ДИСТАНЦИОННОЕ ОБУЧЕНИЕ
план-конспект урока

ЛЕКЦИЯ 52-53

В живых организмах управляемая диффузия используется для транспортировки вещества. С этой целью формируются электрические поля определённой пространственной конфигурации, обеспечивающие преимущественное перемещение частиц в необходимом направлении. При транспортировке крупных макромолекул главную роль играют тепловые флуктуации формы макромолекул, а также полостей и щелей той структурированной среды, где происходит движение макромолекул. В этом случае можно говорить о молекулярных тепловых машинах, в которых за счёт энергии теплового движения возникает макроскопическое направленное движение молекул.

Теплопроводность, обеспечивающая выравнивание температуры во всех элементах системы, заключается в переносе теплоты (энергии теплового движения) без переноса вещества. Плотность потока теплоты описывается законом Фурье 

æ,                (12.19)

где - количество теплоты, переносимое за единицу времени через единичную площадку, ориентированную перпендикулярно к оси х, Т – температура среды и æ – коэффициент теплопроводности. Согласно определению размерность есть Вт/м2 и из закона Фурье (12.19) следует, что размерность коэффициента теплопроводности Вт/м·К.

Из уравнений (12.1) и (12.19) можно получить уравнение непрерывности для температуры

               (12.20)

и уравнение теплопроводности 

.                  (12.21)

Здесь ρ - плотность среды, - удельная теплоёмкость среды при постоянном объёме и æ/ ρ - коэффициент температуропроводности среды с размерностью . Уравнение теплопроводности (12.21) можно интерпретировать как уравнение диффузии для температуры. Согласно (12.21) характерное время выравнивания температуры за счёт теплопроводности в области с линейным размером L

1).Однородная плоская стенка (Рис.9.2.).

Температуры поверхностей стенки –tст1 и tст2.  Плотность теплового потока:

q = -λ∙ ∂t/∂n = - λ∙ ∂t/∂x = - λ∙ (tcт2 - tcт1)/(xcт2 - xcт1)∙  

или  

 q = λ∙ (tcт2 - tcт1)/(xcт2 - xcт1)∙ Dt/Dx (9.13)

Тогда

q = λ/δ∙(tст1 – tст2) = λ/δ∙Δt, (9.14)

Если R =δ/λ -термическое сопротивление теплопроводности стенки [(м2∙К)/Вт], то плотность теплового потока:

q = (tст1 – tст2)/R . (9.15)

Общее количество теплоты, которое передается через поверхность F за время τ определяется:

Q = q∙F∙τ = (tст1 – tст2)/R·F∙τ . (9.16)

Температура тела в точке с координатой х находится по формуле:

tx = tст1 – (tст1 – tст2)∙x/ δ . (9.17)

2).Многослойная плоская стенка.   Рассмотрим 3-х слойную стенку (Рис.9.3). Температура наружных поверхностей стенокtст1 и tст2, коэффициенты теплопроводности слоевλ1, λ2, λ3, толщина слоевδ1, δ2, δ3.

Плотности тепловых поток через каждый слой стенки:

q = λ1/δ1∙(tст1 – tсл1) , (9.18)  

q = λ2/δ2∙(tсл1 – tсл2) , (9.19)  

q = λ3/δ3∙(tсл2 – tст2) , (9.20)

Решая эти уравнения, относительно разности температур и складывая, получаем:

q = (t1 – t4)/(δ1/λ1 + δ2/λ2 + δ3/λ3) = (tст1 – tст4)/Ro , (9.21)

где: Ro = (δ1/λ1 + δ2/λ2 + δ3/λ3) – общее термическое сопротивление теплопроводности многослойной стенки.  Температура слоев определяется по следующим формулам:

tсл1 = tст1 – q∙(δ1/λ1). (9.22)

tсл2 = tсл1 – q·δ2/λ2). (9.23)

Тепловое сопротивление (термическое)

Полный коэффициент теплообмена также может быть вычислен с помощью оценки теплового сопротивления (термического). Стена разбивается на зоны с разным тепловым (термическим)  сопротивлением, где

• теплообмен между 1й рабочей средой и стенкой описывается одним коэффициентом теплового (термического) сопротивления
• теплообмен через стенку описывается вторым коэффициентом
• обмен между стенкой и второй рабочей средой описывается третьим коэффициентом

Покрытие поверхности или слои сгоревших продуктов дают дополнительное тепловое (термическое) сопротивление стенке, снижая при этом полный коэффициент теплообмена.

