги. С ростом температуры…
Свойства топлива и масел
Теплофизические свойства топлива и масел. Температура воспламенения В таблице представлены следующие свойства минеральных масел и…
Свойства аргона Ar, плотность аргона и его теплопроводность
Свойства аргона (газ) при различных температурах В таблице представлены теплофизические свойства аргона в газообразном состоянии…
Плотность жидкостей
Приведена таблица плотности жидкостей при различных температурах и атмосферном давлении для наиболее распространенных жидкостей. Значения…
Характеристики масла АМГ-10: плотность, вязкость, теплоемкость, теплопроводность
Характеристики масла АМГ-10 при температуре от 20 до 100°С: плотность, вязкость, теплоемкость, теплопроводность. Указаны также температуры кипения и замерзания…
Свойства маргарина
Свойства маргарина распространенных сортов Плотность, теплоемкость, теплопроводность и температуропроводность представлены для животного, безмолочного и сливочного…
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Разница температур металла и окружающего воздуха во время испытания не должна вызывать выпадения влаги на поверхностях объекта испытаний. Используемая для гидравлического испытания вода не должна загрязнять объект или вызывать интенсивную коррозию. [1]
Разница температур металла и окружающего воздуха во время испытания не должна вызыв-ать выпадения влаги на поверхностях объекта испытаний. Используемая для гидравлического испытания вода не должна загрязнять объект или вызывать интенсивную коррозию. [2]
Для уменьшения разницы температуры металла в начале н в конце заливки ковш перед заливкой в него металла нагревают до нужной температуры; толщина обмазки ручных ковшей должна быть не менее 25 мм. [3]
Тепловой эффект обусловлен разницей температуры металла в канале и шахте печи и, следовательно, разницей его плотности. Поэтому в печах с вертикальным каналом ( см. рис. 4 - 10 а) менее нагретый металл в шахте печи с большим удельным весом поступает в нижние слои канала, а металл из канала поднимается в шахту. [4]
Для того чтобы уменьшить разницу температуры металла в ковше в начале и в конце заливки, ковш перед заливкой в него металла необходимо прогреть ( прокалить) до температуры 600 ( красное каление), а обмазка ручных ковшей по тем же соображениям не должна быть тоньше 25 мм. [5]
Сопутствующий сварке местный или общий подогрев изделия является надежным средством предотвращения холодных трещин, так как уменьшает разницу температур металла в зоне сварки и периферийных участках, что снижает уровень напряжений первого рода, вследствие чего пики этих напряжений в околошовных участках сглаживаются. [6]
На котлах среднего давления с толстостенным барабаном необходимо следить за скоростью изменения температуры металла барабана ( по температуре насыщения), не допуская ее значения более 3 С / мин, а также разницы температур металла между верхом и низом барабана выше 50 С. [7]
Расслоение пароводяной смеси с раздельным течением воды и пара может происходить при небольшой скорости среды на горизонтальных или слабонаклонных участках труб. При этом разница температур металла трубы в ее паровой и водяной части составляет около 100 - 120 С и практически не может привести к пережогу и разрушению металла. [8]
Заполнение котла водой ( желательно деаэрированной) производится через водяной экономайзер до низшей отметки водоуказательного стекла. После появления воды из воздушников питательной линии и экономайзера их закрывают. Продолжительность заполнения котла водой зависит от разницы температуры металла котла и воды. Чем больше эта разница, тем медленнее заполняют котел водой. Если котел заполнен водой, перед растопкой спускают воду до низшего уровня по водоуказательному стеклу. После заполнения котла водой проверяют его плотность, наблюдая за положением уровня воды. [9]
При использовании наиболее простых прямоточных прямотрубных парогенераторов, обогреваемых жидким металлом, проблема выравнивания удлинения пучка труб в целом и кожуха ( весьма затруднительная для водо-водяных парогенераторов) легко решается за счет установки линзовых компенсаторов на тонкостенном кожухе. Однако может возникнуть опасность температурных напряжений в трубах при неодинаковом удлинении отдельных труб. Поэтому очень важно обеспечение полной стабильности гидравлической характеристики парогенерирующих труб, особенно если учитывать большой недогрев питательной воды до насыщений. Действительно, в случае наличия гидравлической развертки в отдельных трубах кризис может наступать значительно позднее, чем в среднем по пучку, и такие трубы, имея значительно более низкую среднюю температуру металла, будут испытывать большие растягивающие напряжения, так как разница температур металла между зоной пузырькового кипения и закризисным участком много больше, чем в водо-водяных парогенераторах. [10]
Заливают металл переносными ручными ковшами. Носок ручного ковша при заливке формы должен находиться на незначительном расстоянии по высоте от литниковой чаши. Лить металл необходимо без перерыва струи. Ковш необходимо очищать от застывшего металла на носке, краях, боках и на дне. Несоблюдение этого требования приводит к неровной струе металла, разбрызгиванию и к сильному охлаждению металла. Ковш очищают ломиками, заостренными в виде лопатки. Для предотвращения охлаждения металла в ковше его засыпают сверху слоем сухого древесного угля. Для получения качественной отливки важное значение имеет температура заливаемого металла ( см. табл. 53 и 54), особенно при литье цветных сплавов. Для того чтобы уменьшить разницу температуры металла в ковше в начале и в конце заливки, необходимо перед заливкой ковш прогреть до температуры 600 G. Заливать металл в форму следует с большой скоростью, особенно латунь. Необходимо тщательно удалять шлак с поверхности металла. [11]
Глава 4. Теплопередача в химической аппаратуре, основные зависимости и расчетные формулы (стр. 3 )
Испарительный теплообменник оконного кондиционера сделан из алюминия, с применением медных трубок.
