Šilumos laidumo furje dėsnis


Inžinerijos laboratorinis darbas.

Šilumos laidumo furje dėsnis. Išvados Atlikę šį laboratorinį darbą, pagilinti šilumos plitimo laidumu proceso fizikinį suvokimą ir išryškinti laidumo šilumos srautą apibrėžiančio Furje dėsnio esmę, matematinį formulavimą bei parametrų jame tarpusavio ryšį.  šilumos atidavimo niutono dėsnis.  šilumos laidžio koeficiento nustatymas palyginimo būdu. Radiatoriaus šilumos perdavimo koeficiento tyrimas.


Darbo tikslas. Pagilinti šilumos plitimo laidumu proceso fizikinį suvokimą ir išryškinti laidumo šilumos srautą apibrėžiančio Furje dėsnio esmę, matematinį formulavimą bei parametrų jame tarpusavio ryšį.

Teoriniai pagrindai. Neizotermiškoje medžiagoje šiluma plinta savaime. Bendruoju atveju plitimas vyksta visais trimis galimais būdais: laidumu, konvekcija ir spinduliavimu. Kietose neskaidriose medžiagose šiluma plinta tik laidumu betarpiškai kontaktuojant skirtingo energinio lygmens mikrodalelėms. Neizotermiškumą medžiagoje apibrėžia nestacionariojo temperatūros lauko funkcija. Bendruoju atveju ji aprašo nestacionarųjį trimatį temperatūros susiskirstymą medžiagoje. Šiuo atveju šilumos laidumo srautą , [W] nusako trimatė funkcija. Srauto intensyvumą patogu apibrėžti šilumos srauto tankiu , [W/m2], kurį taip pat apibrėžia temperatūros susiskirstymo medžiagoje ypatumai bei šilumokaitos plotas. Temperatūra erdvėje gali susiskirstyti tam tikru simetriškumu, nusakomu ir funkcijomis apibrėžiančiomis dvimačio bei vienmačio erdvėje temperatūros lauko atvejus atitinkami. Nestacionariojo temperatūros lauko kitimo intensyvumą [K/s] laike ir [K/m] erdvėje apibrėžia laikinis ir erdvinis temperatūros gradientai ir atitinkamai. Šie gradientai apibrėžiami temperatūros pokyčio ir atitinkamos koordinatės pokyčio santykio riba, kai koordinatės pokytis mažėja link nulinio:

Furje šilumos laidumo dėsnis teigia, jog laidumo šilumos srauto tankis yra tiesiog proporcingas temperatūros lauko erdviniam gradientui (dažnai sakoma tiesiog gradientui):

Proporcingumo koeficientas Furje šilumos laidumo dėsnyje yra vadinamas šilumos laidžio , [W/(m.K)] koeficientu. Jis yra medžiagos prigimties bei jos terminės būsenos funkcija ir fizikine prasme apibrėžia šilumos srauto laidumu tankį tuomet, kai yra vienetinis temperatūros lauko gradientas

Minuso ženklas Furje šilumos laidumo dėsnio matematinėje išraiškoje atspindi vektorinių parametrų - šilumos srauto laidumu ir temperatūros lauko erdvinio gradiento - priešingas vektorių kryptis.

Varinės plokštelės yra pagalbinės ir skirtos tiriamųjų plokštelių paviršių temperatūrai nesudėtingai apibrėžti. Tam išnaudojama vario savybė puikiai praleisti pro save šilumą (W/(m.K). Todėl šilumos plitimo laidumu pasipriešinimą atspindinti plokščio vario plokštelės terminė , [m2K/W] varža yra nereikšminga ir jai nugalėti pakanka labai mažo temperatūros perkričio plokštelėje, todėl varinės plokštelės abejų paviršių temperatūras galima prilyginti termaporos principu išmatuotai varinės plokštelės masės vidutiniai temperatūrai. Taigi, išmatavus visų trijų varinių plokštelių temperatūras, apibrėžiamos ir su jomis susiglaudusių tiriamųjų plokštelių paviršių temperatūros. Todėl nuosekliai apibrėžtais laiko momentais matuojant varinių plokštelių T1, T2 ir T3 temperatūras T1(τ), T2(τ) ir T3(τ) funkcijomis apibrėžiamos tiriamųjų plokštelių paviršių temperatūros dinamika. Paneigus galima nežymų skersinį temperatūros gradientą plokštelėse, numatomas vienmačio nestacionariojo temperatūros lauko atvejis ir apskaičiuojami jo būdingi gradientai bei laidumo šilumos srauto tankis tiriamosiose plokštelėse kaip laiko funkcijos:

Išvados: Atlikę šį laboratorinį darbą, pagilinti šilumos plitimo laidumu proceso fizikinį suvokimą ir išryškinti laidumo šilumos srautą apibrėžiančio Furje dėsnio esmę, matematinį formulavimą bei parametrų jame tarpusavio ryšį. Matavimai gali būti netikslus dėl prietaisų paklaidos ir skaičių apvalinimo.

Darbo tikslas. Pagilinti šilumos atidavimo konvencija fizikinį suvokimą, įvertinti kraštinių šilumokaitos sąlygų įtaką šilumos atidavimo intensyvumui ir išryškinti konvekcinį šilumos srautą apibrėžiančio Niutono dėsnio esmę, matematinį formulavimą bei parametrų jame tarpusavio ryšį.

Teoriniai pagrindai. Fluidui apiplaunat skirtingos nuo jo temperatūros paviršių vyksta šilumos atidavimo procesas, kurio skatina temperatūrų skirtumu sistemoje išreikšta šilumokaitos varančioji jėga:

Niutono šilumos atidavimo dėsnis teigia, jog laidumo šilumos srauto tankis yra tiesiog proporcingas fluido ir paviršiaus temperatūrų skirtumui:

Proporcingumo koeficientas Niutono šilumos atidavimo dėsnyje yra vadinamas šilumos atidavimo , [W/(m2.K)] koeficientu. Fizikine prasme šilumos atidavimo koeficientas apibrėžia atiduodamo konvekcija šilumos srauto tankį tuomet, kai yra vienetinė temperatūrų skirtumu išreikšta proceso varančioji jėga

Šilumos laidumo furje dėsnis. (2016 m. Kovo 25 d.). http://www.mokslobaze.lt/silumos-laidumo-furje-desnis.html Peržiūrėta 2016 m. Gruodžio 09 d. 17:34