Jaki jest współczynnik przewodności cieplnej wody. Wielka encyklopedia ropy i gazu
W części dotyczącej pytania jaki jest współczynnik przewodności cieplnej (na przykład woda) ?? (co równa się wodzie?) podanej przez autora Kaukaski najlepsza odpowiedź to Współczynnik przewodności cieplnej - numeryczna charakterystyka przewodności cieplnej materiału, równa ilości ciepła (w kilokaloriach) przechodzącego przez materiał o grubości 1 m i 1 m2. m na godzinę przy różnicy temperatur na dwóch przeciwległych powierzchniach 1 st. C. Metale mają najwyższą przewodność cieplną, a gazy najniższą.
Jeśli chodzi o wodę...
„Przewodność cieplna większości cieczy spada wraz ze wzrostem temperatury. Woda jest pod tym względem wyjątkiem. Wraz ze wzrostem temperatury od 0 do 127 ° C wzrasta przewodność cieplna wody, a przy dalszym wzroście temperatury spada ( Ryc. 3.2) W temperaturze 0 ° C przewodność cieplna wody wynosi 0,569 W / (m ° C). Wraz ze wzrostem mineralizacji wody jej przewodność cieplna spada, ale bardzo nieznacznie "... Zobacz.
Źródło: Słownik Nauk Przyrodniczych. Słowniczek. RU
Odpowiedz od Aleksander Tyukin[guru]
To, co powiedział Fess XX, to nie przewodność cieplna, ale wolumetryczna pojemność cieplna.
Przewodność cieplna substancji to wartość, która pokazuje, ile ciepła trzeba przyłożyć do jednego końca nieskończenie cienkiego drutu tej substancji, aby punkt tego drutu w odległości 1 m od tego końca wzrósł o 1 stopień w ciągu jednej sekundy (zakładając zerowy transfer ciepła do przestrzeni). Mike wszystko dobrze napisał.
Odpowiedz od Mikrofon[guru]
Przewodność cieplna to zdolność substancji do przekazywania energii cieplnej, a także ilościowa ocena tej zdolności (zwana również współczynnikiem przewodności cieplnej).
Zjawisko przewodnictwa cieplnego polega na tym, że energia kinetyczna atomów i cząsteczek, która determinuje temperaturę ciała, podczas ich wzajemnego oddziaływania jest przenoszona na inne ciało lub z bardziej nagrzanych obszarów ciała do mniej nagrzanych obszarów
Substancja Przewodność cieplna
W/(m*stopnie)
Aluminium 209,3
Żelazo 74,4
Złoto 312,8
Mosiądz 85,5
Miedź 389,6
Merkury 29,1
Srebro 418,7
Stal 45,4
Żeliwo 62,8
woda, 2,1
Przewodność cieplna wody to właściwość, którą wszyscy, nie podejrzewając jej, bardzo często wykorzystujemy w życiu codziennym.
Krótko o tej właściwości pisaliśmy już w naszym artykule. WŁAŚCIWOŚCI CHEMICZNE I FIZYCZNE WODY W STANIE CIEKŁYM →, w tym materiale podamy bardziej szczegółową definicję.
Najpierw rozważ ogólne znaczenie terminu przewodnictwo cieplne.
Przewodność cieplna to...
Podręcznik tłumacza technicznego
Przewodność cieplna - przenoszenie ciepła, w którym przenoszenie ciepła w nierównomiernie nagrzanym medium ma charakter atomowo-molekularny
[Słownik terminologiczny do budowy w 12 językach (VNIIIS Gosstroy of the USSR)]
Przewodność cieplna – zdolność materiału do przenoszenia ciepła
[ST SEV 5063-85]
Podręcznik tłumacza technicznego
Słownik wyjaśniający Uszakowa
Przewodność cieplna, przewodność cieplna, pl. nie, kobieta (fizyczne) - właściwość ciał do rozprowadzania ciepła z bardziej nagrzanych części do mniej nagrzanych.
Słownik wyjaśniający Uszakowa. D.N. Uszakow. 1935-1940
Wielki słownik encyklopedyczny
Przewodność cieplna to przenoszenie energii z bardziej nagrzanych części ciała do mniej nagrzanych w wyniku ruchu termicznego i interakcji jego cząstek składowych. Prowadzi to do wyrównania temperatury ciała. Zazwyczaj ilość przekazywanej energii, określana jako gęstość strumienia ciepła, jest proporcjonalna do gradientu temperatury (prawo Fouriera). Współczynnik proporcjonalności nazywany jest współczynnikiem przewodności cieplnej.
