עקבו אחרי Heat Flux: מדריך צעד-על-ידי-צעד למהנדסים

הבנה של ה-Flux: הקרן להנדסה

נוזל חום הוא זרם של אנרגיה לכל אזור ליחידה זמן, נמדד בוואטים למ"ר (W/m2).יש לו גם כיוון וגם גודל, מה שהופך אותו לכמות וקטור. פרמטר בסיסי זה ממלא תפקיד קריטי בהנדסה תרמית, המאפשר למהנדסים לנתח, עיצוב, ומערכות שילוב של החלפת חום על פני יישומים מגוונים - מבניית ו- HVAC ועד לניהול תרמיל ומכשיר קירור אלקטרוני.

גלי חום הוא מושג בסיסי בניתוח תרמי, חשוב להבין איך חום העברות חומרים ומערכות על פני הנדסה ודיסציפלינות מדעיות, במיוחד חיוני בתחומים כגון מכני, אווירוקל והנדסה אזרחית שבו ניהול תרמי הוא חיוני יציבות מערכת ובטיחות. להבין איך לחשב במדויק גלי חום חיוני עבור מהנדסים עובדים על מערכות תרמיות, כמו זה משפיע ישירות על ביצועים, בטיחות, ויעילות אנרגיה.

מדריך מקיף זה מספק מהנדסים עם שיטות מפורטות, צעד אחר צעד לחישוב גלי חום על פני כל שלושת מצבי העברת חום: התנהגות, הדבקה וקרינה.אנחנו נבחן את הפיזיקה הבסיסית, שיטות חישוב מעשי, יישומים בעולם האמיתי, טכניקות מדידה, ושיקולים חשובים לניתוח תרמי מדויק.

הפיזיקה שמאחורי ה-Flux החמימות

גלי חום הוא מדד של קצב העברת אנרגיה חום דרך משטח נתון לאזור יחידה, בדרך כלל נמדד וואטים למ"ר (W/m2).הרעיון מושרש בעיקרון הבסיסי כי חום זורם באופן טבעי מאזורים של טמפרטורה גבוהה לאזורים של טמפרטורה נמוכה יותר, המונע על ידי ⁇ טמפרטורה.

התנהגות תרמית היא הפיזור של אנרגיה תרמית (חום) בתוך חומר אחד או בין חומרים במגע, שבו האובייקט טמפרטורה גבוהה יותר יש מולקולות עם יותר אנרגיה קינטית והתנגשות בין מולקולות מפיץ אנרגיה קינטית זו עד לאובייקט יש את אותה אנרגיה קינטית לאורך כל.זה נוף מיקרוסקופי עוזר להסביר מדוע הבדלים בטמפרטורות הם הכוח המניע מאחורי כל תופעות העברת חום.

גלי חום יכולים להתרחש באמצעות התנהגות, הדבקה או קרינה, וכל מצב של העברה יש השלכות על האופן שבו מערכות נועדו.הבנת שלושת המנגנונים הייחודיים הללו חיונית לבחירת שיטת החישוב המתאימה ועיצוב מערכות ניהול תרמיות יעילות.

חום Flux Calculation for Conduction

התנהגות היא הצורה העיקרית של העברת חום בחומרים מוצקים, והיא נשלטת על ידי חוק ההתנהגות התרמית של Fourier, אחד מהיחסים החשובים ביותר בניתוח העברת חום.

חוק הטיפוח של Fourier

החוק של Fourier של התנהגות תרמית קובע כי קצב הזמן של העברת חום באמצעות חומר הוא פרופורציה שלילית בטמפרטורה ובאזור, בזווית נכונה ל ⁇ , אשר דרכו זורם החום.הביטוי המתמטי הוא: Q=k × A × (dx/dx), שבו Q הוא קצב העברת חום (Watts k), הוא התנהגות תרמית (Wm/m), חום (K) ו-Dirdx) הוא חום (D) הוא חום (Dpen) לחום (D) הוא חום (D) הוא חום (Dpen (D) ו-D) הוא חום (Drontx) הוא חום (Drontx) הוא חום (Drontx) ו-Drontx) הוא חום (Dpen (Drontx) הוא חום (D) הוא חום (Dpen (Dpen (D) ו-K) הוא חום (D) הוא חום (Drontx) ו-D) הוא חום (Ded) הוא חום (Ded) הוא חום (Dpen (Ded) הוא חום (Dpen (D) הוא חום (D) הוא חום (Ded) הוא חום (Dpen (D) הוא חום (D) ו-D

עבור גלי חום במיוחד (העברה חמה לאזור יחידת), הנוסחה הופכת:

(ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

איפה:

• (ב) ,0) ,00=חום (W/m2)
• (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

הסימן השלילי מראה כי גלי חום נעים מאזורי טמפרטורה גבוהים יותר לאזורי טמפרטורה נמוכים יותר. אמנה מתמטית זו מבטיחה כי גלי חום הוא חיובי כאשר זורם בכיוון של ירידה בטמפרטורה.