Общая формула:

Rt=(T2-T1)/P

где:

• Rt — тепловое (термическое) сопротивление на участке тепловой цепи, K / Вт
• T2 — температура начала участка, K
• T1 — температура конца участка, K

P — тепловой поток, протекающий через участок цепи, Вт

Коэффициент теплопередачи

Коэффициент теплопередачи показывает, как хорошо элемент конструкции (крыша, стена, пол) проводит тепло. Чем ниже этот показатель, тем хуже пропускается тепло и тем лучше теплоизоляция.

Определение коэффициента теплопередачи звучит следующим образом: потеря энергии квадратным метром поверхности при разности температур внешней и внутренней. Это определение влечет за собой взаимосвязь ватт, квадратных метров и Кельвина  W/(m2·K).

Кельвин – это единица температуры. 0 Кельвинов – минимально возможное значение температуры. При разности температур значения Кельвина совпадают с градусами по Цельсию.Следующий пример с неизолированной стеной в старой постройке показывает значение коэффициента теплопередачи.В начале 20 века внешние стены дома строили из полнотелого кирпича толщиной 24 см, с двух сторон стена покрывалась штукатуркой толщиной 1,5 см. коэффициент теплопередачи такой стены примерно составляет 2 W/(m2·K).

При разности температур в 1Кельвин (например 21 градус внутри помещения и 20 снаружи) потеря энергии составляет 2 Ватта за квадратный метр. Стена площадью 30 метров квадратных (12*2,5) теряет примерно 60 Ватт.При понижении внешней температуры соответственно увеличивается потеря энергии. При внешней температуре 0, разница составит 21 градус, а потеря тепла 21 Kельвин x 60 Ватт/Kельвин = 1260 Ватт или 1,26 кВатт.За 24 часа получается 24ч х 1,26 кВатт=30кВатт/ч, что соответствует расходу топлива объемом 3литра.

Коэффициент теплопередачи – это предпочтительный способ сравнения конструкций с энергетической точки зрения.

Теплопроводность лямбда λ

Теплопроводность – это свойство материала. Она показывает, насколько хорошо материал проводит тепло и не зависит от его плотности. Теплопроводность подходит для сравнения различных изоляционных материалов, но не для архитектурных конструкций. Теплопроводность – это тепловой ток (Ватт) на разность температур на площадь поперечного сечения умножить на толщину материала. Чем больше толщина материала, тем меньше теплового тока (и наоборот: чем больше площадь поперечного сечения, тем больше теплового тока). Теплопроводность считается по формуле  W/(m·K). Но это не означает «Ватт разделить на метр, умноженный на Кельвин». А «Ватт, разделить на метр квадратный(поперечное сечение)умножить на  метр (толщина материала) разделить на Кельвин» 

Если разделить теплопроводность на толщину материала, то получится коэффициент пропуска тепла с единицей измерения тепловой ток(Ватт) на квадратный метр поверхности и на Кельвин. Эта формула совпадает с коэффициентом теплопередачи, но значения этих понятий различны. Коэффициент теплопередачи учитывает термическое сопротивление воздуха в помещении на стену, также как внешнего воздуха на внешнюю стену. В расчетах коэффициента теплопередачи расчет ведется исходя из разницы в температуре воздуха, а в коэффициенте пропуска тепла – в температуре материалов.