Wielki słownik encyklopedyczny. 2000
Przewodność cieplna wody
Aby lepiej zrozumieć ogólny obraz, zwracamy uwagę na kilka faktów:
- Przewodność cieplna powietrza jest około 28 razy mniejsza niż przewodność cieplna wody;
- Przewodność cieplna oleju jest około 5 razy mniejsza niż wody;
- Wraz ze wzrostem ciśnienia wzrasta przewodność cieplna;
- W większości przypadków wraz ze wzrostem temperatury wzrasta również przewodność cieplna słabo stężonych roztworów soli, zasad i kwasów.
Jako przykład przedstawiamy dynamikę zmian wartości przewodności cieplnej wody w zależności od temperatury, przy ciśnieniu 1 bar:
0°С - 0,569 W/(m stopnie);
10°С - 0,588 W/(m stopnie);
20°С - 0,603 W/(m stopnie);
30°C - 0,617 W/(m°C);
40°C - 0,630 W/(m°C);
50°С - 0,643 W/(m st.);
60°C - 0,653 W/(m st.);
70°С - 0,662 W/(m stopnie);
80°С - 0,669 W/(m stopnie);
90°С - 0,675 W/(m stopnie);
100°С – 0,0245 W/(m st.);
110°С – 0,0252 W/(m stopnie);
120°С - 0,026 W/(m stopnie);
130°С - 0,0269 W/(m stopnie);
140°С - 0,0277 W/(m stopnie);
150°С - 0,0286 W/(m stopnie);
160°С - 0,0295 W/(m st.);
170°С - 0,0304 W/(m st.);
180°С - 0,0313 W/(m st.).
Jednak przewodnictwo cieplne, podobnie jak wszystkie inne, jest bardzo ważną właściwością wody dla nas wszystkich. Na przykład bardzo często, nie zdając sobie z tego sprawy, wykorzystujemy go w życiu codziennym – używamy wody do szybkiego schłodzenia nagrzanych przedmiotów, a poduszki grzewczej do akumulacji ciepła i jego przechowywania.
W kierunku w dół zaczynają być wykrywane, gdy grubość warstwy wody jest między kulistą (o promieniu krzywizny około 1 m) a płaską
W wyniku wymiany ciepła pomiędzy parą a cieczą tylko górna warstwa cieczy przyjmie temperaturę nasycenia odpowiadającą średniemu ciśnieniu odpływu. Temperatura większości cieczy pozostanie poniżej temperatury nasycenia. Ogrzewanie cieczy przebiega powoli ze względu na niską wartość dyfuzyjności cieplnej ciekłego propanu lub butanu. Np. ciekły propan na linii nasycenia w temperaturze ts - 20°C a = 0,00025 m -/h, natomiast dla wody, która jest jedną z najbardziej obojętnych termicznie substancji, wartość dyfuzyjności cieplnej w tej samej temperaturze będzie być a = 0,00052 m/h
Przewodność cieplna i dyfuzyjność cieplna drewna zależą od jego gęstości, ponieważ, w przeciwieństwie do pojemności cieplnej, na te właściwości wpływa obecność komór komórkowych wypełnionych powietrzem rozłożonych w objętości drewna. Współczynnik przewodzenia ciepła absolutnie suchego drewna wzrasta wraz ze wzrostem gęstości, a dyfuzyjność cieplna maleje. Gdy wnęki komórkowe są wypełnione wodą, przewodność cieplna drewna wzrasta, a dyfuzyjność cieplna maleje. Przewodność cieplna drewna wzdłuż włókien jest większa niż w poprzek.
CO zależy od skrajnie różnych wartości tych współczynników dla substancji węgla, powietrza i wody. Zatem pojemność cieplna właściwa wody jest trzykrotnie, a współczynnik przewodności cieplnej 25 razy większy niż powietrza, dlatego współczynniki ciepła i dyfuzyjności cieplnej wzrastają wraz ze wzrostem wilgotności w węglu (ryc. 13).
Urządzenie pokazane na ryc. 16 po lewej stronie służy do pomiaru ciepła i dyfuzyjności cieplnej materiałów sypkich. W tym przypadku badany materiał umieszcza się w przestrzeni utworzonej przez wewnętrzną powierzchnię cylindra 6 i cylindryczny grzejnik 9 umieszczony wzdłuż osi urządzenia. W celu zmniejszenia przepływów osiowych zespół pomiarowy wyposażony jest w osłony 7, 8 wykonane z materiału termoizolacyjnego. W płaszczu utworzonym przez cylinder wewnętrzny i zewnętrzny krąży woda o stałej temperaturze. Podobnie jak w poprzednim przypadku, różnica temperatur jest mierzona termoparą różnicową, której jedno złącze jest zamocowane w pobliżu cylindrycznego grzejnika, a drugie 2 - na wewnętrznej powierzchni cylindra z badanym materiałem.
