TERMIKA II. Stacionární vedení s dokonalou i nedokonalou izolací; Obecná rovnice vedení tepla; Přestup a prostup tepla;

Podobné dokumenty
TERMOMECHANIKA 15. Základy přenosu tepla

Šíření tepla. Obecnéprincipy

Technologie a procesy sušení dřeva

ZÁKLADY STAVEBNÍ FYZIKY

Měření prostupu tepla

N_SFB. Stavebně fyzikální aspekty budov. Přednáška č. 3. Vysoká škola technická a ekonomická V Českých Budějovicích

1 Zatížení konstrukcí teplotou

Přednáška č. 5: Jednorozměrné ustálené vedení tepla

Termomechanika 9. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

Termomechanika 10. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

Výpočtové nadstavby pro CAD

Termomechanika 11. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

KATEDRA MATERIÁLOVÉHO INŽENÝRSTVÍ A CHEMIE. 123TVVM tepelně-fyzikální parametry

U218 Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze. Seminář z PHTH. 3. ročník. Fakulta strojní ČVUT v Praze

KATEDRA MATERIÁLOVÉHO INŽENÝRSTVÍ A CHEMIE. 123MAIN tepelně-fyzikální parametry

FBI nevratné procesy Nevratný proces Nevratný proces nevratný ireverzibilní děj relaxační procesy Fickův zákon Fourierův zákon Ohmův zákon

Stavební tepelná technika 1 - část A Jan Tywoniak ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta stavební. Stavební fyzika (L)

ELEKTRICKÝ PROUD ELEKTRICKÝ ODPOR (REZISTANCE) REZISTIVITA

Termodynamika nevratných procesů

1 Vedení tepla stacionární úloha

U218 - Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze. ! t 2 :! Stacionární děj, bez vnitřního zdroje, se zanedbatelnou viskózní disipací


VI. Nestacionární vedení tepla

Počítačová dynamika tekutin (CFD) Základní rovnice. - laminární tok -

102FYZB-Termomechanika

PROCESY V TECHNICE BUDOV 12

ODĚVNÍ KOMFORT TERMOFYZIOLOGICKÝ KOMFORT

Vibrace atomů v mřížce, tepelná kapacita pevných látek

Školení CIUR termografie

133PSBZ Požární spolehlivost betonových a zděných konstrukcí. Přednáška A3. ČVUT v Praze, Fakulta stavební katedra betonových a zděných konstrukcí


FYZIKA II. Petr Praus 6. Přednáška elektrický proud

elektrony v pevné látce verze 1. prosince 2016

Termodynamika v biochemii

3 pokusy z termiky. Vojtěch Jelen Fyzikální seminář LS 2014

Vedení tepla KATEDRA EXPERIMENTÁLNÍ FYZIKY PŘÍRODOVĚDECKÁ FAKULTA UNIVERZITY PALACKÉHO V OLOMOUCI

BH059 Tepelná technika budov přednáška č.1 Ing. Danuše Čuprová, CSc., Ing. Sylva Bantová, Ph.D.

M T I B A ZÁKLADY VEDENÍ TEPLA 2010/03/22

U218 Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze. Seminář z PHTH. 3. ročník. Fakulta strojní ČVUT v Praze

Tepelná vodivost pevných látek

Skalární a vektorový popis silového pole

SDÍLENÍ TEPLA A ÚSPORY ZATEPLENÍM I.

Ročník: 1. Mgr. Jan Zmátlík Zpracováno dne:

MOLEKULOVÁ FYZIKA A TERMODYNAMIKA

Teplota jedna ze základních jednotek soustavy SI, vyjadřována je v Kelvinech (značka K) další používané stupnice: Celsiova, Fahrenheitova

1. FYZIKÁLNÍ ZÁKLADY ŠÍŘENÍ TEPLA

BH059 Tepelná technika budov

Úvod do vln v plazmatu

4. Stanovení teplotního součinitele odporu kovů

Teorie transportu plynů a par polymerními membránami. Doc. Ing. Milan Šípek, CSc. Ústav fyzikální chemie VŠCHT Praha

Teplotní roztažnost Přenos tepla Kinetická teorie plynů

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ APLIKOVANÁ FYZIKA MODUL 4 PŘENOS TEPLA

Laserová technika prosince Katedra fyzikální elektroniky.

