wymiana energii ciepła

Podobne dokumenty
WSPÓŁCZYNNIK PRZEJMOWANIA CIEPŁA PRZEZ KONWEKCJĘ

Układ termodynamiczny Parametry układu termodynamicznego Proces termodynamiczny Układ izolowany Układ zamknięty Stan równowagi termodynamicznej

gazów lub cieczy, wywołanym bądź różnicą gęstości (różnicą temperatur), bądź przez wymuszenie czynnikami zewnętrznymi.

Modelowanie w projektowaniu maszyn i procesów cz.7

gazów lub cieczy, wywołanym bądź różnicą gęstości (różnicą temperatur), bądź przez wymuszenie czynnikami zewnętrznymi.

PRZEPŁYW CIEPŁA PRZEZ PRZEGRODY BUDOWLANE

Skuteczność izolacji termicznych

Wymiana ciepła. Transport ciepła. Wykład 2

Kwantowe własności promieniowania, ciało doskonale czarne, zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne.

WYMIANA (TRANSPORT) CIEPŁA

Akademia Górniczo - Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie

1. Wprowadzenie: dt q = - λ dx. q = lim F

Termodynamika. Część 12. Procesy transportu. Janusz Brzychczyk, Instytut Fizyki UJ

Przedmowa Przewodność cieplna Pole temperaturowe Gradient temperatury Prawo Fourier a...15

LABORATORIUM TERMODYNAMIKI

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA Wydział Mechaniczny Katedra Pojazdów Mechanicznych i Transportu LABORATORIUM TERMODYNAMIKI TECHNICZNEJ

Termodynamika. Energia wewnętrzna ciał

LABORATORIUM METROLOGII

ZADANIE 28. Wyznaczanie przewodnictwa cieplnego miedzi

Wnikanie ciepła przy konwekcji swobodnej. 1. Wstęp

Stany skupienia materii

Pole temperatury - niestacjonarne (temperatura zależy od położenia elementu ciała oraz czasu)

Spis treści. Przedmowa WPROWADZENIE DO PRZEDMIOTU... 11

Pole temperatury - niestacjonarne (temperatura zależy od położenia elementu ciała oraz czasu) (1.1) (1.2a)

Wyznaczanie współczynnika przenikania ciepła dla przegrody płaskiej

Podstawy fizyki wykład 6

Pole temperatury - niestacjonarne (temperatura zależy od położenia elementu ciała oraz czasu)

Laboratorium komputerowe z wybranych zagadnień mechaniki płynów

WYDZIAŁ LABORATORIUM FIZYCZNE

Instrukcja do laboratorium z fizyki budowli.

1. Podstawowe pojęcia w wymianie ciepła

I. PROMIENIOWANIE CIEPLNE

ZJAWISKA KWANTOWO-OPTYCZNE

Projekt Inżynier mechanik zawód z przyszłością współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Techniczne podstawy promienników

Czym jest prąd elektryczny

WYZNACZENIE STAŁEJ STEFANA - BOLTZMANNA

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA ROZSZERZALNOŚCI TERMICZNEJ ORAZ BADANIE PROCESÓW PRZEKAZYWANIA CIEPŁA

Natężenie prądu elektrycznego

Przemiany energii w zjawiskach cieplnych. 1/18

Pomiar przewodności cieplnej i elektrycznej metali

POMIAR PRZEWODNOŚCI CIEPLNEJ I ELEKTRYCZNEJ METALI

Statyka Cieczy i Gazów. Temat : Podstawy teorii kinetyczno-molekularnej budowy ciał

POMIAR PRZEWODNOŚCI CIEPLNEJ IZOLATORÓW

Temperatura, ciepło, oraz elementy kinetycznej teorii gazów

SPIS TREŚCI ««*» ( # * *»»

Szczegółowy rozkład materiału z fizyki dla klasy II gimnazjum zgodny z nową podstawą programową.

Temperatura i ciepło

FEM, generacja siatki, ciepło

Głównie występuje w ośrodkach gazowych i ciekłych.