התנהגות תרמית: נכס חומרי קריטי

מאפייני העברת החום של חומר מוצק נמדדים על ידי נכס הנקרא מוליכות תרמית, k (או λ), נמדד W / mK, אשר מודד את היכולת של חומר להעביר חום באמצעות חומר על ידי התנהגות.חוק של Fourier חל על כל החומר, ללא קשר למצבו (סולid, נוזל או גז), ואת מוליכות תרמית של רוב הנוזלים והחזקים משתנה עם טמפרטורה, עבור vapors, תלוי גם על הלחץ.

חומרים בעלי מוליכות תרמית גבוהה יותר (k) עושים חום יעיל יותר - לדוגמה, יהלומים ומתכות כמו נחושת וכסף הם מנצחים מצוינים, בעוד עץ ואוויר הם מנצחים עניים, והחוק עוזר בתכנון בידוד, קירור מערכות קירור, וניתוח שימור אנרגיה בבתים.

ערכים מוליים תרמיים נפוצים כוללים:

• 385-401 W/mK
• אלומיניום: 205-237 W/mK
• פלדה ללא שם: 15-17 W/mK
• זכוכית: 0.8-1.0 W/mK
• 0 -0 W/mK
• עץ: 0.2 W/mK
• אוויר: 0.024-0.026 W/mK

ניסוח עריכת סימולציה עבור תנאי Steady-state

אם גלי חום הוא קבוע לאורך שטח מוצק, אז dT / dx ניתן להחליף על ידי ⁇ T / ⁇ x, וזה קורה חד-ממדי, יציב זרימת חום המדינה - לדוגמה, אם שני הצדדים של קיר מתקיימים בשתי טמפרטורות קבועות, או שני הקצוות של חוט מבודד מאוחר יותר מתקיימים בשתי טמפרטורות קבועות.

עבור חישובים הנדסיים מעשיים עם מצב יציב, התנהגות חד-ממדית:

(ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇

איפה:

• (ב) ⁇ Treaph:1 , = הבדל טמפרטורה בין משטחים חמים וקרים (K או °C)
• (ב) ⁇ =ב"ה)

דוגמה: התנהגות דרך חומה

חישוב שפעת החום דרך חלון זכוכית 1.5 מ"ק x 1.0 מ"מ באזור ו 3.0 מ"מ עבה אם הטמפרטורות על פני השטח הפנימי והחיצוני הם 14.0 ° C ו 13.0 מעלות צלזיוס, בהתאמה.

המונחים:

• מוליכות תרמית של זכוכית: k = 0.96 W / mK
• ⁇ x = 3.0 מ"מ = 0.003 m
• ההבדל בטמפרטורה: ⁇ T = 14.0 ° C - 13.0 ° C= 1.0 K

רגיעה:

(ב) ⁇ 0=0=k= k × ( ⁇ T / ⁇ x) = 0.96 × (1.0 / 0.003) = 320 W/m2earFLT:1

התוצאה הזו מעידה כי 320 וואט של אנרגיית חום עובר דרך כל מטר רבוע של חלון הזכוכית כל שנייה, מה שמדגים אובדן חום משמעותי דרך מחבת הזכוכית הדקה.

חום Flux Calculation for Convection

הדבקה (או העברה חום מאומצת) היא העברת חום ממקום אחד לאחר בשל התנועה של נוזל, ולמרות שלעתים קרובות נדונה כשיטת הפרדה של העברת חום, העברת חום אחידה כוללת את התהליכים המשולבים של התנהגות (דיפוזיה חמה) והערצה (העברה חמה על ידי זרימת נוזל מסיבי), ובדרך כלל היא הצורה הדומיננטית של העברת חום בנוזלים וגזים.

