Поток горячего воздуха

В этой статье не процитировать какие - либо источники . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью , добавив цитаты из надежных источников . Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален .
Найти источники: «Тепловой поток» - новости · газеты · книги · ученый · JSTOR ( март 2021 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Поток горячего воздуха
Тепловой поток через поверхность. ${\overrightarrow {\phi _{\text{q}}}}$
Общие символы	${\overrightarrow {\phi _{\text{q}}}}$
Единица СИ	Вт / м ²
Прочие единицы	Британские тепловые единицы / (h⋅ft ² )
В базовых единицах СИ	кг⋅с ⁻³
Измерение	${\mathsf {M}}{\mathsf {T}}^{-3}$

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. ${\overrightarrow {\phi _{\text{q}}}}$

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 ]

\phi _{\text{q}}=-k{\frac {dT(x)}{dx}}

где - теплопроводность . Отрицательный знак показывает, что тепловой поток перемещается из областей более высоких температур в области более низких температур. $k$

Многомерное расширение [ править ]

Диаграмма, изображающая тепловой поток через теплоизоляционный материал с теплопроводностью k и толщиной x. Тепловой поток можно определить с помощью двух измерений температуры поверхности с каждой стороны материала с использованием датчиков температуры, если k и x материала также известны.

Диаграмма, изображающая тепловой поток через теплоизоляционный материал с теплопроводностью k и толщиной x. Тепловой поток можно напрямую измерить с помощью одного датчика теплового потока, расположенного на любой поверхности или встроенного в материал. При использовании этого метода знание значений k и x материала не требуется.

Многомерный случай аналогичен, тепловой поток идет «вниз» и, следовательно, градиент температуры имеет отрицательный знак:

{\overrightarrow {\phi _{\mathrm {q} }}}=-k\nabla T

где - оператор градиента . ${\nabla }$

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:

{\big .}{\frac {\partial E_{\mathrm {in} }}{\partial t}}-{\frac {\partial E_{\mathrm {out} }}{\partial t}}-{\frac {\partial E_{\mathrm {accumulated} }}{\partial t}}=0

где три члена означают скорость изменения во времени соответственно общего количества поступающей энергии, общего количества исходящей энергии и общего количества накопленной энергии. ${\big .}{\frac {\partial E}{\partial t}}$

Теперь, если единственный способ, которым система обменивается энергией с окружающей средой, - это теплопередача, скорость тепла можно использовать для расчета баланса энергии, поскольку

{\frac {\partial E_{\mathrm {in} }}{\partial t}}-{\frac {\partial E_{\mathrm {out} }}{\partial t}}=\oint _{S}{\overrightarrow {\phi _{\mathrm {q} }}}\cdot \,{\overrightarrow {dS}}

где мы интегрировали тепловой поток по поверхности системы. ${\overrightarrow {\phi _{\text{q}}}}$ $S$

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.

[1] 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.

[1]