Сопротивление пропуску тепла R

Сопротивление пропуску тепла является обратной величиной коэффициенту пропуска тепла R = d/λ. D при этом толщина слоя. Сопротивление пропуску тепла описывает, как определенный материал не пропускает тепло.  Чем выше сопротивление пропуску тепла, тем лучше теплоизоляция. Единица измерения m2K/W.

Расчет коэффициента теплопередачи

Конструкция, для которой рассчитывается коэффициент теплопередачи, состоит, как правило, из нескольких слоев с различной теплопроводностью. Наглядным методом расчета является расчет сопротивления пропуску тепла всей конструкции.

R# = d/λ

Rобщее = Rsi + R1 + R2 + … + Rse

U = 1 / Rобщаее

R1, R2    это сопротивление пропуску тепла различных строительных слоев, Rsi und Rse сопротивление теплопередаче, которое описывает передачу тепла от воздуха стене. В большинстве случаев сопротивление теплопередаче внутри помещения составляет Rsi=0,13 m2·K/W.

Для внешней среды расчет ведется следующим образом

Rse = 0,04 m2·K/W для непосредственного перехода стена/внешний воздух

Rse = 0,08 m2·K/W для фасада

Rse = 0,0 m2·K/W при переходе в землю.

Звезда - это некий газовый шарообразный космический объект, излучающий свет, и в недрах которого ранее происходили или происходят реакции термоядерного синтеза.

Звёзды - большие космические объекты. Настолько большие, что вокруг них образуются целые системы.

Различные космические объекты (планеты, астероиды, кометы и другие), вращающиеся вокруг центральной звезды - и есть такие системы. Например, мы находимся Солнечной системе. И подобных ей во Вселенной миллиарды миллиардов.

Звёзды различают по таким параметрам, как масса, размер и светимость. Цвет их изменяется от красного до голубого. И чем ближе к голубому - тем выше температура космического объекта.

Виды звёзд

Красный (класс M) - 2000-3500 градусов.

Оранжевый (класс K) - от 3500 до 5000 градусов.

Жёлтый (класс G) - 5000-6000 градусов. К данному типу относится и наше Солнце.

Жёлто-белый (класс F) - от 6000 до 7500 градусов.

Белый (класс A) - 7500 - 10000 градусов.

Бело-голубой (класс B) - 10-30 тысяч градусов.

Голубой (класс O) - 30-60 тысяч градусов.

Продолжительность жизни звезды зависит от её размера. Крупные звёзды расходуют своё жизненное топливо быстрее. Их жизненный цикл может длиться не более нескольких сотен тысяч лет. Маленькие звёзды живут многие миллиарды лет, так как тратят свою энергию медленнее.

Красный гигант

Красный гигант – это крупная звезда красноватого или оранжевого цвета. Она представляет собой позднюю стадию цикла, когда запасы водорода подходят к концу и гелий начинает преобразовываться в другие элементы. Повышение внутренней температуры ядра приводит к коллапсу (быстрое сжатие под действием гравитационных сил) звезды. Внешняя поверхность звезды расширяется и остывает, благодаря чему звезда приобретает красный цвет. Красные гиганты очень велики. Их размер в сто раз больше обычных звёзд. Крупнейшие из гигантов превращаются в красных супергигантов. Звезда под названием Бетельгейзе из созвездия Орион – самый яркий пример красного супергиганта.

Белый карлик

Белый карлик – это то, что остаётся от обычной звезды, после того, как она проходит стадию красного гиганта. Когда у звезды больше не остаётся жизненного топлива, она может выделять часть своей материи в космос, образуя планетарную туманность. То, что остаётся – это мёртвое ядро. Ядерная реакция в нем не возможна. Оно сияет за счёт своей оставшейся энергии, но она рано или поздно кончается, и тогда ядро остывает, превращаясь в чёрного карлика. Белые карлики – очень плотные. По размеру они не больше Земли, но массу их можно сравнить с массой Солнца. Это невероятно горячие звёзды, их температура достигает 100,000 градусов и более.