Do podobnej formuły dochodzimy, jeśli weźmiemy pod uwagę czas potrzebny do odparowania pojedynczej kropli cieczy. Dyfuzyjność cieplna Xv cieczy takich jak woda jest zwykle niska. W związku z tym nagrzewanie się kropli następuje stosunkowo wolno w czasie t o/Xv, co pozwala założyć, że parowanie cieczy następuje tylko z powierzchni kropli bez znacznego nagrzewania.
W wodach płytkich woda jest podgrzewana nie tylko od góry dzięki procesom wymiany ciepła z atmosferą, ale także od dołu, od strony dna, które dzięki niskiej dyfuzyjności cieplnej i stosunkowo małej pojemności cieplnej szybko się nagrzewa. Nocą dno przenosi nagromadzone w ciągu dnia ciepło do znajdującej się nad nim warstwy wody i następuje swoisty efekt cieplarniany.
W tych wyrażeniach, Yad i H (w calmolach) to ciepła absorpcji i reakcji (dodatnie, gdy reakcja jest egzotermiczna), a pozostałe oznaczenia wskazano powyżej. Dyfuzyjność cieplna dla wody wynosi około 1,5-10 "cm 1 sek. Funkcje i
Przewodnictwo cieplne i dyfuzyjność cieplna płuczek wiertniczych są znacznie mniej zbadane. W obliczeniach termicznych ich współczynnik przewodności cieplnej, według V. N. Dakhnova i D. I. Dyakonova, a także B. I. Esmana i innych, przyjmuje się tak samo jak woda - 0,5 kcal / m-h-deg. Według danych referencyjnych współczynnik przewodzenia ciepła płynów wiertniczych wynosi 1,29 kcal/m-h-deg. S. M. Kuliev i inni zaproponowali równanie do obliczania współczynnika przewodzenia ciepła
Do przybliżonych obliczeń procesów parowania wody do powietrza i kondensacji wody z wilgotnego powietrza można wykorzystać współczynnik Lewisa, ponieważ stosunek dyfuzyjności cieplnej do współczynnika dyfuzji w temperaturze 20 ° C wynosi 0,835, co nie różni się zbytnio od jedności . W sekcji D5-2 procesy zachodzące w wilgotnym powietrzu badano za pomocą wykresu wilgotności właściwej w funkcji entalpii. Dlatego przydałoby się przekształcić równanie (16-36) w taki sposób, aby po jego prawej stronie zamiast częściowej
W równaniach (VII.3) i (VII.4) oraz warunkach brzegowych (VII.5) przyjmuje się następujące oznaczenia Ti i T - odpowiednio temperatury utwardzonej i nieutwardzonej warstwy - temperatura medium T p - temperatura krioskopowa a i U2 - odpowiednio dyfuzyjność cieplna tych warstw a \u003d kil ifi), mV A.1 - współczynnik przewodności cieplnej dla mięsa mrożonego, W / (m-K) A.2 - taki sam dla mięsa schłodzonego, W / (m-K) q i cg - ciepło właściwe mrożonego i schłodzonego mięsa, J / (kg-K) Pi ip2 - gęstość zamrożonego i schłodzonego mięsa p1 \u003d pj \u003d 1020 kg / m - grubość zamrożonej warstwy, liczona od
Zawartość sekcji
Przewodność cieplna wynika z lokalnych, zależnych od temperatury ruchów elementów mikrostrukturalnych. W cieczach i gazach ruchy mikrostrukturalne to losowe ruchy molekularne, których intensywność wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. W metalach stałych w średnich temperaturach przenoszenie ciepła następuje z powodu ruchu swobodnych elektronów. W ciałach stałych niemetalicznych przewodnictwo cieplne zapewniają elastyczne fale akustyczne, które powstają w wyniku przemieszczenia wszystkich cząsteczek i wszystkich atomów z ich pozycji równowagi. Wyrównanie temperatury ze względu na przewodność cieplną rozumiane jest jako przejście do losowego rozkładu nałożonych fal, w którym rozkład energii drgań jest równomierny w całym ciele. W warunkach praktycznych w ciałach stałych obserwuje się przewodność cieplną w najczystszej postaci.