חוק של ניוטון של Cooling

נוזל חום דחוס מחושב באמצעות חוק קירור של ניוטון, המספק מערכת יחסים פשוטה בין גלי חום לבין הבדל טמפרטורה:

(ב) ויקרא י"ד:2 (ב) ויקרא י"ד): "ה' (ב"ד): "ה' ויקרא י"ד:5" (בראשית כ"ד)

איפה:

• (ב) ,0) ,00 (ב)=החום הסגול (W/m2)
• (ב) [15] ,9=התמיכה בכבדות (W/m2K)
• (ב) ויקרא י"ד:2 ויקרא:2 ויקרא:2 ויקרא:2 ).
• (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

חוק הה קוליינג של ניוטון קובע כי גלי החום q הוא פרופורציונלית להבדלים הטמפרטורה בין פני השטח של האובייקט TIRFLT:0scioFLT:1 ואת נוזל TharFLT:2 ⁇ FLT 3:2, עם היחסיות קבועה להיות קבוע העברת חום קומפקטית, ואת הערך של h תלוי במאפיינים, זרימה, ומאפיינים על פני השטח.

הבנת העברת חום יעילה

המקדם של העברת חום או סרט הוא קבוע היחס בין גלי החום לבין כוח הנהיגה התרמודדינמי לזרימת חום (כלומר, הבדל הטמפרטורה, ⁇ T), המשמש לחישוב העברת חום בין מרכיבים של מערכת כגון על ידי הדבקה בין נוזל לבין מוצק, עם יחידות SI ב וואט למטר מרובע לליטר (W / mK2K).

תקני העברת חום תקינים בסוג של אמצעי תקשורת, אם זה גז או נוזל, ותכונות זרימה כגון מהירות, מהירויות ותכונות אחרות של זרימה וטמפרטורה תלויות, עם ערכים אופייניים כולל: זיהום חינם - אוויר, גזים ו vapors יבשים: 0.5 - 1000 - 1000 (W / m2K)); אספקת מים ונוזלים: 50 - 3,000 (W / Wm) ו- VRV2K)

סוגים של הדבקה

בזיהום טבעי, עלייה בטמפרטורה מייצרת ירידה בצפיפות, אשר בתורו גורם תנועה נוזלית עקב לחצים וכוחות כאשר הנוזלים של דלקות שונות מושפעים על ידי הכבידה (או כל כוח g) זיהום טבעי מתרחשת ללא כוח חיצוני, מונע רק על ידי אפקטים של buoyancy.

ניתן "לחזק" על ידי תנועה של נוזל באמצעים אחרים מאשר כוחות של החיוויון (לדוגמה, משאבת מים במנוע רכב) הדבקה כפויה בדרך כלל גורמת לתקני העברה חום גבוהים יותר עקב מהירות נוזל מוגברת ונוחות.

דוגמה: העברה של חום

נוזל זורם מעל פני מטוס 1 מ' על ידי 1 מ', עם טמפרטורת פני השטח של 50 מעלות צלזיוס, טמפרטורה נוזלית של 20 מעלות צלזיוס, וחום אחיד העברה coefficient של 2000 W / m2C.

רגיעה:

(ב) ויקרא י"ד): "ה' (ב' ויקרא י'): "וַיְּהִיא נָאֶת הָאָרֶץ אֱלֹהִים" (ב' ויקרא י"ד)

זה מדגים את העברת החום המשמעותית שיכולה להתרחש עם עצירות כפויה ואפקטים גבוהים של העברת חום.

המונחים: Heat transfer Coefficients

מקדם העברת החום מחושב לעתים קרובות ממספר Nusselt (מספר חסר ממדים) מספר Nusselt מתייחס להתאמה להעברת חום התנהגותית ונקבע באמצעות קורלציות אמפיריות ספציפיות לתנאי הגיאומטריה והזרימה.

התאמות רבות פותחו על ידי מחברים שונים כדי להעריך את מקדם העברת החום האינטגרטיבי במקרים שונים כולל זיהום טבעי, הדבקה כפויה לזרימה פנימית וזיהום כפוי לזרימה חיצונית, והתאים האמפיריים הללו מוצגים עבור הגיאומטריה הספציפית שלהם ותנאי זרימה.

חום Flux Calculation עבור קרינה

גלי חום רדיטיבי הוא מושג בסיסי בתרמודינמיקה והעברה חום, בהתייחס לכמות האנרגיה התרמית המועברת בצורת קרינה אלקטרומגנטית, שבו העברת אנרגיה זו מתרחשת בין משטחים וסביבות ללא מעורבות של מדיום פיזי, והבנה של גלי חום קורנטיביים חיונית ליישומים בהנדסה, מדע סביבתי, ותחומים אחרים.

