Issiqlik o‘tkazuvchanlik koeffitsienti, (Vt/m grad)
5.3. Issiqlik o‘tkazuvchanlik. Fure qonuni
Gaz va tomchili suyuqliklarda molekulalarning harakati, yoki qattiq jismlarda kristall panjaradagi atomlarning tebranishi metallarda erkin elektronlarning diffuziyasi natijasida issiqlik o‘tkazuvchanlik jarayoni sodir bo‘ladi.
Issiqlik o‘tkazuvchanlik orqali tarqalgan issiqlik miqdori Fure qonuni asosida aniqlanadi. Bu qonunga ko‘ra, issiqlik o‘tkazuvchanlik orqali uzatilgan issiqlik miqdori dQ issiqlik o‘tkazuvchanlik koeffitsientiga, temperatura gradientiga, jarayon davomiyligiga va issiqlik oqimi yo‘nalishiga perpendikulyar bo‘lgan tekislik yuzasiga proporsionaldir, ya’ni:
(5.13)
bu erda:
- issiqlik o‘tkazuvchanlik koeffitsienti, (Vt/m.grad);
- temperatura gradienti, (0S/m);
- jarayon davomiyligi, (S);
dF - issiqlik almashinish yuzasi, (m2).
5.3.1. Issiqlik o‘tkazuvchanlik koeffitsenti
Issiqlik o‘tkazuvchanlik koeffitsienti issiqlik almashinish yuzasi birligidan vaqt birligi davomida izotermik yuzaga normal bo‘lgan uzunlik birligida temperaturaning 1 0C ga pasayishida issiqlik o‘tkazuvchanlik yo‘li bilan berilgan issiqlik miqdorini ifodalaydi.
Issiqlik o‘tkazuvchanlik koeffitsientining qiymati moddaning tuzilishi va uning fizik-kimyoviy xossalariga, temperatura va boshqa bir qator kattaliklarga bog‘liq. Normal temperatura va bosimda metallar issiqlikni juda yaxshi, gazlar esa juda yomon o‘tkazadi. Masalan, ayrim moddalarning issiqlik o‘tkazuvchanlik koeffitsienti (Vt/m.grad birligida) quyidagicha: toza mis uchun - 394, CT3 markali po‘lat uchun- 52, havo uchun - 0,027, tomchili suyuqliklar uchun - 0,1 - 0,7, gazlar uchun- 0,006 - 0,165, issiqlikdan himoyalovchi materiallar uchun - 0,006 - 0,175 ga teng.
Qalinligi va issiqlik o‘tkazuvchanlik koeffitsienti bo‘lgan, bir jinsli materialdan tayyorlangan tekis devorning issiqlik o‘tkazish jarayonini ko‘rib chiqaylik. Devorning qarama-qarshi tomonlaridagi temperaturalar t1 va t2 ga teng bo‘lib, t1>t2 bo‘lsin (5.2-rasm).
5.2 - rasm. Tekis devor orqali issiqlik o‘tkazuvchanlik yo‘li bilan issiqlik o‘tkazish sxemasi
Agar issiqlik o‘tkazish turg‘un rejimda borsa va faqat bir yo‘nalishda tarqalsa, issiqlik o‘tkazuvchanlikning differensial tenglamasi quyidagi ko‘rinishga ega bo‘ladi.
(5.14)
Bu tenglamani integrallasak:
(5.15)
bu erda: s1 s2 -doimiy koeffitsientlar; x-issiqlikning tarqalish yo‘nalishiga mos keluvchi koordinata.
Integrallash doimiysi s1= dt/dn bo‘lib, chegara shartlari (x=0, x = ) bo‘lgan holda c1= (t1 - t2 ) / bo‘ladi va buni hisobga olganda (5.1 ) tenglama quyidagi ko‘rinishga keladi:
(5.16)
yoki
(5.17)
Demak, yuqoridagi shartlarni qanoatlantiruvchi tekis devorda temperatura tug‘ri chiziq bo‘yicha o‘zgaradi va shunga mos holda bir necha bir jinsli qatlamlardan tashqil topgan devorda temperatura siniq to‘g‘ri chiziq bo‘yicha o‘zgaradi.
Silindrsimon devor (5.3-rasm) uchun issiqlik o‘tkazuvchanlik tenglamasi quyidagi ko‘rinishda yoziladi:
(5.18)
bu erda: L - silindrsimon devor balandligi; - jarayon davomiyligi; t1,,t2. - silindrsimon devorning ichki va tashqi sirtining temperaturasi; -devor materialining issiqlik o‘tkazuvchanlik koeffitsienti; dt, di - silindrsimon devorning tashqi va ichki diametrlari.
5.3 - rasm. Silindrsimon devorning issiqlik o‘tkazuvchanlik tenglamasini aniqlash sxemasi
Ushbu tenglamadan ko‘rinib turibdiki, silindrsimon devorda temperaturaning o‘zgarishi egri chiziq bo‘yicha boradi.
Agar silindrsimon devor bir necha bir jinsli qatlamlardan tashqil topgan bo‘lsa, (5.6) tenglama quyidagicha yoziladi:
(5.19)
i -qatlamning tartib raqami; n -qatlamlar soni.
Qurilish sanoatida qo‘llaniladigan silindrsimon devorli ko‘pchilik issiqlik almashinish qurilmalarining diametri katta (500-2500 mm), devor qalinligi esa juda kichik (5-20 mm).
|