Teoria przewodzenia ciepła opiera się na prawie Fouriera, które wiąże przenoszenie ciepła wewnątrz ciała ze stanem temperatury w bezpośrednim sąsiedztwie rozważanego miejsca – wyraża się to następująco:
dQ/dτ= - λF*dt/dl,
gdzie: dQ/dτ – szybkość wymiany ciepła (ilość ciepła na jednostkę czasu); F jest polem przekroju prostopadłego do kierunku przepływu ciepła; dt/dl to zmiana temperatury w kierunku przepływu ciepła, tj. gradient temperatury.
Współczynnik λ wyrażony w W/m⋅K (kcal/m⋅h⋅deg), nazywany jest współczynnikiem przewodności cieplnej, zależy od właściwości fizykochemicznych materiału oraz temperatury materiału. Współczynnik λ pokazuje, ile ciepła przejdzie na godzinę przez materiał o powierzchni 1 m2, grubości 1 m przy różnicy temperatur 1 °. W tabeli. 7.15; 7.16 pokazuje wartości współczynników przewodności cieplnej metali, powietrza, pary wodnej, wody w różnych temperaturach. Przewodność cieplna materiałów ogniotrwałych i materiałów termoizolacyjnych, patrz rozdział 10.
Powietrze przewodzi ciepło około 100 razy mniej niż ciała stałe. Woda przewodzi ciepło około 25 razy więcej niż powietrze. Materiały mokre przewodzą ciepło lepiej niż materiały suche. Obecność zanieczyszczeń, zwłaszcza w metalach, może powodować zmianę przewodności cieplnej o 50–75%.
Stacjonarna przewodność cieplna. Przewodność cieplną nazywamy stacjonarną, jeśli różnica temperatur ∆t, która ją spowodowała, pozostaje niezmieniona.
Ilość ciepła Q przepuszczonego przez materiał (ścianę) przez przewodność cieplną zależy od grubości materiału (ściany) - S, m; różnica temperatur ∆t, °C; powierzchnia - F, m 2 i jest określona równaniem:
Q \u003d λ (t 1 - t 2) / S, W (kcal / godzinę).
Współczynnik przenikania ciepła będzie tutaj równy λ / S, tj. jest wprost proporcjonalna do współczynnika przewodzenia ciepła λ i odwrotnie proporcjonalna do grubości ścianki - S.
Niestabilna przewodność cieplna. Przewodność cieplną nazywamy niestacjonarną, jeśli różnica temperatur ∆t, która ją powoduje, jest wartością zmienną.
Szybkość nagrzewania ciał stałych jest wprost proporcjonalna do przewodności cieplnej materiału ë i odwrotnie proporcjonalna do objętościowej pojemności cieplnej Cρ, która charakteryzuje pojemność akumulacyjną, której stosunek nazywamy dyfuzyjnością cieplną:
a \u003d λ / Сρ, m 2 / godzinę.
W przypadku niestacjonarnych procesów przewodzenia ciepła dyfuzyjność cieplna „a” ma taką samą wartość jak przewodność cieplna „λ” w stacjonarnym trybie przewodzenia ciepła.
Czas trwania ogrzewania ściennego z wystarczającą dokładnością do obliczeń technicznych można określić za pomocą wzoru Gruma-Grzhimailo:
τ ≈ 0,35 S 2 /a, godzina, gdzie: S jest grubością ściany; a - współczynnik dyfuzyjności cieplnej (dla szamotu 0,0015-0,0025 m 2 / godzinę).
Czas ogrzewania muru z cegieł ogniotrwałych szamotowych: τ ≈ 175 ⋅ S 2, godz.
Głębokość nagrzewania się ściany o dowolnej grubości i przy dowolnej zmianie temperatury powierzchni można określić wzorem:
S PR \u003d 0,17 ⋅ 10 -3 t P.SR ⋅ √τ, m,
gdzie: t P.SR jest średnią temperaturą powierzchni w okresie grzewczym w °С.
Jeżeli S PR jest większe niż grubość materiału (ściany) S, to rozpoczyna się proces stacjonarny. Jeśli S PR< S, то количество тепла, аккумулированное стенкой Q АКК. можно определить по формуле Грум-Гржимайло:
ACC. = 0,56 ⋅ t SOV. √t P.SR ⋅ τ , kcal/m 2 ⋅ okres.
ACC. = 2,345 ⋅ t SOV. √t P.SR ⋅ τ , kJ/m 2 ⋅ okres.
Tutaj t SOV. to temperatura powierzchni ściany w °С pod koniec okresu grzewczego; τ to godzina.
