- •Уравнение теплового потока через многослойное ограждение
- •Уравнение распределения температуры в плоском ограждении
- •Температура в произвольной точке внутри ограждения
- •Нормативный температурный перепад
- •3 1. Что такое коэффициент теплоусвоения наружного слоя ограждения? Как он определяется?
- •33. Какие параметры влажного воздуха Вы знаете? Связь между ними.
- •34. Что такое температура точки росы? Как её определить?
- •35. В чем разница между абсолютной влажностью и влагосодержанием?
- •36. От чего зависит термическое сопротивление окна?
- •37. Какие параметры можно определить по I-d диаграмме? Нарисуйте схему определения.
- •38. Виды влаги в строительных конструкциях. Как зависит влажность ограждающих конструкций от времени года?
- •39. Что такое сорбция и десорбция?
- •40. Нарисуйте типовую диаграмму сорбции и десорбции.
- •41. Меры борьбы с образованием конденсата на поверхности ограждения.
- •42. Меры борьбы с образованием конденсата внутри ограждения.
- •43. Напишите уравнение диффузии пара через ограждение.
- •44. Что такое коэффициент паропропускания материала? От чего он зависит?
- •45. Напишите дифференциальное уравнение диффузии пара через ограждение. Какие величины в него входят?
- •46. Что такое зона возможной конденсации? Как её определить?
- •48. Что такое упругость водяного пара? Как её определить?
- •49. Что такое насыщенный влажный воздух? Какими параметрами он характеризуется?
- •50. Какие приборы для измерения температуры Вы знаете? Области применения приборов разных типов.
- •51. Что такое дифференциальная термопара и гипертермопара?
- •52. Как определяется нормативный температурный перепад?
- •53. Что такое мостики холода?
- •54. Что такое теплоемкость и какие виды теплоемкости Вы знаете?
- •55. Причины появления влажности в ограждении.
- •56. Какие способы переноса теплоты Вы знаете?
- •62. Что такое стационарное и нестационарное температурное поле?
- •63. В чем заключается теплоустойчивость ограждения?
- •64. Что такое сопротивление паропроницанию?
Назовите термодинамические параметры системы.
Состояние системы в каждый момент времени характеризуется ее термодинамическими параметрами. Для равновесной системы параметры одинаковы в любой точке. В неравновесной – в каждой точке свои параметры.
Термодинамические параметры не зависят от пути, по которому система перешла в данное состояние. Они поддаются экспериментальному определению.
Параметры, зависящие от массы системы – экстенсивные, обозначаются заглавными буквами: масса (М, кг), объем (V, м3), внутренняя энергия системы (U, Дж), теплоемкость (С, Дж/К, Дж/град), энтальпия (I, Дж).
Параметры не зависящие от массы, или размеров системы – интенсивные, обозначаются строчными буквами: давление (р, Па), температура (t, оС), плотность ( , кг/м3), удельный объем (v=1/ , м3/кг), удельная теплоемкость (с, Дж/кгК), удельная энтальпия (i, Дж/кг), удельная внутренняя энергия (U, Дж/кг), удельная теплота (Дж/кг).
Что такое равновесные и неравновесные термодинамические системы?
Термодинамическая система – совокупность тел, обменивающихся между собой и окружающей средой энергией и веществом.
Если параметры системы во всех точках одинаковы, т.е. нет потоков массы и тепла внутри системы, то система называется равновесной. Если отдельные части системы имеют разные параметры, то система не равновесная. В неравновесной системе существуют потоки массы и тепла, которые стремятся выровнять эти параметры.
Сформулируйте первый закон термодинамики.
Связь между 3мя видами энергии есть I закон термодинамики (связь между работой, внутренней энергией и теплотой).
- в дифференциальной форме;
- в интегральной форме;
Q – теплота, U – внутренняя энергия, А – механическая работа.
- для кг вещества.
Закон сохранения для замкнутой системы:
Теплота, сообщенная системе, расходуется ей на изменение внутренней энергии и на работу системы против внешних сил.
Если А>0, то система является потребителем, если А<0, то внешняя среда сообщает работу внутри системы (холодильника).
Сформулируйте второй закон термодинамики.
II закон термодинамики является дополнением к I и определяет направление распределения теплоты в систему.
Теплота не может перейти от холодного тела к горячему без затраты внутренней энергии. Переход теплоты от холодного тела к горячему невозможно без каких-либо изменений во внешней среде.
Для совершения механической работы необходим температурный переход.
Нельзя осуществить тепловой двигатель у которого есть только нагреватель, но нет холодильника.