Ćwiczenie projektowe z przedmiotu FIZYKA BUDOWLI

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA WYDZIAŁ MECHANICZNY INSTYTUT POJAZDÓW MECHANICZNYCH I TRANSPORTU

Wykład 1. Anna Ptaszek. 5 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Chemia fizyczna - wykład 1. Anna Ptaszek 1 / 36

Podstawowe pojęcia Masa atomowa (cząsteczkowa) - to stosunek masy atomu danego pierwiastka chemicznego (cząsteczki związku chemicznego) do masy 1/12

LABORATORIUM METROLOGII

Semestr zimowy Brak Tak

Maszyny cieplne substancja robocza

WŁASNOŚCI CIAŁ STAŁYCH I CIECZY

MECHANIKA PŁYNÓW Płyn

Wyznaczanie izolacyjności cieplnej dachów w świetle obowiązujących polskich norm i przepisów prawa budowlanego

Podstawy fizyki kwantowej

Wykład 6: Przekazywanie energii elementy termodynamiki

S ścianki naczynia w jednostce czasu przekazywany

Wykład 6: Przekazywanie energii elementy termodynamiki

TERMODYNAMIKA FENOMENOLOGICZNA

Wykład 1 i 2. Termodynamika klasyczna, gaz doskonały

Wymiana ciepła w wymiennikach. wykład wymienniki ciepła

Temperatura, PRZYRZĄDY DO POMIARU TEMPERATURY

ZAGADNIENIA CIEPLNO-WILGOTNOŚCIOWE

ZASADY ZALICZENIA PRZEDMIOTU MBS

FIZYKA STATYSTYCZNA. d dp. jest sumaryczną zmianą pędu cząsteczek zachodzącą na powierzchni S w

Podstawy termodynamiki

Rys.1 Rozkład mocy wnikającej do dielektryka przy padaniu fali płaskiej Natężenie pola wewnątrz dielektryka maleje wykładniczo. Określa to wzór: (1)

Rozkład nauczania fizyki w klasie II liceum ogólnokształcącego w Zespole Szkół nr 53 im. S. Sempołowskiej rok szkolny 2015/2016

Fizyka kwantowa. promieniowanie termiczne zjawisko fotoelektryczne. efekt Comptona dualizm korpuskularno-falowy. kwantyzacja światła

Temperatura jest wspólną własnością dwóch ciał, które pozostają ze sobą w równowadze termicznej.

= = Budowa materii. Stany skupienia materii. Ilość materii (substancji) n - ilość moli, N liczba molekuł (atomów, cząstek), N A

i elementy z półprzewodników homogenicznych część II

Wykład 14. Termodynamika gazu fotnonowego

Q t lub precyzyjniej w postaci różniczkowej. dq dt Jednostką natężenia prądu jest amper oznaczany przez A.

TECHNIKI NISKOTEMPERATUROWE W MEDYCYNIE

Instrukcja stanowiskowa

Politechnika Poznańska

Wykład 7: Przekazywanie energii elementy termodynamiki

Jednostki podstawowe. Tuż po Wielkim Wybuchu temperatura K Teraz ok. 3K. Długość metr m

Ocena stanu ochrony cieplnej budynku.

Akademia Górniczo - Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie

Spis treści. PRZEDMOWA.. 11 WYKAZ WAśNIEJSZYCH OZNACZEŃ.. 13

Ćwiczenie 375. Badanie zależności mocy promieniowania cieplnego od temperatury. U [V] I [ma] R [ ] R/R 0 T [K] P [W] ln(t) ln(p)

ĆWICZENIE 2 BADANIE TRANSPORTU CIEPŁA W WARUNKACH STACJONARNYCH

Dobór materiałów konstrukcyjnych cz.13

Promieniowanie cieplne ciał.

4. Wentylatory oddymiające powinny mieć klasę:

18. Siły bezwładności Siła bezwładności w ruchu postępowych Siła odśrodkowa bezwładności Siła Coriolisa

Symulacja przepływu ciepła dla wybranych warunków badanego układu

Przenikanie ciepła obliczanie współczynników przenikania ciepła skrót wiadomości

Wykres fazowy dla wody

Konwekcja - opisanie zagadnienia.