Tabela 7.15. Przewodność cieplna metali, wartości ë podane są w W/m ⋅ K (kcal/m ⋅ h ⋅ deg)| Metale i stopy | Temperatura temperatura topnienia, °C | Temperatura, °С | |||||
| 0 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| Aluminium | 659 | 202,4 (174) | 204,7 (176) | 214,6 (184,5) | 230,3 (198) | 248,9 (214) | - |
| Żelazo | 1535 | 60,5 (52,0) | 55,2 (47,5) | 51,8 (44,5) | 48,4 (41,6) | 45,0 (38,7) | 39,8 (34,2) |
| Mosiądz | 940 | 96,8 (83,2) | 103,8 (89,2) | 108,9 (93,6) | 114,0 (98,0) | 115,5 (99,3) | - |
| Miedź | 1080 | 387,3 (333) | 376,8 (324) | 372,2 (320) | 366,4 (315) | 508,6 (312) | 358,2 (308) |
| Nikiel | 1450 | 62,2 (53,5) | 58,5 (50,3) | 57,0 (49) | 55,2 (47,5) | - | - |
| Cyna | 231 | 62,2 (53,5) | 58,5 (50,3) | 57,0 (49) | - | - | - |
| Prowadzić | 327 | 34,5 (29,7) | 34,5 (29,7) | 32,9 (28,3) | 31,2 (26,8) | - | - |
| Srebro | 960 | 418,7 (360) | 411,7 (354) | - | - | - | - |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| Stal (1%C) | 1500 | - | 44,9 (38,6) | 44,9 (38,6) | 43,3 (37,2) | 39,8 (34,2) | 38,0 (32,7) |
| Tantal | 2900 | 55,2 (47,5) | - | - | - | - | - |
| Cynk | 419 | 112,2 (96,5) | 110,5 (95,0) | 107,1 (92,1) | 101,9 (87,6) | 93,4 (80,3) | - |
| Żeliwo | 1200 | 50,1 (43,1) | 48,4 (41,6) | - | - | - | - |
| Żeliwo wysokokrzemowe | 1260 | 51,9 (44,6) | - | - | - | - | - |
| Bizmut | 271,3 | 8,1 (7,0) | 6,7 (5,8) | - | - | - | - |
| Złoto | 1063 | 291,9 (251,0) | 294,2 (253,0) | - | - | - | - |
| Kadm | 320,9 | 93,0 (80,0) | 90,5 (77,8) | - | - | - | - |
| Magnez | 651 | 159,3 (137) | - | - | - | - | - |
| Platyna | 1769,3 | 69,5 (59,8) | 72,4 (62,3) | - | - | - | - |
| Rtęć | - 38,87 | 6,2 (5,35) | 9,87 (8,33) | - | - | - | - |
| Antymon | 630,5 | 18,4 (15,8) | 16,7 (14,4) | - | - | - | - |
| Konstantan (60%Cu + 40%Ni) | 22,7 (19,5) | 26,7 (23,0) | - | - | - | - | |
| Manganina (84%Cu + 4%Ni + + 12%Mn) | 22,1 (19,0) | 26,3 (22,6) | - | - | - | - | |
| nowe srebro | 29,1 (25,0) | 37,2 (32,0) | - | - | - | - | |
| Środa | Temperatura °C | ||||
| 0 | 100 | 200 | 300 | 500 | |
| Powietrze | 0,0237 (0,0204) | 0,03 (0,0259) | 0,0365 (0,0314) | 0,0420 (0,0361) | 0,0526 (0,0452) |
| para wodna | - | 0,0234 (0,0201) | 0,03 (0,0258) | 0,0366 (0,0315) | - |
| 0 | 20 | 30 | 70 | 100 | |
| Woda | 0,558 (0,48) | 0,597 (0,513) | 0,644 (0,554) | 0,663 (0,57) | 0,682 (0,586) |
Aby określić straty ciepła przez ściany pieca, przez nieosłonięte ściany kotła i określić temperatury powierzchni zewnętrznej, stosuje się wykresy i diagramy, patrz Załączniki.
Współczynniki strat ciepła i graniczne grubości izolacji termicznej podano w tabeli 7.17; 7.18; 7.19.
