Transferul de Căldură

1.1 Notiuni introductive. Moduri elementare de transmitere a

caldurii

Studiul propagarii caldurii urmareste determinarea relatiilor cantitative. Intereseaza determinarea energiei termice maxime care poate fi transmisa prin unitatea de suprafata, obtinerea randamentului optim de utilizare a unor surse de caldura sau reducerea la minim a trecerii unui flux termic printr-o anumita suprafata. Propagarea caldurii se poate realiza în urmatoarele moduri:- conductie

- convectie

- radiatie

Conductia termica: este fenomenul de transfer termic prin corpuri fara miscari aparente si este caracteristica solidelor si straturilor subtiri de fluid în repaos. Conductia termica reprezinta transportul direct al caldurii, în interiorul aceluiasi corpmaterial, în masa caruia exista diferente de temperatura sau între corpuri diferite atunci când între ele exista un contact intim si diferente de temperatura.

Convectia caldurii: este fenomenul de transfer termic prin corpuri cu miscari aparente. Se manifesta la fluide în miscare si în procesele de schimbare de stare de agregare. Canvectia caldurii este o transmitere de caldura macroscopica. Ea are loc datorita unui fluid în miscare, în care elementul conducator vehiculeaza din zona de temperatura mai mare pentru a transporta energia termica în zonele cu temperatura mai scazuta. Convectia termica poate fi:

-convectie libera: când fluidul se misca pe baza fortelor arhimedice, generate de neuniformitatea câmpului de temperatura( vitezele de miscare fiind mici).

- convectie fortata: când fluidul se misca pe baza fortelor rezultate din diferentele de presiune statice sau dinamice create artificial sau natural. Vitezele de miscare sunt sensibil mari.

Convectia se intensifica simultan cu cresterea vitezelo9r de miscare sau cu accentuarea neuniformitatilor câmpului de temperatura. Convectia termica se manifesta la suprafata de separatie dintre un solid si un lichid sau la separarea fazelor componente ale fluidelor polifazice.

Radiatia termica: reprezinta modul de transmitere a caldurii, sub forma de energie radianta care intervine între doua suprafete având temperaturi diferite, distantate si separate între ele, printr-un spatiu care permite radiatia. Radiatia ca fenomen de transport de energie utilizeaza drept suport material undele electromagnetice.

În fenomenele reale pot interveni toate cele trei moduri de propagare a caldurii.

Cantitatea de caldura reprezinta energia schimbaqta cu mediul ambiant de catre un sistem ai carui parametri externi ramân constanti.

Fluxul termic cantitatea de caldura care traverseaza o suprafata de schimb de caldura în unitatea de timp.

Densitatea de flux termic: prin raportarea fluxului termic la suprafata pe care o strabate, se obtine densitatea fluxului termic, reprezentând debitul de caldura propagate prin unitatea de suprafata normal pe directia lui:

[w/m2]

Temperatura: parametru de stare cu ajutorul caruia se apreciaza energia interna a unui corp, în raport cu altul. Notiunea de temperatura este introdusa prin postulatul al doilea al termodinamicii pentru sisteme în echilibru si are character empiric.

Câmp de temperaturi: totalitatea valorilor instantanee ale temperaturilor în spatiul dat.

Suprafete izoterme: rprezinta multimea punctelor din spatiu, care la un moment dat, au aceeasi temperatura. Suprafetele izotemre pot fi:

- stationare: nu-si modifica coordonatele în spatiu si timp

- nestationare depend de timp, schimbându-si permanent pozitia

Gradientul de temperatura( cresterea de temperatura): daca se intersecteaza suprafetele izoterme cu un plan se obtine o familie de curbe izoterme.

[0C/m]

Caderea de temperatura: este valoarea negativa a gradientului de temperatura iar totalitatea acestor vectori formeaza câmpul caderilor de temperatura.

1.2Conductia termica

Conductia este schimbul de caldura care are loc între doua corpuri, doua parti ale aceluiasi corp, doua fluide între care exista contact fizic direct, transferul de caldura are loc de la particula la particula.

Propagarea caldurii prin conductie termica, apare ca fenomen determinat la solide si al strturi subtiri de fluid în repaos, care prezinta neuniformitati ale câmpului de temperatura. Transmiterea caldurii prin conductie se realizeaza prin:

- transport efectuat de electroni;

- miscarile oscilatorii ale particolelor componente;

- emisia si absorbtia reciproca dintre particolelor elementelor învecinate, în cazul unei densitati sufficient de mari a particolelor;

Conductivitatea de caldura : cantitatea de caldura schimbata printr-un m2 de suprafata de schimb de caldura sub un gradient de temperatura de 0C/m