Теплопроводность через плоскую стенку при граничных условиях первого рода
Рис. 9.2. Однородная плоская стенка |
Рассмотрим однородную плоскую стенку толщиной δ (рис. 9.2). На наружных поверхностях стенки поддерживаются постоянные температуры tс1 и tс2. Коэффициент теплопроводности стенки постоянен и равен λ. При стационарном режиме
и отсутствии внутренних источников теплоты
qv=0
дифференциальное уравнение теплопроводности примет вид:
. | (9.16) |
При заданных условиях температура будет изменяться только в направлении, перпендикулярном плоскости стенки (ось Оx). В этом случае
, |
и дифференциальное уравнение теплопроводности перепишется в виде:
. | (9.17) |
Граничные условия первого рода запишутся следующим образом:
при x=0 t=tc1; при x=δ t=tc2.
Интегрируя уравнение (9.17), находим
. |
После второго интегрирования получаем
. | (9.18) |
Постоянные С1 и С2 определим из граничных условий:
при x=0 t=tc1, С2=tc1;
при x=δ t=tc2=С1·δ+tc1,
Подставляя значения С1 и С2 в уравнение (9.18), получим уравнение распределения температуры по толщине стенки:
. | (9.19) |
Для определения плотности теплового потока, проходящего через стенку в направлении оси Оx, воспользуемся законом Фурье, согласно которому .
Учитывая, что , получим
. | (9.20) |
Общее количество теплоты, которое передается через поверхность стенки F за время τ,
. | (9.21) |
Отношение
называют тепловой проводимостью стенки, обратную ей величину
- термическим сопротивлением теплопроводности. Поскольку величина λ зависит от температуры, в уравнения (9.20), (9.21) необходимо подставить коэффициент теплопроводности λс, взятый при средней температуре стенки.
Дата добавления: 2016-01-26; просмотров: 3021;