В этой статье не процитировать какие - либо источники . ( март 2021 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
Поток горячего воздуха | |
---|---|
Тепловой поток через поверхность. | |
Общие символы | |
Единица СИ | Вт / м 2 |
Прочие единицы | Британские тепловые единицы / (h⋅ft 2 ) |
В базовых единицах СИ | кг⋅с −3 |
Измерение |
Тепловой поток или тепловой поток , иногда также называемый плотностью теплового потока [1] , плотностью теплового потока или интенсивностью теплового потока, представляет собой поток энергии на единицу площади в единицу времени. В системе СИ его единицы - ватты на квадратный метр (Вт / м 2 ). У него есть направление и величина, поэтому это векторная величина. Для определения теплового потока в определенной точке пространства берется предельный случай, когда размер поверхности становится бесконечно малым.
Тепловой поток часто обозначается индексом q, обозначающим тепловой поток, а не поток массы или количества движения . Закон Фурье - важное применение этих концепций.
Закон Фурье [ править ]
Для большинства твердых тел в обычных условиях тепло переносится в основном за счет теплопроводности, и тепловой поток адекватно описывается законом Фурье.
Закон Фурье в одном измерении [ править ]
где - теплопроводность . Отрицательный знак показывает, что тепловой поток перемещается из областей с более высокой температурой в области с более низкой температурой.
Многомерное расширение [ править ]
Многомерный случай аналогичен, тепловой поток идет «вниз» и, следовательно, градиент температуры имеет отрицательный знак:
где - оператор градиента .
Измерение теплового потока [ править ]
Измерение теплового потока может выполняться несколькими способами. Широко известный, но часто непрактичный метод заключается в измерении разницы температур на куске материала с известной теплопроводностью . Этот метод аналогичен стандартному способу измерения электрического тока, при котором измеряется падение напряжения на известном резисторе . Обычно этот метод трудно выполнить, поскольку термическое сопротивление испытываемого материала часто неизвестно. Для определения термического сопротивления потребуются точные значения толщины материала и теплопроводности. Затем, используя тепловое сопротивление, а также измерения температуры с обеих сторон материала, можно косвенно рассчитать тепловой поток.
Второй метод измерения теплового потока заключается в использовании датчика теплового потока или преобразователя теплового потока для прямого измерения количества тепла, передаваемого на / от поверхности, на которой установлен датчик теплового потока. Наиболее распространенным типом датчика теплового потока является термобатарея с дифференциальной температурой, которая работает по существу по тому же принципу, что и первый упомянутый метод измерения, за исключением того, что он имеет преимущество в том, что термическое сопротивление / проводимость не обязательно должны быть известным параметром. Эти параметры не обязательно знать, поскольку датчик теплового потока позволяет измерять существующий тепловой поток на месте с помощью эффекта Зеебека . Однако дифференциальная термобатареяДатчики теплового потока должны быть откалиброваны, чтобы соотнести их выходные сигналы [мкВ] со значениями теплового потока [Вт / (м 2 K)]. После калибровки датчика теплового потока его можно использовать для прямого измерения теплового потока, не требуя редко известных значений теплового сопротивления или теплопроводности.
Актуальность для науки и техники [ править ]
Одним из инструментов в арсенале ученого или инженера является энергетический баланс . Такой баланс может быть установлен для любой физической системы, от химических реакторов до живых организмов, и обычно принимает следующую форму:
где три члена означают скорость изменения во времени соответственно общего количества поступающей энергии, общего количества исходящей энергии и общего количества накопленной энергии.
Теперь, если единственный способ, которым система обменивается энергией с окружающей средой, - это теплопередача, скорость тепла можно использовать для расчета баланса энергии, поскольку
где мы интегрировали тепловой поток по поверхности системы.
В реальных приложениях невозможно знать точный тепловой поток в каждой точке поверхности, но для вычисления интеграла можно использовать схемы аппроксимации, например интегрирование Монте-Карло .
См. Также [ править ]
- Сияющий поток
- Скрытый тепловой поток
- Скорость теплового потока
- Инсоляция
- Датчик теплового потока
- Релятивистская теплопроводность
Заметки [ править ]
- ^ Слово «поток» используется в большинстве физических дисциплин для обозначения потока величины (массы, тепла, количества движения и т. Д.) Через поверхность в единицу времени на единицу площади, с основным исключением в электромагнетизме, где он относятся к интегралу векторной величины через поверхность. Обратитесь к статье Flux для более подробной информации.