חוק סטפאן-בולצמן

עבור גוף אידיאלי סופג/מיטר או שחור, חוק סטפאן-בולצמן קובע כי האנרגיה הכוללת קורנת על פני השטח ליחידה (הידועה גם כיציאה קורנת) היא פרופורציה ישירות לכוח הרביעי של הטמפרטורה של הגוף השחור, T.

חוק סטפאן-בולצמן לשטף חום רדיואקטיבי הוא:

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

איפה:

• (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ==החום הרדינלי (W/m2)
• (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) ,0) ,(Tirph:1) = טמפרטורה מוחלטת של פני השטח (K)

השאילות היא בדרך כלל בין אפס לרק, עם שליחות של אחד המתאים לגוף שחור.חומרים אמיתיים יש הרשאות פחות מ-1, עם מתכות מלוטשות מאוד יש הרשאות נמוכות מאוד (0.02-0.1) ומשטחים מחומצמים או צבועים שיש להם ערכים גבוהים יותר (0.8-0.95).

העברה חמה בין פני השטח

כאשר חישוב החלפת חום בין שני משטחים בטמפרטורות שונות, שפעת חום קורנטיבית נטו היא:

(ב) ויקרא י"ד): "וַיְּהִיא רָא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא" (ב')

עובדה זו היא ששני פני השטח פולטים קרינה, עם העברת חום נטו היא ההבדל בין פליטה וקליטה.

תלות טמפרטורה של קרינה

החום שאבד על ידי קרינה מתואר על ידי חוק הקרינה סטפאן-בולצמן, שבו אובדן הקרינה תלוי בכוח הרביעי של הטמפרטורה, כלומר מצב זה של העברת חום הוא מאוד חשוב כמו עלייה הטמפרטורה.מערכת היחסים בין כוח רביעי זה אומר קרינה הופכת דומיננטית יותר בטמפרטורות גבוהות.

לדוגמה, הכפלת הטמפרטורה המוחלטת מגבירה את גלי החום הרדיואקטיביים על ידי גורם של 16 (2FLT:0reasFLT:1= 16), מה שהופך את הקרינה העיקרית של מנגנון העברת חום ביישומים עתירי זמן גבוהים כגון פרוות, תאי בעירה, ובקרת חלליות תרמי.

דוגמה: קרינה מפני משטח חם

חישוב שפעת החום הרדיואקטיבית משטח פלדה ב 500 מעלות צלזיוס עם כיס של 0.85.

המונחים:

• T = 500 ° C=773 K
• ⁇ = 0.85
• ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

רגיעה:

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

זה מדגים את אובדן החום הרדינלי משמעותי משטחים עתיריים גבוהים.

שלב אחר שלב חום Flux Calculation נוהל

לאחר גישה שיטתית מבטיחה חישובי גלי חום מדויקים על פני כל יישומי ההנדסה.כאן הוא הליך מקיף:

שלב 1: זיהוי מצב העברת החום

לקבוע אם העברת חום מתרחשת בעיקר באמצעות התנהגות, הדבקה, קרינה או שילוב של מצבים אלה.

• (ב) ⁇ :0) ⁇ : ⁇ : ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) ⁇ :0 (ב) , ⁇ : ⁇ : ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (FLT:0) מודים: FLT:1eur יישומים רבים בעולם האמיתי כרוכים במנגנונים מרובים בו זמנית

שלב 2: Gather Required Data

לאסוף את כל המידע הדרוש לחישוב הספציפי שלך:

(ב) ויקרא י"ד:

• מוליכות תרמית (k)
• עובי חומרי או מרחק ( ⁇ x)
• הבדל טמפרטורה ( ⁇ T)
• שטח פני השטח (אם חישוב שיעור העברת חום הכולל)

(ב) ,0) ל"התמדה" (בתרגום חופשי: ).

• חום משותף (h)
• טמפרטורה (TearFLT:0)
• טמפרטורה (TreaFLT:0) ⁇ FLT 1ua
• תנאי זרימה (זיהום טבעי או כפוי)
• תכונות פלוריד (אם חישוב h מתואם)

(ב) ויקרא י"ד:

• נחיתות פני השטח (ε)
• טמפרטורה (s) ב- Kelvin
• תוצאות חיפוש (for Complex Geometries)
• טמפרטורה סביבתית (לקרינה נטו)

שלב 3: חישוב טמפרטורה של טמפרטורות או הבדלים

לבעיות התנהגות, לקבוע את הטמפרטורה ⁇ :

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

להבטיח יחידות טמפרטורה עקביות (בדרך כלל קלווין לקרינה, Kelvin או Celsius להתנהלות וזיהום).