Tabela 7.17. Maksymalne grubości izolacji termicznej dla rurociągów układanych wewnątrz i na zewnątrz Tabela 7.18. Maksymalne grubości izolacji termicznej dla ciepłociągów wodnych układanych w nieprzejezdnych kanałach Tabela 7.19. Normy strat ciepła przez izolowane powierzchnie wewnątrz pomieszczeń elektrowni o szacunkowej temperaturze powietrza 25°C, W/m| Średnica zewnętrzna rury, mm | Temperatura nośnika ciepła, °С | Średnica zewnętrzna rury, mm | |||||||||||||
| 50 | 75 | 100 | 125 | 150 | 200 | 250 | 300 | 350 | 400 | 450 | 500 | 550 | 600 | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 |
| 12 14 15 16 17 19 26 31 | 19 23 26 28 30 32 38 47 | 27 33 36 38 43 45 52 62 | 35 41 46 50 57 61 68 76 | 43 50 57 62 68 72 79 88 | 58 68 76 84 91 95 105 117 | 74 86 98 105 115 122 130 146 | 90 105 119 126 140 147 159 177 | 105 122 138 149 164 173 186 205 | 121 139 158 169 188 198 212 234 | 136 158 170 192 218 225 238 263 | 152 175 199 213 236 250 264 291 | 168 194 221 235 262 275 291 331 | 183 213 242 255 285 300 318 349 | 20 32 48 57 76 89 108 133 | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 |
| 36 40 44 49 52 58 62 70 77 95 110 128 157 174 244 308 337 58 | 52 58 60 69 76 81 87 96 105 128 145 168 192 221 303 372 425 68 | 70 77 81 91 99 107 114 127 139 163 186 209 238 262 349 431 447 76 | 84 93 99 110 121 130 139 155 169 198 221 256 279 308 407 500 570 85 | 98 108 116 129 142 152 163 180 198 227 256 279 320 349 465 580 630 93 | 130 144 154 166 186 204 221 238 256 294 325 366 400 430 582 700 768 110 | 163 178 192 213 233 254 273 294 314 360 395 448 483 523 680 837 907 127 | 193 212 228 254 279 303 326 353 379 430 470 518 558 610 790 965 1045 144 | 213 247 264 295 324 349 374 406 435 495 547 600 645 700 910 1090 1190 160 | 256 282 302 336 369 400 430 465 500 565 616 675 727 780 998 1230 1340 178 | 287 318 337 375 413 448 482 520 558 628 686 750 808 866 1130 1245 1475 195 | 318 350 371 416 460 498 536 577 618 700 762 825 885 948 1235 1485 1630 210 | 349 384 410 458 505 547 586 633 680 767 830 900 970 1035 1340 1625 1750 228 | 378 416 445 498 550 598 645 693 738 825 900 975 1045 1115 1450 1740 1910 244 | 159 194 219 273 325 377 426 478 529 630 720 820 920 1020 1420 1820 2000 Ściana płaska, m2 | |
Notatka:
W przypadku urządzeń i rurociągów pracujących na wydobyciu i odwadnianiu pary wartości uzyskane z tabeli mnoży się przez następujące współczynniki:
Średnica, mm 32 108 273 720 1020 2000 (i płaska ściana)
Współczynnik 1,01 1,06 1,09 1,12 1,16 1,22
Współczynnik przewodności cieplnej jest parametrem fizycznym substancji i generalnie zależy od temperatury, ciśnienia i rodzaju substancji. W większości przypadków współczynnik przewodności cieplnej dla różnych materiałów określa się eksperymentalnie różnymi metodami. Większość z nich opiera się na pomiarze strumienia ciepła i gradientu temperatury w badanej substancji. Współczynnik przewodzenia ciepła λ, W / (m × K), wyznacza się z zależności: z której wynika, że współczynnik przewodzenia ciepła jest liczbowo równy ilości ciepła, które przechodzi w jednostce czasu przez jednostkę powierzchni izotermicznej o gradient temperatury równy jeden. Przybliżone wartości przewodności cieplnej różnych substancji pokazano na ryc. 1.4 Ponieważ ciała mogą mieć różne temperatury, a w obecności wymiany ciepła temperatura w samym ciele będzie nierównomiernie rozłożona, tj. Przede wszystkim ważna jest znajomość zależności współczynnika przewodzenia ciepła od temperatury. Doświadczenia pokazują, że dla wielu materiałów, z dokładnością wystarczającą do praktyki, zależność współczynnika przewodzenia ciepła od temperatury można przyjąć jako liniową: gdzie λ 0 jest wartością współczynnika przewodzenia ciepła w temperaturze t 0 ; b jest stałą wyznaczoną empirycznie.