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA PRZEWODZENIA CIEPŁA W MATERIAŁACH POROWATYCH (oprac. dr inż. Jacek Banaszak)

1. BILANSOWANIE WIELKOŚCI FIZYCZNYCH

Transkrypt:

wymiana energii ciepła Karolina Kurtz-Orecka dr inż., arch. Wydział Budownictwa i Architektury Katedra Dróg, Mostów i Materiałów Budowlanych 1 rodzaje energii magnetyczna kinetyczna cieplna światło dźwięk grawitacja chemiczna elektryczna potencjalna nuklearna 2 1

ciepło jeden z dwóch (obok pracy) sposobów przekazywania energii wewnętrznej układowi termodynamicznemu przekazywanie energii ruchu chaotycznego cząstek w zderzeniach cząstek tworzących układy makroskopowe pozostające we wzajemnym kontakcie forma zmian energii ilość energii cieplnej przekazywanej w procesie cieplnym ciepło zjawisko fizyczne (proces) wymiana ciepła przepływ ciepła wielkość fizyczna ilość ciepła 3 temperatura związana jest ze średnią energią kinetyczną ruchu i drgań wszystkich cząstek tworzących dany układ jest miarą energii miara stanu cieplnego danego ciała temperatura w rozważanym układzie może być funkcją położenia i czasu T = f ( x, y, z, t) POLE TEMPERATUROWE w każdym punkcie pola temperatura określona jest funkcją (przykład: rozkład temperatury w pokoju) 4 2

procesy stacjonarne i nie stacjonarne PROCESY STACJONARNE (USTALONE) rozkład temperatury nie zmienia się w czasie stałe w czasie są ilości przenoszenia ciepła proces ustalony PROCESY NIESTACJONARNE (NIEUSTALONE) rozkład temperatury i ilość wymienianego ciepła są zmienne w czasie proces nieustalony 5 wymiana ciepła przepływ ciepła jest wynikiem różnicy temperatur ciepło przepływa z ośrodka/ materiału o wyższym potencjale energetycznym (temperaturze) do ośrodka o potencjale niższym proces przebiega do momentu uzyskania stanu równowagi termodynamicznej proste mechanizmy wymiany ciepła przewodzenie konwekcja promieniowanie Karolina Kurtz-Orecka, dr inż., arch. 6 3

wymiana ciepła przewodzenie zachodzi w ciałach stałych, cieczach lub gazach w większości przypadków związane jest z molekularnym ruchem cząsteczek cząsteczki o wyższej energii wewnętrznej w wyniku zderzeń przekazują część swojej energii cząsteczkom o energii niższej w metalach przepływ energii związany jest z ruchem wolnych elektronów. dq Q = dt STRUMIEŃ CIEPŁA prędkość przepływu ciepła stosunek elementarnej ilości ciepła dq wymienianej przez jednostkową powierzchnię w kierunku prostopadłym do niej przy występującym gradiencie temperatury do czasu trwania wymiany ciepła, jednostka [W] 7 wymiana ciepła przewodzenie PRAWO FOURIERA gęstość przewodzonego strumienia ciepła (W/m 2 ) jest wprost proporcjonalna do gradientu temperatury, współczynnikiem proporcjonalności jest współczynnik przewodzenia ciepła λ ciała, w którym wymiana ciepła zachodzi dt q = λ grad T = λ dx płaska przegroda budowlana Ts1 Ts 2 q = λ d opór przewodzenia ciepła d R λ = λ T T q = s1 s2 R λ przewodzenie ciepła przez jednorodną ściankę materiałową przy istniejącej różnicy temperatur na jej powierzchniach 8 4

współczynnik przewodzenia ciepła wartość deklarowana kontrola jakości produkcji, odpowiada warunkom laboratoryjnym w stanie suchym wartość obliczeniowa projektowanie, warunki stosowania materiałów deklarowany współczynnik przewodzenia ciepła określa producent materiału, deklaruje on, że 90% produkowanego materiału ma przewodność cieplną lepszą (niższą) od wartości deklarowanej na poziomie ufności 90% 9 współczynnik przewodzenia ciepła λ CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA WSPÓŁCZYNNIK PRZEWODZENIA CIEPŁA rodzaj substancji gęstość objętościowa struktura porowatość i struktura porów temperatura kierunek przepływu ciepła wilgotność wiek materiału 10 5