Коэффициент теплоотдачи для разных материалов
Что такое теплопроводность
Данный термин означает способность различных материалов к обмену энергией, которая в этом случае представлена теплом. При этом передача энергии проходит от более нагретой части к холодной и происходит за счет:
- Молекул.
- Атомов.
- Электронов и других частиц структуры металла.
Теплопроводность нержавеющей стали будет существенно отличаться от аналогичного показателя другого металла — например, коэффициент теплопроводности меди будет иным, нежели у стали.
Для обозначения этого показателя используется специальная величина, именуемая коэффициентом теплопроводности. Она характеризуется количеством теплоты, которое может пройти через материал за определенную единицу времени.
Показатели для стали
Теплопроводность может существенно отличаться в зависимости от химического состава металла. Коэффициент данной величины у стали и меди будет разным. Кроме этого, при повышении или уменьшении концентрации углерода изменяется и рассматриваемый показатель.
Существуют и другие особенности теплопроводности:
- Для стали, которая не имеет примесей, значение составляет 70 Вт/(м* К).
- У углеродистых и высоколегированных сталей проводимость намного ниже. За счет увеличения концентрации примесей она существенно снижается.
- Само термическое воздействие также может оказывать воздействие на структуру металла. Как правило, после нагрева структура меняет значение проводимости, что связано с изменением кристаллической решетки.
Коэффициент теплопроводности алюминия значительно выше, что связано с более низкой плотностью этого материала. Теплопроводность латуни также отличается от соответствующего показателя стали.
База знаний по трехмерному проектированию в Pro/Engineer, Creo, Solidworks, электронике на STM32
Обучение САПР. Важные параметры некоторых материалов, используемые при тепловых расчетах
В этой таблице представлены такие важные параметры как Коэффициент теплопроводности λ
и
Удельная теплоемкость ср
, которые необходимы для проведения тепловых расчетов по статьям Creo 3. Расчет радиатора охлаждения с принудительной вентиляцией и Solidworks 2013. Тепловой расчет радиатора охлаждения с принудительной вентиляцией в Solidworks Simulation.
В следующей таблице представлены Коэффициенты конвекции h или α
(другое название
Коэффициенты конвективной теплоотдачи
и
Коэффициенты конвективной теплопередачи
), необходимые для оценочных расчетов
Влияние концентрации углерода
Концентрация углерода в стали влияет на величину теплопередачи:
- Низкоуглеродистые стали имеют высокий показатель проводимости. Именно поэтому они используются при изготовлении труб, которые затем применяются при создании трубопровода системы отопления. Значение коэффициента варьирует в пределе от 54 до 47 Вт/(м* К).
- Средним коэффициентом для распространенных углеродистых сталей является значение от 50 до 90 Вт/(м* К). Именно поэтому подобный материал используется при изготовлении деталей различных механизмов.
- У металлов, которые не содержат различных примесей, коэффициент составляет 64 Вт/(м* К). Это значение несущественно изменяется при термическом воздействии.
Таким образом, рассматриваемый показатель у легированных сплавов может меняться в зависимости от температуры эксплуатации.
Коэффициент теплоотдачи поверхность — воздух
В статье рассмотрен расчет мощности теплового потока от горизонтальных и вертикальных плоских поверхностей тела, помещенного в «безразмерное» воздушное пространство при принудительной и естественной конвекции с учетом радиационной составляющей теплоотдачи.
Зная коэффициент теплоотдачи на поверхности (α), разделяющей твердое тело и окружающее это тело воздушное пространство, очень просто определить мощность теплового потока (Q) по известной разности температур (Δt).
Q=α*A*Δt, Вт – мощность теплового потока от или к поверхности тела.
