Физические величины - Бабичев А.Н.
ISBN 5-283-04013-5
Скачать (прямая ссылка):
QTldt = (Х/с-у) у2Г,
где Т(х, у, z, і) —температура, К, в точке с координатами X, у, z; і — время, с; с — удельная теплоемкость, Дж/(кг-К); у —плотность, кг/м32T=д*ТIdx2+д2ТIdy2+ +FTIdz21 Klu2,
Экспериментальные методы определения теплопроводности основаны на решении уравнения теплопроводности [1, 2].
Теплопроводность зависит от агрегатного состояния вещества, его состава, чнстоты, температуры, давления и других характеристик. Так, для большинства веществ теплопроводность жидкой фазы примерно в 10 раз больше, чем теплопроводность газообразной фазы, а для твердого тела она значительно выше, чем для жидкости около точки плавления (за исключением жидких висмута, олова, теллура).
На практике часто случается, что теплопроводность внутри тела и вблизи его границ различна. Это различие обусловлено как изменением условий протекания процессов теплопереноса, так и изменением структуры вещества (в результате термообработки, наклепа и т. д.). В таблицах этой главы приведены коэффициенты теплопроводности для части тела, удаленной на достаточное расстояние от границ.
Существенное влияние на теплопроводность могут оказывать внешние факторы, например облучение, изменение давлення, магнитного поля.
В полупрозрачных средах теплопроводность сопровождается радиационным теплопереносом. Наблюдаемая эффективная теплопроводность таких сред есть сумма собственно теплопроводности и радиационного теплопе-
1 Вт/(м-К) = 1-Ю-2 Вт/(см-К) 1 Вт/(м-К) = 1 • IO5 эрг/(см-с-°С) 1 Вт/(м-К) = 2,38846-Ю-3 кал1Т/(см-с-сС) 1 Вт/(м-К) = 2,39006-10~3 кал№/(см-с-сС) 1 Вт/(м-К) = 0,860421 ккал№/(м-ч-jC) 1 Вт/(м-К) = 5 ,77789 • 10~2 Btu17/(ft• h-'F) 1 Вт/(м-К) = 0,693347 Btulr-in/(ft2-Ii-0F) 1 Вт/(м-К) = 5,78176-10-2 Btu№/(ft-h-cF) 1 Вт/(м-К) =0,693811 Втиш-in/(ft2- h-cF) 1 ВтДм-К) = 0,32100 CHU/(ft-h--F)
(точное значение).
репоса. Вклад радиационной составляющей комбинированного теплопереноса увеличивается с повышением температуры и становится существенным при температурах, составляющих несколько сотен градусов Цельсия.
Погрешность приведенных в настоящей главе данных о теплопроводности меняется в зависимости от вещества, области температур (как правило, увеличивается при низких и высоких температурах) и давлений (увеличивается с повышением давления). В основном погрешность значений теплопроводности составляет 10—20%. Для ряда веществ, изученных наилучшим образом, погрешность данных лежит в пределах 1—2%. Число значащих цифр в приведенных значениях К в целом согласуется с их погрешностью. Однако в тех случаях, когда целесообразно показать характер изменения К (например, в зависи мости от состава вещества или температуры), число значащих цнфр увеличено до трех.
Основные вопросы теории теплопроводности, а также экспериментальные методы исследований теплопроводности рассмотрены в [3]
15.2. ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ПРОСТЕЙШИХ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
В табл. 15.1 собраны в основном обобщенные данные о теплопроводности веществ в диапазоне температур от 4 до 1000 К. В редких случаях приведены данные отдельных экспериментов.
Значения К при средних и высоких температурах для твердых веществ близки к значениям коэффициента теплопроводности хорошо отожженных высокочистых (степень чистоты 99,99?) образцов.
При низких температурах теплопроводность твердых элементов сильно зависит от степени совершенства кристалла, наличия примесей н других дефектов. Значения Я при температурах вблизи и ниже температуры, соответствующей максимуму теплопроводности, относятся к наиболее чистым и совершенным образцам. Для металлов приведены значення остаточного удельного электрического сопротивления Po [либо отношения р(300 Ю/ро], которые характеризуют качество образцов.
Теплопроводности простейших газообразных веществ приведены при давлении IO5 Па.
338 В це 1TOM погрешность значений К при средних температурах меняется от 2 до 10% в зависимости от вещества и возрастает до 20% при низких и высоких температурах.
Подробную информацию о теплопроводности элементов и оценки погрешностей можно найти в [4—7].
15.3. ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ГАЗОВ И ПАРОВ
Теплопроводность разреженного газа слабо зависит от температуры (как T0-6) н давления (табл. 15.2 и 15.3). Газ можно считать существенно разреженным до давления порядка IO6 Па при комнатной температуре и до давлення примерно 4-Ю6 Па прн Г« 1000 К [8]. Для оценки теплопроводности разреженного газа применима формула Эйксиа
Л=-. I0z,cv/M [1 . (9/4)^/Cv],
где 1] — динамическая вязкость, Па - с; Cv — молярная теплоемкость при постоянном объеме, Дж/(моль-К); Al — молярная масса, кг/моль; R — универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж/(моль-К).
Ilpn высоких давлениях А зависит от давления. В табл. 15.4 приведены зависимости теплопроводности некоторых газов от давления. При низких давлениях, когда длина свободного пробега молекул сравнима с размерами сосуда (для большинства систем при р<10 Па), теплопроводность пропорциональна давленню газа и стремьтся к нулю с уменьшением давления. В этих условиях теплопроводность определяется не только свойствами газа, но и энергообменом на границах, который характеризуют коэффициентом аккомодации.
