Termikus diffúzió
A hővezető képesség vagy hődiffúziós , és néha „ hődiffúziós ” (a English hődiffúziós ), egy anyagi jellemző , hogy a térbeli eloszlása a leírás a temporális változás hőmérséklet által hővezetés szolgál következtében hőmérséklet-gradiens.
Ez összefügg a hővezető képességgel , amelyet az energiaszállítás leírására használnak .
Definíció és egység
A termikus diffúzió meghatározása a következő:
Val vel
A termikus diffúziónak van SI- egysége . Az Egyesült Államokban szintén gyakori a specifikáció .
Hőmérsékletfüggő anyagtulajdonság, mivel az összes mögöttes paraméter hőmérsékletfüggő.
Hőegyenlet
A testben a hőmérséklet térbeli és időbeli eloszlása a Fourier-törvény ( JBJ Fourier szerint ) és az ebből következő hővezetési egyenlet felhasználásával kiszámítható. Kezdeti megfontolásaiban már visszatér Newtonhoz, és egy egyszerű tényt fejez ki: A térbeli terület hőtartalmának változása hőáramként áramlik a héján keresztül.
Az izotrop szervek inhomogén hővezető, de állandó hőkapacitású per térfogat, a következő érvényes:
Matematikai szimbolikában:
- : Pozícióvektor (a pozícióváltozó fölötti vektornyíl szimbolizálja )
- : Nabla operátor : Differenciálási szabály a helyi származékok tekintetében, amely különböző módon alkalmazható skaláris mennyiségekre, vektorokra és operátorokra.
Homogén, izotróp közegek esetében a hővezetési egyenlet hőmérséklet-független termikus diffúziót feltételezve egyszerűsíthető:
- .
Matematikai szimbolikában:
- : Laplace operátor : Differenciálási szabály a helyi származékok tekintetében, amelyet itt alkalmazunk a skaláris változó hőmérsékletre .
A differenciálegyenletet hővezetési egyenletnek nevezzük, és általában olyan szállítási folyamatokat ír le, mint pl B. a diffúzió , vagy mint itt a hőmérséklet-eloszlás migrációja egy testben egy ideiglenes hőmérsékleti gradiens miatt. Matematikai szempontból tehát a termikus diffúzió a „ hővezetési probléma szállítási együtthatója ”. A hővezetési egyenlet két meghatározott változata csak akkor érvényes, ha a testben hő nem keletkezik vagy nem kerül felhasználásra. Ha ez lenne a helyzet, hozzá kellene adni egy úgynevezett forráskifejezést.
Gyakorlati használat
A bizonytalan hőmérséklet-eloszlás analitikai kiszámítása sok esetben nem lehetséges. A hővezetési problémákat ezért gyakran numerikusan számolják a végeselem módszerrel . Az eredmény időbeli és térbeli hőmérséklet-eloszlás (hőmérsékleti mezők). Tehát z. B. következtetni kell az összetevők térbeli tágulási viselkedésére , vagy meghatározni a helyi belső feszültségállapotot . A hőmérsékleti mező kiszámítása ezért fontos alapja azoknak a műszaki tervezési feladatoknak, amelyek során az ideiglenes hő-maradék feszültségeket nem lehet elhanyagolni.
A termikus diffúzió fontosságának másik példája a változó hőmérsékleti gradienseknek kitett hőszigetelés. Ezek például a tűzajtók vagy a ház szigetelése. A tűzálló ajtó ellenállása azt az időt fejezi ki, amely alatt a hő behatol az ajtón. Az ajtónak nemcsak jól kell szigetelnie a hőt, hanem a szigetelő anyagnak is alacsony hővezető képességgel kell rendelkeznie. Hasonló a helyzet egy ház szigetelőrétegével, például a dél felé néző tetőterületen: itt egy kevésbé vastag szigetelés alacsony hővezető képessége megakadályozhatja a belső tér átmelegedését ideiglenes napsugárzás esetén.