- α=αк+αр, Вт/(м 2 *К) – суммарный коэффициент теплоотдачи на границе воздух – поверхность тела αк=?, Вт/(м 2 *К) – коэффициент конвективной теплоотдачи
- αр=ε*5,67*10 -8 *((tп+273,15) 4 — (tв+273,15) 4 )/(tп-tв)), Вт/(м 2 *К) – коэффициент радиационной теплоотдачи (теплоотдачи излучением), ε – степень черноты поверхности
- tп, °C – температура поверхности
Основная сложность расчета заключается в определении коэффициента конвективной теплоотдачи (αк)! Автоматизировать в первую очередь решение этой трудоемкой задачи поможет Excel.
Нестабильность процесса естественной конвекции у поверхностей различной формы и расположения в пространстве породила большое разнообразие эмпирических формул для вычисления коэффициента конвективной теплоотдачи (αк). Неизбежные погрешности экспериментальных данных привели к тому, что результаты вычислений для одних и тех же поверхностей и условий по формулам разных авторов отличаются друг от друга на 20% и более.
После тщательного детального ознакомления с материалами современных западных изданий по теплообмену (список литературы – в конце статьи) были выбраны формулы, рекомендованные к применению большинством авторов, для использования в представленной далее программе в Excel.
Схемы теплообмена:
На представленных ниже рисунках показаны 8 вариантов схем, для которых программа может выполнить вычисления.
Розовый цвет пластин свидетельствует о том, что они горячее окружающего воздуха. Голубой цвет – пластины холоднее воздуха.
На схемах 1а и 1б воздух принудительно движется (вентилятор, ветер) вдоль поверхности пластины независимо от её ориентации в пространстве. На всех остальных схемах окружающий воздух находится в спокойном состоянии (помещение, полный штиль), а положение пластин сориентировано в пространстве.
Расчет в Excel:
Формулы алгоритма программы:
t=(tв+tп)/2
l=L – для схем 1а и 1б
l=(B*L)/(2*(B+L)) – для схем 2а, 2б, 3а, 3б, 4а, 4б
Для определения теплофизических параметров воздуха при определяющей температуре (t) в диапазоне -70°C … +1200°C использованы формулы из предыдущей статьи на сайте.
Re=w*l/ν
Gr=g*β*|tп— tв|*l 3 /ν 2
Ra=Gr*Pr
αк=Nu*λ/l
αр=ε*0,00000005670367*((tп+273,15) 4 — (tв+273,15) 4 )/(tп-tв)) – при tв *) αр= – при tв>tп
α=αк+αр
q=α*(tп-tв)
*) Нагрев поверхностей Солнцем или иными источниками теплового излучения программой игнорируется.
Вычисление теплофизических параметров воздуха и числа Нуссельта, как видно из вышеприведенных формул, являются ключевыми и самыми трудоемкими при определении конвективного коэффициента теплоотдачи.
Тестирование программы проводилось на примерах из книг, представленных в конце статьи. Отклонения результатов в основном не выходили за пределы ±5%.
Замечание:
В отечественной теплотехнической литературе для решения рассмотренных задач широко используются формулы второй половины прошлого века М.А. Михеева и В.П. Исаченко, которые в современной западной литературе не упоминаются. Беглый сравнительный анализ результатов расчетов по формулам разных авторов дал противоречивые и неоднозначные ответы. Если при принудительной конвекции результаты фактически идентичны, то при естественной конвекции отличаются порой на 30% и более, но иногда почти совпадают…
Литература:
Прошу уважающих труд автора скачать файл с программой после подписки на анонсы статей!
Значение в быту и производстве
Почему важно учитывать коэффициент теплопроводности? Подобное значение указывается в различных таблицах для каждого металла и учитывается в нижеприведенных случаях:
- При изготовлении различных теплообменников. Тепло является одним из важных носителей энергии. Его используют для обеспечения комфортных условий проживания в жилых и иных помещениях. При создании отопительных радиаторов и бойлеров важно обеспечить быструю и полную передачу тепла от теплоносителя к конечному потребителю.
- При изготовлении отводящих элементов. Часто можно встретить ситуацию, когда нужно провести не подачу тепла, а отвод. Примером назовем случай отвода тепла от режущей кромки инструмента или зубьев шестерни. Для того чтобы металл не терял свои основные эксплуатационные качества, обеспечивается быстрый отвод тепловой энергии.
- При создании изоляционных прослоек. В некоторых случаях материал не должен проводить передачу тепловой энергии. Для подобных условий эксплуатации выбирается металл, который обладает низким коэффициентом проводимости тепла.
Определяется рассматриваемый показатель при проведении испытаний в различных условиях. Как ранее было отмечено, коэффициент проводимости тепла может зависеть от температуры эксплуатации. Поэтому в таблицах указывается несколько его значений.