Energetické vlastnosti klimatizovaných interiérů

Potenciální proudění

Dynamika tekutin popisuje kinematiku (pohyb částice v času a prostoru) a silové působení v tekutině.

Identifikátor materiálu: ICT 2 54

Molekulová fyzika a termika:

Postupné, rovinné, monochromatické vlny v lineárním izotropním nemagnetickém prostředí

MOLEKULOVÁ FYZIKA A TERMODYNAMIKA

N_SFB. Stavebně fyzikální aspekty budov. Přednáška č. 7. Vysoká škola technická a ekonomická V Českých Budějovicích

Úloha č. 1 pomůcky Šíření tepla v ustáleném stavu základní vztahy

Matematické modely a způsoby jejich řešení. Kateřina Růžičková

Téma sady: Všeobecně o vytápění. Název prezentace: základní pojmy 3

DZDDPZ1 - Fyzikální základy DPZ (opakování) Doc. Dr. Ing. Jiří Horák Institut geoinformatiky VŠB-TU Ostrava

GAUSSŮV ZÁKON ELEKTROSTATIKY

1.8. Mechanické vlnění

Termomechanika 12. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

- není prostorově orientován - ve zvoleném místě prostoru (času) ho lze vyjádřit jednou hodnotou - typické skaláry: teplota, tlak, koncentrace

Základem molekulové fyziky je kinetická teorie látek. Vychází ze tří pouček:

DIFÚZNÍ MOSTY. g = - δ grad p (2) Doc. Ing. Šárka Šilarová, CSc. Ing. Petr Slanina Stavební fakulta ČVUT v Praze

Vnitřní energie, práce a teplo

VLASTNOSTI VLÁKEN. 3. Tepelné vlastnosti vláken

ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra Technických zařízení budov. Modelování termohydraulických jevů 3.hodina. Hydraulika. Ing. Michal Kabrhel, Ph.D.

TERMIKA. (Petr Jizba) Doporučená literatura:

Obsah PŘEDMLUVA 11 ÚVOD 13 1 Základní pojmy a zákony teorie elektromagnetického pole 23

MIKROPORÉZNÍ TECHNOLOGIE

VNITŘNÍ ENERGIE. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - 2. ročník - Termika

Václav Uruba home.zcu.cz/~uruba ZČU FSt, KKE Ústav termomechaniky AV ČR, v.v.i., ČVUT v Praze, FS, UK MFF

Maturitní témata fyzika

TERMOMECHANIKA PRO STUDENTY STROJNÍCH FAKULT prof. Ing. Milan Pavelek, CSc. Brno 2013

Stanovení požární odolnosti. Přestup tepla do konstrukce v ČSN EN

Fyzika, maturitní okruhy (profilová část), školní rok 2014/2015 Gymnázium INTEGRA BRNO

Základy magnetohydrodynamiky. aneb MHD v jedné přednášce?! To si snad děláte legraci!

Modelování vázaného šíření teplotněvlhkostního

TERMOFYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI. Radek Vašíček

Solární systémy. Termomechanický a termoelektrický princip

Tabulace učebního plánu. Vzdělávací obsah pro vyučovací předmět : Fyzika. Ročník: I.ročník - kvinta

Posouzení konstrukce podle ČS :2007 TOB v PROTECH, s.r.o. Nový Bor Datum tisku:

Bezkontaktní termografie

POZNÁMKA: V USA se používá ještě Fahrenheitova teplotní stupnice. Převodní vztahy jsou vzhledem k volbě základních bodů složitější: 9 5

TEPELNĚ TECHNICKÉ POSOUZENÍ KONSTRUKCE - Dle českých technických norem

Vybrané technologie povrchových úprav. Základy vakuové techniky Doc. Ing. Karel Daďourek 2006

Plazma. magnetosféra komety. zbytky po výbuchu supernovy. formování hvězdy. slunce