Вечный двигатель II рода невозможен.
В 1932 г. Больцман это доказал.
Что такое энтальпия? Для чего используется это понятие?
Энтальпия – это сумма внутренней энергии и максимально возможной работы
I = U + pV;
Теплота сообщенная системе расходуется на изменение энтальпии системы
;
I = CpT;
- для производного процесса.
Назовите основные механизмы передачи теплоты в газах, жидкостях и твердых телах.
1)Теплопроводность – передача теплоты внутри твердого тела между двумя соприкасающимися твердыми телами.
Теплопроводность осуществляется за счет изменения эл. Теплового движения молекул тела при непосредственном контакте.
2)Конвективный теплообмен.
Конвекция – механизм передачи теплоты от твердого тела к жидкости или газу или наоборот – и внутри жидкости и газа. Теплота передается за счет механического перемешивания.
3) Радиационный теплообмен.
Излучение – передача теплоты от сильно нагретого тела через прозрачную среду путем излучения электромагнитных волн.
Напишите уравнение закона Фурье. К какому этот закон относится?
О тносится к теплопроводности. , Вт.
Q – тепловой поток – мощность передаваемой теплоты – количество теплоты за единицу времени.
Плотность теплового потока:
, Вт/м2.
, =Т1-Т2 – температурный перепад, T1>T2. – закон теплопроводности Фурье в интегральной форме.
- в дифференциальной форме.
- в векторной форме.
Напишите уравнение закона Нютона-Рихмана. К какому процессу этот закон относится?
Относится к конвекции.
, - температура за пределами слоя. – закон Нютона-Рихмана в интегральной форме.
- в дифференциальной форме, в пределах пограничного слоя.
, - коэффициент конвективной теплопередачи – количество тепла, отдаваемого с одного квадратного метра поверхности за одну секунду, при =1оС (между стеной и воздухом).
Напишите уравнение закона Стефана-Больцмана. К какому процессу этот закон относится?
Относится к излучению.
- закон Стефана-Больцмана.
= 5,67.10-8 Вт/м2К4 – постоянная Больцмана.
= 0-1 – степень черноты тела, если =0 – абсолютно белое тело, оно не излучает; если =1 – абсолютно черное.
- коэффициент поглощения материала.
Т – термодинамическая температура в К.
Напишите дифференциальное уравнение теплопроводности. Какие величины туда входят?
Е1=Е2+Ерас=const (1)
продифференцируем по х
,
;
- дифференциальное уравнение теплопроводности Фурье для 1-мерной задачи.
Для 3-х мерной задачи: скорость изменения температуры в точке для плоского ограждения прямо-пропорциональна коэффициенту температуропроводности материала и производной от поперечного градиента температуры по координате х.
.
11. Что такое коэффициент температуропроводности и когда он используется?
Коэффициент температуропроводности – отношение коэффициента теплопроводности к произведению удельной теплоемкости и плотности. Используется для решений уравнений теплопроводности.
, м2/с.
12. Напишите дифференциальное уравнение теплопроводности для стационарного процесса. Какие величины туда входят?
Если температура в точке при прохождении теплового потока не меняется, то =0.
дифференциальное уравнение теплопроводности Фурье для стационарной задачи.
Если температура установилась, то распределение температуры в ограждении не зависит от свойств материала.
13. Что такое начальные и граничные условия при решении задач теплопередачи?
Начальные условия – распределение температур в нулевой момент времени (только для нестационарных задач).
Граничные условия – условия на границе тел.
Условия 1го рода (ГУ-1) – температура на границе тела: Тs=f(x,y,z), если задача не стационарная, то Тs=f(x,y,z, T).
Условия 2го рода (ГУ-2) – задано распределение тепловых потоков для каждой точки поверхности тела.
;
Условия 3го рода (ГУ-3) – задается закон конвективного обмена.
.
Условия 4го рода (ГУ-4) – задаются при контакте двух твердых тел, или конвективном теплообмене с окружающей средой.
.
14. Особенности теплофизических характеристик строительных материалов.
Используются:
- коэффициент теплопроводности, Вт/мК;
с – удельная теплоемкость, Дж/кгК;
- плотность, кг/м3;
, м2/с – коэффициент температуропроводности материала.
Для строительных материалов с и постоянные величины, для сухих материалов.
При увлажнении: с = с1К1 + с2К2, = 1К1+ 2К2; К1+К2=1 – доля масс каждого из компонентов к суммарной массе образца.
.
для пористых материалов зависит только от температуры.
Д ля пористых материалов коэффициент теплопроводности зависит: 1. от плотности; 2. от температуры; 3. от влажности материала; 4. Чем заполнены поры.