Коричневый карлик

Коричневого карлика (субзвездой). Во время своего жизненного цикла некоторые протозвёзды никогда не достигают критической массы, чтобы начать ядерные процессы. Если масса протозвезды составляет лишь 1/10 массы Солнца, её сияние будет недолгим, после чего она быстро гаснет. То, что остаётся и есть коричневый карлик. Коричневый карлик - это массивный газовый шар, слишком большой, чтобы быть планетой, и слишком, маленький, чтобы стать звездой. Он меньше Солнца, но в несколько раз больше Юпитера. Коричневые карлики не излучают ни света, ни тепла. Это лишь тёмный сгусток материи, существующий на просторах Вселенной.

Цефеида

Цефеида – это звезда с переменной светимостью, цикл пульсации которой колеблется от нескольких секунд до нескольких лет, в зависимости от разновидности переменной звезды. Цефеиды обычно изменяют свою светимость в начале жизни и в её завершении. Они бывают внутренними (изменяющими светимость в связи с процессами внутри звезды) и внешними, меняющими яркость вследствие внешних факторов, как, например, влияние орбиты ближайшей звезды. Это ещё называется двойной системой.

Двойные звезды

Многие звёзды во Вселенной являются частью больших звёздных систем. Двойные звёзды – это система из двух звёзд, гравитационно-связанных между собой. Они вращаются по замкнутым орбитам вокруг одного центра масс. Доказано, что половина всех звёзд нашей галактики имеют пару. Визуально парные звёзды выглядят, как две отдельные звезды. Их можно определить по смещению линий спектра (эффект Доплера). В затменно-двойных системах звёзды периодически затмевают друг друга, так как их орбиты расположены под маленьким углом к лучу зрения.

1. Коршак А.А., Любин Е.А., Самигуллин Г.Х. Проектирование систем газораспределения: учеб. пособие / А.А. Коршак, Е.А. Любин, Г.Х. Самигулин; под ред. А.А. Коршака – Ростов н/Д: Феникс, 2017 – 391 с.

2. Вершилович В.А. Внутридомовое газовое оборудование: учеб. пособие / В.А. Вершилович – М.: Инфра-Инженерия, 2018 – 320 с.

3. Колибаба О.Б., Никишов 0В.Ф., Ометова М.Ю. Основы проектирования и эксплуатации систем газораспределения и газопотребления: учеб. пособие – СПб.: Лань, 2013 – 208

4. Тарасенко В.И. Системы телемеханики в газоснабжении Р.Ф.: учеб. пособие – М.: Издательство АВС, 2012 –100 с.

Электронные издания (электронные ресурсы)

1.Автоматика и телемеханика систем газоснабжения: учебник / В.А. Жила. - М.: ИНФРА-М, 2006, 2018– 238 с.Информационный портал Электронно-библиотечнаясистема Znanium.com (Режим доступа): URL: http://znanium.com/ (дата обращения 30.11.2018)

2.Газифицированные котельные агрегаты: учебник / О.Н. Брюханов, В.А. Кузнецов. — М.: ИНФРА-М, 2005, 2018. – 392 с. Информационный порталЭлектронно-библиотечнаясистема Znanium.com(Режим доступа): URL: http://znanium.com/ (дата обращения 17.11.2018)

3. Системы газоснабжения: устройство, монтаж и эксплуатация: Учебное пособие / С.В. Фокин, О.Н. Шпортько. – М.: Альфа-М: НИЦ ИНФРА-М, 2011, 2015. – 288 с. Информационный портал Электронно-библиотечнаясистема Znanium.com (Режим доступа): URL: http://znanium.com/ (дата обращения 17.11.2018)

4. Карякин Е.А. Промышленное газовое оборудование: справочник. /Е.А. Карякин Информационный портал(Режим доступа): URL: http://gazovik-gas.ru/directory/spravochnik_6(дата обращения 17.11.2018)

5. Информационный портал ресурс по Контрольно-Измерительным Приборам и Автоматике КИПиА инфо (Режим доступа): URL:http://www.kipia.info (дата обращения 17.11.2018)