Fyzikální chemie. Magda Škvorová KFCH CN463 tel února 2013

tepelné vodivosti v kovech. Energie ve formě tepla mikroskopicky reprezentovaná kinetickou a potenciální

12. Elektrochemie základní pojmy

TZB Městské stavitelsví

Řešení: Nejdříve musíme určit sílu, kterou působí kladka proti směru pohybu padajícího vědra a napíná tak lano. Moment síly otáčení kladky je:

Základy vakuové techniky

Transkript:

TERMIKA II Šíření tepla vedením, prouděním a zářením; Stacionární vedení s dokonalou i nedokonalou izolací; Nestacionární vedení tepla; Obecná rovnice vedení tepla; Přestup a prostup tepla; 1

Šíření tepla vedením, prouděním a zářením!!! Přenos tepla: je předávání části energie ( I. P.T.).!!! Směr přenosu tepla: teplejší studenějšímu ( II. P.T.). Šíření vedením (kondukcí): Přenos tepla mezi látkami které jsou v přímém kontaktu. Systémy jsou makroskopicky v klidu, nositelem jsou např. kmity krystalové mříže (šíří se rychlostí zvuku). Šíření prouděním (konvekcí): Makroskopický pohyb látky, např. v tekutinách či plynech. Šíření zářením (radiací): Není vázáno na látku, nositelem jsou elektromagnetické vlny (šíří se rychlostí světla). 2

Stacionární vedení s dokonalou i nedokonalou izolací Stacionárni (ustálené) vedení tepla: t.j., ϑ = ϑ(x), ale né času. Teplota soustavy je funkcí místa, Pozn: Nestacionární (neustálené) vedení tepla: ϑ = ϑ(x, t). Tepelná rovnováha (termicky homogenní soustava): ϑ = const. A : Jednorozměrné ustálené vedení tepla v homogenním prostředí a) Dokonalá tepelná izolace lineární pokles ϑ. 3

Teplo prošlé libovolným kolmým pr uřezem S za dobu t je Q = λs ϑ 1 ϑ 2 l t S je plocha, λ je součinitel tepelné vodivosti a je spád teploty ϑ 1 ϑ 2 l = ϑ l b) Nedokonalá tepelná izolace = únik tepla nelineární pokles ϑ. 4

!!! Definujme hustotu tepelného toku φ tj., množství tepla které projde za 1s jednotkovou plochou kolmou ke směru šíření tepla, tj.: [φ] = [Q/(tS)] = [λ(ϑ 1 ϑ 2 )/l] Pokud tloušt ku vrstvy (např. délku tyče) zmenšíme na dx, bude tepelný tok φ = λ dϑ dx Tepelný tok v obecně dim. homogenním a izotropním prostředí je φ φ = λ gradϑ = λ ϑ Fourier uv zákon vedení tepla. Pozn.: Srovnejte se vztahem E = gradφ ekvipotenciály izotermy; E φ 5

B : Neustálené vedení tepla Nyní ϑ = ϑ(x, t). Obklopme vyšetřovaný bod malou uzavřenou ploškou S. Za dt projde elementem ds teplo dq = φ dsdt = λ gradϑ dsdt Celkem vyproudí Q 1 = (S) λ gradϑ dsdt G. O. = (V ) λdiv gradϑ dtdv = (V ) λ 2 ϑ dtdv I : Uvnitř V nejsou zdroje tepla jen únik tepla pokles teploty dϑ. Označíme-li měrnou tepelnou kapacitu daného objemu jako c ztráta tepla díky poklesu teploty je Q 2 = c dmdϑ = cϱ dϑdv (V ) (V ) 6

ZZE: Q 1 = Q 2 cϱ dϑ = λ 2 ϑ dt ϑ(x, t)/ t = (λ/cϱ) ϑ a ϑ(x, t) ϑ(x, t) t = 0 a = λ/cϱ je součinitel teplotní vodivosti. Poslední rovnice vyjadřuje zákon nestacionárního vedení tepla v homogenním izotropním prostředí bez tepelných zdroj u - rovnice vedení tepla nebo také difuzní rovnice II : Uvnitř V jsou zdroje tepla produkce tepla Q p 7