зависит от времени конца строительства
15. Напишите уравнение теплового потока через плоскую стенку. Какие величины туда входят?
для слоя dx
, ,
Интегрируем:
;
ГУ-1:
х=с, Т=Т1,
х= , Т=Т2.
, с=Т1, ,
.
, где q – плотность теплового потока, - температурный перепад, - термическое сопротивление.
16. Что такое термическое сопротивление и тепловая проводимость?
Термическое сопротивление: , ;
Тепловая проводимость стены: .
17. Электротепловая аналогия – подобие процессов распределения электрического тока и тепловых потоков, а также законов их распределения, уравнений, методов решения.
Из курса физики «электрический ток»:
Рис. 1 Рис. 2
Уравнение температурной кривой для
однослойной стены
2-ая форма записи уравнения
- градиент температуры
Уравнение только для плоской стены Рис. 3
Уравнение теплового потока через многослойное ограждение
- температура воздуха в помещении
- температура снаружи
Тепловой пограничный слой
Рис. 4
- коэффициенты конвективной теплоотдачи на внутренней и наружной поверхности стены.
- коэффициенты теплопроводности слоев.
+
=
- разность температуры внутреннего и наружного воздуха, оС.
в - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, принимаемый по табл. 4* СНиП «Строительная Теплотехника».
н — коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной поверхности ограждающей конструкции. Вт/(м • С), принимаемый по табл. 6* СНиП «Строительная Теплотехника».
— толщина слоя конструктивного слоя ограждения, м;
— расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м • С), принимаемый по прил. 3 СНиП «Строительная Теплотехника».
Уравнение распределения температуры в плоском ограждении
T1>T2
Рис. 5
Закон теплопроводности Фурье для стационарной одномерной задачи
- диф. уравнение Фурье
Интегрируем:
- из граничных условий
Граничное условие 1: x=0 T=T1
x=δ T=T2
подставляем при x=0
при x=δ
уравнение температурной кривой для однослойной стены (распределение температур вдоль координатной оси)
1 особенность: температура линейна относительно x
2 особенность: распределение температур не зависит от материала
3 особенность: никаких характеристик теплового потока он не дает
20. - коэффициенты конвективной теплоотдачи на внутренней и наружной поверхности стены. Это непостоянные величины.
Зависят от скорости обдува стены воздухом. Для расчета αв и αн считаются нормативной величиной и берутся из СНиП «Строительная Теплотехника». Характер обдува учитывается поправочным коэффициентом.
в - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, принимаемый по табл. 4 ( СНиП II-3-79*)
н — коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной поверхности ограждающей конструкции. Вт/(м • С), принимаемый по табл. 6 (СНиП II-3-79*).
(коэффициент теплопроводности) – величина, которая зависит от материала, температуры и пористости тела. (Ag, Cu – самый большой ).
Самый электропроводный самый теплопроводный.
Ag
Cu
Сталь
У нержавеющих металлов меньше.
Кирпич
Бетон
Дерево
Вода
Лед
Воздух
Материалы, у которых < 0,25 Вт/мК называются теплоизоляторами или теплоизоляционными материалами. Самый эффективный – воздух.
принимается по приложению 3 СНиП II-3-79*
основной физической величиной, характеризующей теплозащитные свойства наружных ограждающих конструкций зданий является общее сопротивление теплопередаче Ro [м2*С/Вт (м2*ч*оС/ккал)].
Согласно закону Фурье для установившегося потока тепла
Общее сопротивление теплопередаче представляет собой сумму сопротивлений потоку тепла:
Где - сопротивление тепловосприятию (теплообмену) при передаче тепла от воздуха помещения с температурой к прилегающей поверхности стены с температурой ;
- термическое сопротивление, где - толщина конструктивного слоя ограждения, - коэффициент теплопроводности материала этого слоя;
- сопротивление теплоотдаче (теплообмену) при передаче тепла от наружной поверхности стены с температурой к наружному воздуху с температурой .
Для стен многослойной конструкции термическое сопротивление определяют по формуле:
где
Следовательно
- сумма термических сопротивлений воздушных прослоек.
- термическое сопротивление теплопередачи.
- сумма термических сопротивлений слоев.
Термическое сопротивление ограждения равно сумме сопротивлений теплопередачи 1/α слоев и δ/λ воздушных прослоек.
2 2.
Рис. 6
(1)
,
Для однослойной стены сохраняются те же уравнения, что и для однослойной, но термическое сопротивление равно сумме термических сопротивлений отдельных слоев.