Sűrűség ρ (kg / dm 3 ) |
fajlagos hőteljesítmény (kJ / (kg K)) |
Hővezető képesség λ (W / (m · K)) |
Hővezető képesség a (mm 2 / s) |
|
---|---|---|---|---|
alumínium | 2.7 | 0,888 | 237 | 98.8 |
vezet | 11.34 | 0.129 | 35 | 23.9 |
bronz | 8.8 | 0,377 | 62 | 18.7 |
króm | 6.92 | 0,44 | 91. | 29.9 |
Cr-Ni acél (X 12 CrNi 18.8 ) |
7.8 | 0.5 | 15-én | 3.8 |
Vas | 7.86 | 0,452 | 81. | 22.8 |
Arany | 19.26 | 0.129 | 316 | 127.2 |
öntöttvas | 7.8 | 0,54 | 42 ... 50 | 10… 12 |
Acél (<0,4% C ) | 7.85 | 0,465 | 45… 55 | 12… 15 |
réz | 8.93 | 0,382 | 399 | 117. |
magnézium | 1.74 | 1.02 | 156 | 87,9 |
mangán | 7.42 | 0,473 | 21 | 6. |
molibdén | 10.2 | 0,251 | 138 | 53.9 |
nátrium | 0,97 | 1.22 | 133 | 112 |
nikkel | 8.85 | 0,448 | 91. | 23. |
platina | 21.37 | 0,133 | 71. | 25-én |
ezüst | 10.5 | 0,235 | 427 | 173 |
titán | 4.5 | 0,522 | 22-én | 9.4 |
volfrám | 19-én | 0,134 | 173 | 67,9 |
cink- | 7.1 | 0,387 | 121 | 44. |
Bádog (fehér) | 7.29 | 0,225 | 67 | 40.8 |
Szilícium | 2.33 | 0,700 | 148 | 87 |
Sűrűség ρ (kg / dm 3 ) |
fajlagos hőteljesítmény (kJ / (kg K)) |
Hővezető képesség λ (W / (m · K)) |
Hővezető képesség a (mm 2 / s) |
|
---|---|---|---|---|
Akrilüveg (plexi) | 1.18 | 1.44 | 0,184 | 0,108 |
aszfalt | 2.12 | 0,92 | 0,70 | 0,36 |
Konkrét | 2.4 | 0,88 | 2.1 | 0,994 |
Jég (0 ° C) | 0,917 | 2.04 | 2.25 | 1.203 |
Piszok (grobkiesig) | 2.04 | 1.84 | 0,52 | 0,14 |
Homokos talaj (száraz) | 1.65 | 0,80 | 0,27 | 0,20 |
Homokos talaj (nedves) | 1.75 | 1.00 | 0,58 | 0,33 |
Agyagos talaj | 1.45 | 0,88 | 1.28 | 1.00 |
Ablaküveg | 2.48 | 0,70 | 0,87 | 0,50 |
Tükörüveg | 2.70 | 0,80 | 0,76 | 0,35 |
Kvarcüveg | 2.21 | 0,73 | 1.40 | 0,87 |
Üveggyapot | 0.12 | 0,66 | 0,046 | 0,58 |
vakolat | 2.2–2.4 | 1.09 | 0.51 | 0,203 |
gránit | 2.75 | 0,89 | 2.9 | 1.18 |
Szén (grafit) | 2.25 | 0,709 | 119 ... 165 | 74… 103. |
Parafa panelek | 0,19 | 1.88 | 0,041 | 0,115 |
üveggolyó | 2.6 | 0,80 | 2.8 | 1.35 |
habarcs | 1.9 | 0,80 | 0,93 | 0,61 |
papír | 0.7 | 1.20 | 0.12 | 0,14 |
Polietilén | 0,92 | 2.30 | 0,35 | 0,17 |
Politetrafluor-etilén | 2.20 | 1.04 | 0,23 | 0.10 |
Polivinil-klorid | 1.38 | 0,96 | 0,15 | 0.11 |
Porcelán (95 ° C) | 2.40 | 1.08 | 1.03 | 0,40 |
kén | 1.96 | 0,71 | 0,269 | 0,193 |
Kemény szén | 1.35 | 1.26 | 0,26 | 0,15 |
Fenyőfa (radiális) | 0,415 | 2.72 | 0,14 | 0.12 |
Vakolás | 1.69 | 0,80 | 0,79 | 0,58 |
Tégla | 1,6 ... 1,8 | 0,84 | 0,38 ... 0,52 | 0,28 ... 0,34 |
levegő | 0,0013 | 1.01 | 0,026 | 20 |
víz | 1.0 | 4.18 | 0.6 | 0,14 |
irodalom
- Ralf Bürgel: Kézikönyv magas hőmérsékletű anyagtechnikához. 3. Kiadás. Friedrich Vieweg és Sohn Verlag, Wiesbaden 2006, ISBN 978-3-528-23107-1 .
- M. ten Bosch: A hőátadás. Tankönyv és kézikönyv gyakorlati használatra, harmadik kiadás, Springer Verlag, Berlin / Heidelberg 1936.
Lásd még
web Linkek
- Univerzális módszer a hővezető képesség meghatározására (hozzáférés: 2020. január 3.)
- Az edzésfüggő hővezető képesség hőmérsékletének és mértékének meghatározása véges térfogat-alapú inverz módszerekkel (hozzáférés: 2020. január 3.)
- Hő- és impulzusszállítás csúsztatású szinterezett fémhabokban (hozzáférés: 2020. január 3.)
- A hőtranszport kristályos kőzetekben a kontinentális kéreg körülményei között (elérhető: 2020. január 3.)
- Egyes diszubsztituált benzolok és policiklusos rendszerek fajlagos hője, fajlagos térfogata, hőmérséklete és hővezető képessége (hozzáférés: 2020. január 3.)
Egyéni bizonyíték
- ↑ A kifejezés számot kerülni kell, mert ez nem egy dimenzió nélküli arány, de a mennyiség a dimenzió .
- ^ John H. Lienhard IV és John H. Lienhard V.: Hőátadási tankönyv, 3. kiadás, 2001., 55. o., Gl. 2.10.