Jestliže produkované teplo má jistý měrný tepelný výkon P ϑ produkovanou v objemu V = 1m 3 za 1s) (tj., energii Q p = Q V = (V ) P ϑ dtdv = Q V + Q ϑ λ 2 ϑ dtdv ; Q ϑ = (V ) (V ) cϱ dϑdv Q V odpovídá teplu které opustí V (tj., < 0); Q ϑ odpovídá teplu které je zodpovědné za zvýšení teploty ve V (tj., > 0) a ϑ(x, t) ϑ(x, t) t + P ϑ cϱ = 0 Toto je obecná rovnice vedení tepla v homogenním izotropním prostředí. 8

Pozn.I: Není-li teplota funkcí času 2 ϑ = const. (= Poissonova rovnice) je analogem rovnice pro výpočet elektrostatického potenciálu v přítomnosti el. náboj u 2 φ = ϱ e /ε 0 Není-li ani zdroj tepelné energie 2 ϑ = 0 (= Laplaceova rovnice), opět analogie s elektrostatikou Pozn.II: Pro lineární funcki: ϑ(x, t) = k x stacionární případ s dokonalou izolací dq 1 = λ( ϑ) dsdt = λk dsdt φ = λk = const. ϑ(x, t) = kx 1 Pozn.III: Pokud prostředí není izotropní (tj., směrově nezávislé) λ není obecně skalár, ale tenzor λ( ϑ) ds λ ij ( ϑ) i ds j Pokud λ není konstantní, ale mění se skokem přestup tepla, např. přestup tepla vrstvou. 9

Šíření tepla prouděním Probíhá v tekutinách a plynech či plazmatu a odpovídá makroskopickému transportu látky hustota látky se mění v závislosti na lokálních teplotních gradientech. Nedá se popsat rovnicí pro vedení tepla!!! Musí se používat rovnice pro proudění kontinua (např. Navier Stokesova rovnice v tekutinách) či r uzné transportní rovnice (např. Vlasovova či Balescuova rovnice ve fyzice plazmatu) Šíření tepla zářením Energie se šíří ve formě elektromagnetického záření (fotony). Přenos tepla probíhá i ve vakuu. Všechny zahřáté látky vyzařují elektromagnetické záření (dusledkem oscilací elektronu v atomech) 10

Při nižších teplotách (cca do 500 C) je toto záření infračervené (λ = 10 4 10 6 m) Vyzařování je závislé na teplotě tělesa Každé těleso také pohlcuje elektromagnetické záření Spektrum teplotního záření pevných látek a kapalných látek je spojité 11

Přestup a prostup tepla Přestup tepla: přenos tepla mezi dvěma navzájem sousedícími prostředími. Prostup tepla: přenos tepla mezi dvěma prostředími která jsou oddělena děĺıcí vrstvou z jiného materiálu. Základní veličiny: a) Koeficient přestupu tepla: α je definován jako: α = φ ϑ 1 ϑ 1 φ je hustota tepelného toku jdoucího rozhraním, ϑ 1 je teplota na rozhraní a ϑ 1 je teplota uvnitř. ϑ 1 > ϑ 1 12

a) Koeficient prostupu tepla: k je definován jako: k = φ ϑ 1 ϑ 2 φ je hustota tepelného toku jdoucího rozhraním, ϑ 1 je teplota před vstupem to oddělujícího materiálu ϑ 2 je teplota po výstupu z oddělujícího materiálu. ϑ 1 > ϑ 2 DÚ: Dokažte že při ustáleném proudění s dokonalou izolací platí 1 k = 1 α 1 + d λ + 1 α 2 13

Note: Koeficient prostupu tepla se také běžne značí jako U. Note: Protože U uvádí kolik tepelné energie (ve Wattech) za sekundu unikne při teplotním rozdílu 1C na obou stranách materiálu jedním m 2, je tím méně tepelných ztrát, čím je tato hodnota nižší úspora financí. DÚ: Identifikujte prostupy a přestupy tepla. 14

DÚ: Jsou uvedené 3 hodnoty pro U g vzájemně konzistentní? 15