שלב 4: החל את פורמולה Appropriate

בחר וליישם את משוואה גלי חום נכונה המבוססת על מצב העברת החום:

• (ב) ⁇ (ב"ד) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) ויקרא י"ד: ויקרא י"ד: ויקרא י"ד:2 ויקרא יט:2 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) ויקרא י"ד): "וַיָּבְהַבְתָּבְתָּבְתָּבְתָּבְתָּבְהַהְיִדְהַהַהְיִדְהַהַבְתָּבְתָּבְתָּבְתּבְתּבְתּבְתּבְתּבְתּבְתּבְתּבְתּבְתּבְתּבְתּבְתּבְתּבְתּבְתּבְתּבְתּבְתּבְתּבְתּבְתּבְתּבְהַהַהַהַהַהַהַהַהַהַהַהַהַהַהַהַהַהַהַהַהַהַהַהַהַהַהַהַהַהַהַהַהַהַהַהַהַּבְתּב

שלב 5: לבדוק יחידות ויציבות ממדית

ודא כי כל הכמויות הן ביחידות SI:

• גלי חום: W/m2
• מוליכות תרמית: W/mK
• ההרחבה התקנית: W/m2K
• טמפרטורה: K (לקרינה) או K / ° C (להתנהגות / הדבקה)
• מרחק: m

בדוק כי התוצאה הסופית היא יחידות נכונות של W/m2.

שלב 6: תוצאות אימות

לבצע בדיקות סניפיות על הערכים המחושבים שלך:

• האם גודלו נראה הגיוני ליישום?
• האם הכיוון של זרימת חום נכון (מהחם לקור)?
• האם התוצאות תואמות לאינטואיציה פיזית ולחוויה?
• עבור מצבים משולבים, האם החום הכולל הוא סכום התרומות האישיות?

בדיקות מתקדמות ב-Hick Flux Calculations

מערכות Multi-Layer Conduction

כאשר החום מועבר דרך קיר בניין, יש בדרך כלל חומרים שונים המשפיעים על העברת החום הכוללת, מבפנים אל החיצוני זה יכול להיות למשל: טפטים.

עבור קירות מורכבים עם שכבות מרובות, ההתנגדות התרמית הכוללת היא סכום ההתנגדות הפרטנית:

(ב) [17] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

שפעת החום הכוללת דרך המבנה המורכב היא:

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

גישה זו היא אנלוגיה להתנגדות חשמלית בסדרה, מה שהופך אותה אינטואיטיבית למהנדסים המוכרים בניתוח מעגלים.

מצבי העברה חמים משולבים

רבים מתהליכי העברת החום נתקלו במתקני גרעין כרוכים בשילוב של התנהגות וזיהום - לדוגמה, העברת חום בגנרטור קיטור כרוכה בזיהום מרוב הכור הקרר אל משטח הצינור הפנימי של הגנרטור, ההתנהלות דרך חומת הצינור, והדבקה משטח הצינור החיצוני אל נוזל הצד השני.

עבור מצבי שילוב, מקדם העברת החום הכולל (U) משלב את כל התנגדות:

(ב) ויקרא י"א:2 ⁇ ⁇ ⁇ =1=1=2=2=2=2=5

שם:0 ,1031 ,9 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ x /k מייצג התנגדות התנהגותית.

תכונות טמפרטורה-Dependent Properties

במציאות, מוליכות תרמית אינה קבוע חומר טהור, אלא תלויה בטמפרטורה, ובהבדלים בטמפרטורות גדולות, התנהגות תרמית יכולה לשנות באופן חזק יחסית על עובי החומר, כך שבמקרים אלה, יש להשתמש בערך הממוצע של מוליכות תרמית.

עבור חישובים מדויקים על פני טווחי טמפרטורה גדולים, השתמש בתכונות טמפרטורה או לבצע חישובים החלטיים עם עדכוני רכוש.

תנאי מדינה שאינם

הנוסחאות המוצגות לעיל חלות בעיקר על תנאי מצב יציבים שבהם הטמפרטורה לא משתנה עם הזמן.כאשר הזמן אינו מעורב בבעיה של העברת חום, אנו קוראים לזה ניתוח תרמי של מצב יציב.עבור בעיות טרנספורמטיביות (זמן תלויות) מורכבות יותר יש לפתור, לעתים קרובות דורשות שיטות מספריות.