P. S. (01.11.2020)
Дополнение по естественной конвекции у вертикальной поверхности:
Если построить графики по вышеприведенным формулам Черчилля и Чу для числа Нуссельта при естественной конвекции у вертикальной изотермической поверхности (схемы 2а и 2б), то можно увидеть, что при Ra=10 9 кривые не совпадают!
По этому поводу авторы формул Черчилль и Чу дают примерно следующее пояснение: «уравнение, основанное на исследованиях Черчилля и Усаги Nu=(0,825+0,387*Ra 1/6 /(1+(0,492/Pr) 9/16 ) 8/27 ) 2 дает хорошие результаты для средней теплопередачи при свободной конвекции у изотермической вертикальной пластины во всем диапазоне значений Ra и Pr от до ∞, даже если оно не работает для обозначения дискретного перехода от ламинарного к турбулентному потоку». Линхарды в [1] отмечают, что рассматриваемое уравнение чуть менее точно для ламинарных условий при Ra 9 и рекомендуют в этом диапазоне использовать первое уравнение тех же авторов Nu=0,68+0,67*Ra ¼ /(1+(0,492/Pr) 9/16 ) 4/9 . Хотя, судя по графикам, в диапазоне Ra 7 для воздуха обе функции чрезвычайно близки друг к другу.
Еще один нюанс, который встретился только у Линхардов в [1]: «свойства флюида следует оценивать при t=(tв+tп)/2 за одним исключением, если флюид – газ, то коэффициент объемного расширения β следует определять при t=tв». Но сами авторы зависимостей Черчилль и Чу о таком условии ничего не пишут. По этому поводу в их статье [7], говорится, что «для больших температурных перепадов, когда физические свойства существенно различаются, Ид рекомендует оценивать физические свойства как средние значения температуры поверхности и объема, а Уайли дает более подробные теоретические указания для режима ламинарного пограничного слоя».
Максимальная относительная ошибка для Nu=(0,825+0,387*Ra 1/6 /(1+(0,492/Pr) 9/16 ) 8/27 ) 2 , если β=1/tв вместо β=2/( tв+tп), составляет в процентах:
ε=(((tв+tп)/(2*tв)) 1/3 -1)*100%, или
ε=((|(tп— tв)|/(2*tв)+1) 1/3 -1)*100%
Как видно из графика при температуре среды — воздуха tв=20°C=293,15K и при перепаде температур поверхности и воздуха Δt=|tп— tв| 90 °C расхождение результатов быстро нарастает.
Правы Линхарды или множество других авторов, рассчитывающих все свойства флюидов при одном значении определяющей температуры t=(tв+tп)/2? Однозначного ответа у меня нет.
(По материалам Обри Джаффера [8].)
Что представляет собой биметаллический радиатор
По сути, биметаллический обогреватель представляет собой смешанную конструкцию, воплотившую преимущества стальных и алюминиевых систем отопления. Устройство радиатора основывается на следующих элементах:
- Обогреватель состоит из двух корпусов – внутреннего стального и наружного алюминиевого;
- За счет внутренней оболочки из стали биметаллический корпус не боится агрессивной горячей воды, выдерживает высокое давление и обеспечивает высокую прочность соединения отдельных секций радиатора в одну батарею;
- Алюминиевый корпус лучше всего передает и рассеивает поток тепла в воздухе, не боится коррозии наружной поверхности.
В качестве подтверждения высокой теплоотдачи биметаллического корпуса можно использовать сравнительную таблицу. Среди ближайших конкурентов – радиаторов из чугуна ЧГ, стали ТС, алюминия АА и АЛ, биметаллический радиатор БМ обладает одним из наилучших показателей теплоотдачи, высоким рабочим давлением и коррозионной стойкостью.
В реальности дела обстоят еще хуже, большинство производителей указывает величину теплоотдачи в виде значения тепловой мощности в час для одной секции. То есть, на упаковке может быть указано, что теплоотдача биметаллической секции радиатора составляет 200 Вт.
Делается это вынужденно, данные приводят не к единице площади или перепаду температур в один градус, для того чтобы упростить восприятие покупателем конкретных технических характеристик теплоотдачи радиатора, одновременно сделав маленькую рекламу.
Как улучшить теплоотдачу
Указанный коэффициент мощности конвектора в его техпаспорте, имеет место быть, практически при идеальных условиях. На деле, величина теплового потока несколько снижена,и это обусловлено большими теплопотерями.
В первую очередь, для повышения коэффициента необходимо уменьшить потерю тепла – провести работы по утеплению дома, особое внимание, уделив крыше, так как через нее уходит около 70% теплого воздуха и оконным и дверным проемам.
Сравнение показателей: анализ и таблица
Помимо материала, из которого изготовлен прибор, на коэффициент мощности влияет межосевое расстояние – высота между осями верхнего и нижнего выходов. Также существенное влияние на КПД оказывает величина теплопроводности.
Читайте также: