Нестационарная теплопроводность

Общие положения

Процессы теплопроводности, когда температура в теле изменя­ется не только от точки к точке, но и стечением времени, называ­ют нестационарными. Они имеют место при нагревании (охлаждении) различных заготовок, охлаждении отливок, пуске и остановке раз­личных теплообменных устройств, энергетических агрегатов и т.д.

Процессы нестационарной теплопроводности можно разделить на две группы: а) тело стремится к тепловому равновесию;

б) тем­пературе тела претерпевает периодические изменения.

К первой группе относятся процессы прогрева или охлаждения тел, помещенных в среду с заданным температурным состоянием, на­пример, прогрев болванки в печи, охлаждение отливки или закали­ваемой детали и т.п.

t

t

t

Рис.9. Характер изменения температуры тела во времени при охлаждении.

На рис.9 в качестве примера процесса первой группы представлен характер изменения температуры во времени τ в отдельных точках тела, первоначально имевшего во всем объеме постоянную температуру t₀, после помещения его в среду с температурой t_ж=const, причем t_ж < t₀. С течением време­ни τ температура тела в каждой точке асимптотически приближается к температуре t_ж. Отметим, что различные точки тела охлаждаются с разной скоростью.

В начале процесса охлаждения темпера­тура центральных точек t_ц, практически неизменна, а температура точек t_с, расположенных на поверхности тела, изменяется сущест­венно уже в начале процесса.

Ко второй группе относятся процессы в периодически действую­щих подогревателях, например, тепловой процесс регенераторов, на­садка которых то нагревается дымовыми газами, то охлаждается воз­духом.

Отметим, что как в случае нагревания, так и в случае охлаж­дения, нестационарные тепловые процессы всегда связаны с измене­нием внутренней энергии или энтальпии тела.