Współczynnik przewodności cieplnej gazów. Zgodnie z teorią kinetyczną przenoszenie ciepła przez przewodnictwo cieplne w gazach przy zwykłych ciśnieniach i temperaturach jest zdeterminowane przenoszeniem energii kinetycznej ruchu molekularnego w wyniku chaotycznego ruchu i zderzenia poszczególnych cząsteczek gazu. W tym przypadku współczynnik przewodzenia ciepła jest określony zależnością: 
gdzie jest średnią prędkością ruchu cząsteczek gazu, jest średnią swobodną drogą cząsteczek gazu między zderzeniami, jest pojemnością cieplną gazu przy stałej objętości, jest gęstością gazu. Wraz ze wzrostem ciśnienia gęstość wzrasta równomiernie, długość ścieżki maleje, a produkt pozostaje stały. Dlatego współczynnik przewodzenia ciepła nie zmienia się zauważalnie wraz z ciśnieniem. Wyjątkami są bardzo małe (poniżej 2,66×10 3 Pa) i bardzo duże (2×109 Pa) ciśnienia. Średnia prędkość ruchu cząsteczek gazu zależy od temperatury: gdzie R μ jest uniwersalną stałą gazową równą 8314,2 J/(kmol×K); μ to masa cząsteczkowa gazu; T - temperatura, K. Pojemność cieplna gazów wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Wyjaśnia to fakt, że współczynnik przewodzenia ciepła gazów wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Współczynnik przewodzenia ciepła λ gazów zawiera się w przedziale od 0,006 do 0,6 W/(m×K). Na ryc. 1.5 pokazuje wyniki pomiarów przewodności cieplnej różnych gazów, przeprowadzonych przez N. B. Vargaftika. Wśród gazów wyraźnie wyróżniają się hel i wodór ich przewodnością cieplną. Ich współczynnik przewodzenia ciepła jest 5-10 razy większy niż innych gazów. Widać to wyraźnie na ryc. 1.6. Cząsteczki helu i wodoru mają niewielką masę, a zatem mają wysoką średnią prędkość ruchu, co tłumaczy ich wysoki współczynnik przewodności cieplnej. Współczynniki przewodnictwa cieplnego pary wodnej i innych gazów rzeczywistych, które znacznie różnią się od idealnych, również silnie zależą od ciśnienia. W przypadku mieszanin gazowych współczynnika przewodnictwa cieplnego nie można określić zgodnie z prawem addytywności, należy go wyznaczyć empirycznie.
Rys.1.5 Współczynniki przewodnictwa cieplnego gazów.
1-para wodna; 2-dwutlenek węgla; 3-powietrze; 4-argon; 5-tlen; 6-azot.
Ryż. 1.6 Współczynniki przewodnictwa cieplnego helu i wodoru.
Współczynnik przewodności cieplnej cieczy. Mechanizm propagacji ciepła w kroplach cieczy można przedstawić jako przenoszenie energii przez nieharmonijne oscylacje sprężyste. Taka teoretyczna koncepcja mechanizmu wymiany ciepła w cieczach, przedstawiona przez A. S. Predvoditeleva, została wykorzystana przez N. B. Vargaftika do opisania danych eksperymentalnych dotyczących przewodności cieplnej różnych cieczy. W przypadku większości płynów teoria ta znalazła dobre wsparcie. W oparciu o tę teorię otrzymano wzór na współczynnik przewodzenia ciepła o następującej postaci: 
gdzie jest pojemność cieplna cieczy przy stałym ciśnieniu; jest gęstością cieczy; μ to masa cząsteczkowa. Współczynnik A, który jest proporcjonalny do prędkości propagacji fal sprężystych w cieczy, nie zależy od charakteru cieczy, ale od temperatury, natomiast Ac p ≈const. Ponieważ gęstość ρ cieczy maleje wraz ze wzrostem temperatury, z równania (1.21) wynika, że dla cieczy o stałej masie cząsteczkowej (ciecze niezwiązane i słabo zasocjowane) współczynnik przewodzenia ciepła musi maleć wraz ze wzrostem temperatury. Dla cieczy silnie zasocjowanych (woda, alkohole itp.) we wzorze (1.21) konieczne jest wprowadzenie współczynnika asocjacji uwzględniającego zmianę masy cząsteczkowej. Współczynnik asocjacji zależy również od temperatury, a zatem w różnych temperaturach może w różny sposób wpływać na współczynnik przewodzenia ciepła. Doświadczenia potwierdzają, że dla większości cieczy współczynnik przewodzenia ciepła λ maleje wraz ze wzrostem temperatury, z wyjątkiem wody i gliceryny (rys. 1.7). Współczynnik przewodzenia ciepła spadających cieczy zawiera się w przybliżeniu w zakresie od 0,07 do 0,7 W/(m×K). Wraz ze wzrostem ciśnienia wzrastają współczynniki przewodzenia ciepła cieczy.
Ryż. 1.7 Współczynniki przewodnictwa cieplnego różnych cieczy.
olej 1-wazelinowy; 2-benzen; 3-aceton; olej rycynowy; alkohol 5-etylowy; alkohol 6-metylowy; 7-glicerol; 8-woda.
