В термодинамике , то тепловая эффузия , тепловая инерция или тепловая чувствительность материала определяется как квадратный корень из произведения материала теплопроводности и ее объемной теплоемкости . [1] [2]
Здесь, - теплопроводность, это плотность и- удельная теплоемкость . Продукт а также называется объемной теплоемкостью .
Термическая эффузия материала является мерой его способности обмениваться тепловой энергией с окружающей средой. Единицы СИ для термической эффузии:, или, что то же самое, .
Если два полубесконечных [i] тела первоначально при температурах а также приводятся в идеальный тепловой контакт, температура на контактной поверхности будут даны их относительной эффузивностью. [3]
Это выражение справедливо всегда для полубесконечных тел в идеальном тепловом контакте. Это также хорошее первое предположение для начальной температуры контакта для конечных тел. Этот результат может быть подтвержден очень простым расчетом «контрольного объема» за пределами конверта:
Рассмотрим следующую одномерную задачу теплопроводности. Область 1 - это материал 1, изначально при однородной температуре., а область 2 - это материал 2, первоначально при однородной температуре . Учитывая некоторый период временипосле вступления в контакт тепло будет распространяться через границу между двумя материалами. Температуропроводности материала,, является . Из уравнения теплопроводности (или уравнения диффузии ) характерная длина диффузии в материал 1 , где . Аналогично характерная диффузионная длина в материал 2 , где . Предположим, что температура в пределах характерной диффузионной длины по обе стороны от границы между двумя материалами равномерно равна температуре контакта(это суть подхода контрольного объема). Сохранение энергии диктует, что. Замена приведенных выше выражений на а также и устранение восстанавливает указанное выше выражение для контактной температуры .
Несмотря на то, что лежащее в основе уравнение теплопроводности является параболическим, а не гиперболическим (т.е. оно не поддерживает волны), если мы в некотором грубом смысле позволим себе представить скачок температуры, когда два материала вступают в контакт, как «сигнал», тогда передача сигнала температуры от 1 до 2 составляет . Ясно, что эту аналогию следует использовать с осторожностью; среди прочих предостережений, это применимо только в кратковременном смысле к средам, которые достаточно велики (или временные масштабы достаточно короткие), чтобы считаться фактически бесконечными по размеру.
Прямое измерение термической эффузии может быть выполнено с помощью специальных датчиков, как показано на рисунке.
Температурная эффективность и тепловая эффективность
Термин «термическое излияние» - это новый термин, появившийся в результате некоторых дискуссий в ASTM, в ходе которых конкретный исследователь из Великобритании определил, что он не принимает общепринятый термин «термическое излияние», и изобрел свой собственный термин «термический излияние». Он различает разницу следующим образом: «Тепловая эффузия материала - это мера его способности обмениваться тепловой энергией с окружающей средой. Хотя количество термической эффузии может быть выражено в терминах объемных свойств e = √k ∙ ρ ∙ Cρ при измерении. , это не измеряется с точки зрения объемных свойств ". Учитывая логику этого аргумента, то же самое можно сказать и о других свойствах теплопередачи, таких как теплопроводность. Это различие учитывается при понимании того, что при измерении нетвердого объемного материала значения обычно описываются как «эффективная» термическая эффузия и «эффективная» теплопроводность.
Приложения
Одним из применений термической эффузии является квази-качественное измерение ощущения прохлады или тепла материалов на текстиле и тканях. Когда текстиль или ткань измеряют с поверхности с коротким временем испытания любым переходным методом или инструментом, измеренная эффузия включает в себя различные механизмы теплопередачи, включая проводимость, конвекцию и излучение, а также контактное сопротивление между датчиком и образцом.
Смотрите также
Рекомендации
- ^ т. е. их теплоемкость достаточно велика, чтобы их температура не изменилась заметно из-за этой теплопередачи.
- ^ Справочник, определяющий различные термические свойства
- Перейти ↑ Williams, FA (2009). «Упрощенная теория времени воспламенения гиперголических гелеобразных порохов». J. Движение и мощность . 25 (6): 1354–1357. DOI : 10.2514 / 1.46531 .
- ^ Baehr, HD; Стефан, К. (2004). Wärme- und Stoffübertragung 4. Auflage . Springer. п. 172. DOI : 10.1007 / 978-3-662-10833-8 . ISBN 978-3-662-10834-5.
Внешние ссылки
- «Теплообмен» . Гиперфизика .