wymiana ciepła konwekcja związana jest z przepływem płynów (cieczy / gazów) energia przenoszona jest z obszarów o wyższej temperaturze do miejsc o niższej temperaturze przez całe molekuły gorętsze elementy płynu są przenoszone na drodze przepływu na znaczne odległości i mieszają się z zimniejszymi elementami i na odwrót KONWEKCJA naturalna zjawisko samoistne związane z naturalnymi siłami wyporu termicznego (np. ruch podgrzanego przez grzejnik powietrza w pokoju) wymuszona przez działanie urządzeń (np. przez wentylatory) 11 wymiana ciepła konwekcja PRAWO NEWTONA gęstość strumienia ciepła przejmowanego przez konwekcję jest wprost proporcjonalna do różnicy temperatur pomiędzy układem (powierzchnią ciała stałego T s ) a otoczeniem (płynem - T p ) q = h c c ( T T ) s p h c współczynnik przejmowania ciepła przez konwekcję [W/(m 2. K)] ilość ciepła przepływająca przez jednostkę powierzchni w jednostce czasu odniesiona do różnicy temperatury powierzchni przegrody i płynu (otoczenia) 12 6

wymiana ciepła promieniowanie przekazywanie energii w przestrzeni za pomocą fal elektromagnetycznych każde ciało mające temperaturę wyższą od temperatury zera bezwzględnego wypromieniowuje ciepło, jak również je pochłania promieniowanie może zachodzić w ośrodkach materialnych i w próżni proces emisji ciepła i absorpcji ciepła są zjawiskami objętościowymi zachodzą w objętości ciała (jednak głębokość na którą wnika promieniowanie jest z reguły niewielka w stosunku do objętości bryły) 13 wymiana ciepła promieniowanie emisja energii promieniowania jest połączona ze zmniejszeniem energii wewnątrz ciała, energia pochłonięta zwiększa energie wewnętrzną długość fal promieniowania cieplnego λ = 0.8 400µm Q Q R Q A Q = Q A + Q R + Q P Q - całkowita ilość energii promieniowania Q A - energia pochłonięta ( absorbed ) Q R - energia odbita ( reflected ) Q P - energia przepuszczona ( transmitted ) Q P a + r + p = 1 Q A = Q Q R = Q Q P = Q a r p -zdolność pochłaniania (= emisyjności) -zdolność odbijania -zdolność przepuszczania 14 7

wymiana ciepła promieniowanie PRAWO STEFANA BOLTZMANNA gęstość strumienia ciepła przekazywana od jednego ciała doskonale czarnego o temperaturze T 1 do drugiego o temperaturze T 2 q0 = σ 0( T1 T 4 4 2 ) σ 0 stała Stefana-Boltzmanna: 5,67 x 10-8 W/(m 2 K 4 ) T temperatura absolutna (termodynamiczna), K UWAGA: równanie obowiązuje wtedy, kiedy całkowita energia wypromieniowana z obu ciał jest tylko między nimi wymieniana CIAŁO DOSKONALE CZARNE model ciała doskonałego pochłaniającego całkowicie padające na nie promieniowanie elektromagnetyczne, niezależnie od temperatury tego ciała, kąta padania i widma padającego promieniowania CIAŁO RZECZYWISTE / SZARE ciało, które pochłania określoną współczynnikiem absorpcji część promieniowania padającego na to ciało bez względu na długość fali padającego promieniowania i temperaturę ciała 15 wymiana ciepła promieniowanie CIAŁO SZARE gęstość strumienia wymienianego na drodze promieniowania q = εσ 4 0 T emisyjność powierzchni ε = q q 0 emisja energii z powierzchni ciała szarego q = h ( T T ) r r s p T s temperatura powierzchni ciała, K T p temperatura otoczenia, K 16 8

wymiana ciepła przejmowanie ciepła złożony proces wymiany ciepła pomiędzy powierzchnią ciała stałego a omywającym je płynem przewodzenie w zakresie ruchy laminarnego przewodzenie w warstwie przyściennej i konwekcja w zakresie ruchu burzliwego promieniowanie 17 wymiana ciepła przejmowanie ciepła całkowita gęstość strumienia ciepła (konwekcja + promieniowanie) q = q r + q c = h s ( T T ) s h s = h c + h r współczynnik przejmowania ciepła [W/(m 2. K)] termiczny opór przejmowania ciepła 1 Rs = hs q = 1 T R s ( T ) s p p 18 9

wymiana ciepła złożona wymiana ciepła przejmowanie ciepła z otoczenia na powierzchnię ścianki przewodzenie ciepła w materiale przejmowanie ciepła z powierzchni ścianki do otoczenia 19 10