Współczynnik przewodzenia ciepła ciał stałych. W metalach głównym przekaźnikiem ciepła są swobodne elektrony, które można przyrównać do idealnego gazu jednoatomowego. Przenoszenie ciepła za pomocą ruchów oscylacyjnych atomów lub w postaci sprężystych fal dźwiękowych nie jest wykluczone, ale jego udział jest znikomy w porównaniu z przenoszeniem energii przez gaz elektronowy. Ze względu na ruch swobodnych elektronów temperatura wyrównuje się we wszystkich punktach nagrzewania lub chłodzenia metalu. Swobodne elektrony przemieszczają się zarówno z obszarów bardziej nagrzanych do obszarów mniej nagrzanych, jak i w przeciwnym kierunku. W pierwszym przypadku oddają energię atomom, w drugim ją odbierają. Ponieważ elektrony są nośnikami energii cieplnej w metalach, współczynniki przewodnictwa cieplnego i elektrycznego są do siebie proporcjonalne. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta rozpraszanie elektronów ze względu na zwiększenie niejednorodności termicznych. Pociąga to za sobą spadek współczynników przewodnictwa cieplnego i elektrycznego czystych metali (rys. 1.8). W obecności różnego rodzaju zanieczyszczeń przewodność cieplna metali gwałtownie spada. To ostatnie można wytłumaczyć wzrostem niejednorodności strukturalnych, co prowadzi do rozpraszania elektronów. I tak np. dla czystej miedzi λ= 396W/(m×K), dla tej samej miedzi ze śladami arsenu λ= 142W/(m×K). W przeciwieństwie do czystych metali współczynniki przewodzenia ciepła stopów rosną wraz ze wzrostem temperatury (rys. 1.9). W dielektrykach wraz ze wzrostem temperatury przewodność cieplna zwykle wzrasta (rys. 1.10). Z reguły dla materiałów o większej gęstości współczynnik przewodzenia ciepła ma wyższą wartość. Zależy to od struktury materiału, jego porowatości i wilgotności.
Ryż. 1.8 Zależność przewodności cieplnej od temperatury dla niektórych czystych metali.
Wiele materiałów budowlanych i termoizolacyjnych ma strukturę porowatą (cegła, beton, azbest, żużel itp.), a zastosowanie prawa Fouriera do takich ciał jest w pewnym stopniu warunkowe. Obecność porów w materiale nie pozwala nam traktować takich ciał jako ośrodka ciągłego. Warunkowy jest również współczynnik przewodności cieplnej materiału porowatego. Wartość ta ma znaczenie współczynnika przewodzenia ciepła jakiegoś jednorodnego ciała, przez które przy tym samym kształcie, rozmiarze i temperaturze na granicach przechodzi ta sama ilość ciepła, jak przez to ciało porowate. Współczynnik przewodzenia ciepła ciał sproszkowanych i porowatych silnie zależy od ich gęstości. Na przykład wraz ze wzrostem gęstości ρ z 400 do 800 kg/m3 przewodność cieplna azbestu wzrasta z 0,105 do 0,248 W/(m×K). Taki wpływ gęstości ρ na współczynnik przewodzenia ciepła tłumaczy się tym, że przewodnictwo cieplne powietrza wypełniającego pory jest znacznie mniejsze niż stałych składników materiału porowatego. Efektywna przewodność cieplna materiałów porowatych również silnie zależy od wilgotności. W przypadku materiału mokrego współczynnik przewodzenia ciepła jest znacznie większy niż osobno dla suchego i wody. Np. dla cegły suchej λ= 0,35, dla wody λ=0,60, a dla cegły mokrej λ≈1,0 W/(m×K). Efekt ten można wytłumaczyć konwekcyjnym przenoszeniem ciepła spowodowanym ruchem kapilarnym wody wewnątrz materiału porowatego, a częściowo faktem, że wilgoć związana z absorpcją ma inne właściwości niż woda wolna. Wzrost przewodności cieplnej materiałów ziarnistych wraz z temperaturą można wytłumaczyć tym, że wraz ze wzrostem temperatury wzrasta przewodność cieplna ośrodka wypełniającego szczeliny między ziarnami, a także zwiększa się wymiana ciepła przez promieniowanie masy ziarnistej. Współczynniki przewodzenia ciepła materiałów budowlanych i termoizolacyjnych mają wartości w przybliżeniu w zakresie od 0,023 do 2,9 Wt/(m×K). Materiały o niskiej przewodności cieplnej [poniżej 0,25 W/(m×K)], powszechnie stosowane do izolacji termicznej, nazywane są materiałami termoizolacyjnymi.
