Issiqlik almashinish jarayonlari

2.Issiqlik o’tkazuvchanlik
Fyure qonuni. Qatgiq jismlarda issiqlik tarqalish jarayonini tajribaviy o'rganish natijasida Fyure (1768-1830) issiqlik o'tkazuvchanlikning asosiy qonunini kashf etdi. Ushbu qonunga binoan, issiqlik o'tkazuvchanlik orqali uzatilgan issiqlik miqdori dQ temperatura gradienti , vaqt d ga va issiqlik oqimi yo'nalishiga perpendikulyar bo'lgan maydon yuzasi dF ga proporsional bo'ladi, ya'ni:


Formuladagi proporsionallik koeffisienti issiqlik o'tkazuvchanlik koeffisienti deb ataladi. Bu koeffisient jismning issiqpik o'tkazish qobiliyatini xarakterlaydi va kuyidagi o'lchov birligiga ega:

Issiqlik utkazuvchanlik koeffisienti issiqlik almashinish yuza birligidan (1 m2) vaqt birligi davomida izotermik yuzaga normal bo'lgan 1m uzunlikka to'g'ri kelgan temperaturalarning 1 K (°S) ga pasayishi vaqgida uzatilgan issiqlik miqdorini ifodalaydi.
Jismlarning issiqlik o’tkazuvchanlik koeffisienti uning tarkibi, fizik-kimyoviy xossalari, temperatura, bosim va boshqa kattaliklarga bog'liq. Issiqlik o'tkazuvchanlik koeffisienti turli materiallar uchun quyidagi oraliqda bo'ladi:
- gazlar uchun 0,005...0,5 Vt/m*K);
- suyuqliklar uchun 0,08...0,7 Vt/m*K);
- issiqlik qoplama va qurilish materiallari uchun 0,22...3,0 Vt/m*K);
- metallar uchun 2,3...458,0 Vt/(m*K).
Kimyo va boshqa sanoatlarda ko'llaniladigan ayrim metallar issiqlik o’tkazuvchanlik koeffisienti kuyidagi qiymatlarga ega: legirlangan po'lat -14...23; qo'rgoshin — 35; uglerodli po'lat - 45; nikel — 58; cho'yan — 63; alyuminiy - 204; mis - 384; kumush - 458 Vt/m*K). Sanoatda eng ko'p qo'llaniladigan metallar va suyuqliklar issiqlik utkazuvchanlik koeffisientlari quyidagi rasmlarda keltirilgan;

3. Issiqlik o'tkazuvchanlikning differensial
Tenglamasi
Issiqlik o’tkazuvchanlik yo'li bilan issiqpikning tarqalishi matematik usulda differensial tenglama bilan ifodalanishi mumkin. Ushbu tenglama energiyaning saqlanish qonuni asosida keltirib chiqariladi va issiqlik tarqatayotgan jism yoki muhitning fizik xossalari (zichlik ,issiqlik sig'im c, issiqlik o'tkazuvchanlik ) hamma yo'nalishlarda va vaqt o'tishi bilan o'zgarmaydi deb qabul qilinadi. Issiqlik o'tkazuvchanlikning differensial tenglamasini keltirib chiqarish uchun qattiq jismdan qirralari dx, dy va dz bo'lgan elementar parallelepiped ajratib olinadi (4.4-rasm). Agar, parallelepipedning chap orqa va ostki tomonlaridan dz vaqt mobaynida Qx, Qy va Qz miqsorda issiqlik kirsa, qarama-qarshi - o'ng, oldва ustki — tomonlaridan esa o‘z navbatida Q , Q va Qz+dz miqdorda issiqlik chiqadi. Biror dr vaqg ichida parallelepipedga kirgan va undan chiqqan issiqiiklarning farqi ushbu ifodadan topiladi:
dQ=(Qx - Q )+(Qy – Qy+dy )+(Qz – Qz+dz ) (4.9)

Fure qonuniga binoan (4.9) tenglamani quyidagi ko‘rinishda yozish mumkin:

Yuqoridagi usuldan foydalanib, qolgan qirralar orqali o‘tgan Я issiqlik mikdorlari apiqlanadi:

(4.11)...(4.13) tenglamalarning chap va o‘ng tomonlarini qo‘shib, quyidagi ko‘rinishga ega bo‘lamiz:


Energiya saqlanish qonuniga binoan, dQ issikdik miqsorining farqi d vaqg ichida parallelepiped entalpiyasining o‘zgarishiga sarflanayotgan issiqlik miqsoriga teng bo‘ladi, ya’ni:
Bu yerda c— materialning solishtirma issiqlik sig‘imi.
(4.13) va (4.14) ifodalarni solishtirish natijasida Furening is-
siqlik utkazuvchanlik differensial tenglamasini olamiz:

(4.15) tenglamadagi /(cp) proporsionallik qo‘paytmasi temperatura o’tkazuvchanlik koeffitsienti deb nomlanadi va u quyidagi o‘lchov birligiga ega:


Ushbu koeffitsient jismning issikdik o‘tkazish qobiliyatini xararkterlaydi. Odatda, Furening issiqlik o’tkazuvchanlik differensial tenglamasini ushbu ko‘rinishda yoziladi:


Issiqlik almashinish qurilmalarining isitish yuzalari tekis, silindrik yoki sferik shaklda bo‘lishi mumkin.
Shuning uchun, yuqorida qayd etilgan geometrik shaklli devorlarda issiqlikning tarqalishi muhim amaliy ahamiyatga ega.