עמידות בפני השטח והתנגדות מגע

משטחים אמיתיים אינם חלקים לחלוטין, ומגע בין חומרים מציג התנגדות תרמית נוספת.התנגדות מגע זה יכול להשפיע באופן משמעותי על גלי חום ביישומים מעורבים מפרקים מכניים, ממשקים תרמיים באלקטרוניקה, וחיבורים מכווצים.

חומר heterogeneity

חומרים הנדסיים רבים אינם הומוגניים – חומרים ⁇ , וחומרים ממודרגים פונקציונליים יש תכונות שונות מרחבית. לגבי יישומים מודרניים של המדינה-of-the-art של חוק Fourier, חומרים ממודרגים פונקציונליים (FGM) מציגים וריאציות מרחביות במבנה החומרי, אשר יכול להיות לא מונוטוני ואפילו תקופתי, וריאציות אלה מובילות לריאציות מקבילות בתכונות תרמיות.

יישומים מעשיים של גלימות חום

בניית ביצועים ארסיים

בהנדסה אדריכלית, חישובי גלי חום מסייעים בתכנון המעטפות בנייה עם בידוד תרמי יעיל, צמצום עלויות האנרגיה.מהנדסים משתמשים בניתוח חום פלוקס:

• Determine R-values ו- U-values עבור קירות, גגות וחלונות
• אופטימיזציה עובי בידוד עבור ביצועים אנרגיה יעילה
• לזהות גשרים תרמיים ואזורים של אובדן חום מופרז
• שיתוף פעולה עם בניית קודי אנרגיה ותקני בנייה ירוקה

בפרקטיקה הנדסית, חישוב ושליטה בשטף חום הוא חיוני - לדוגמה, בבניית הנדסה, שליטה בשומן חום יכול לשפר את יעילות האנרגיה של מבנים ולהפחית צריכת אנרגיה, ועל ידי חישוב מוליכות תרמית של חומרי בניין ואת הטמפרטורה ⁇ בתנאים בפועל, מערכות בידוד יעיל ניתן לתכנן.

ניהול אלקטרוני

במכשירים אלקטרוניים, ניהול גלי חום הוא גם נושא חשוב, שכן רכיבים אלקטרוניים מייצרים חום משמעותי במהלך הניתוח, אשר, אם לא ביעילות dissipated, יכול לגרום להתחממות יתר וכישלון.

• עיצוב של כיור חום ומערכות קירור
• בחירת החומרי של ממשק
• אופטימיזציה מיקום עבור מעגלים
• חיזוי אמינות וניתוח מתח תרמי

יישומים אוויריים

ניהול התרמומלי חיוני בתחום התעופה כדי להגן על מבנים וכלי נגינה מטמפרטורות קיצוניות שנפגשו במהלך טיסות מהירות גבוהה או משימות חלל.ניתוח גלי חום הוא חיוני עבור:

• מערכת ההגנה הירומית לתכנון כלי רכב
• קרינת Spacecraft sizing
• Cry Driveogenict Tank Insulation
• Avionics קירור במטוסי ביצועים גבוהים

בקרת תהליכים תעשייתיים

מדידות גלי חום וחישובים הם קריטיים בתהליכים תעשייתיים רבים:

• אופטימיזציה ויעילות יותר
• עיצוב החלפת חום ו ניטור ביצועים
• ניהול תרמי
• עיבוד חומרים (התעדות, טיפול בחום)
• עיבוד מזון וסטריליזציה

טכניקות למניעת הריון

בעוד חישובים מספקים תחזיות תיאורטיות, מדידה ישירה של גלי חום מאמת עיצובים ומאפשר ניטור בזמן אמת.

חיישן Flux

חיישן חום פלוקס הוא transducer אשר מייצר אות חשמלי ביחס לקצב החום הכולל החל על פני השטח של החיישן, קצב החום נמדד מחולק על ידי השטח של החיישן כדי לקבוע את גלי החום, ואת גלי החום יכול להיות מקורות שונים - בעיקרון, convective, רדיוטיבי, כמו גם חום התנהגות יכול להיות נמדד.

הסוג הנפוץ ביותר של חיישן גלי חום הוא חום חום חום חום אפילפסיה שפועלת על בסיסו אותו עיקרון כמו מדידה של הטמפרטורה על פני ההתנגדות התרמית ידועה, למעט יש לו את היתרון בכך ההתנגדות / המוליכים התרמית לא צריך להיות פרמטר ידוע, כפי פרמטרים אלה לא צריך להיות ידוע מאז חיישן גלי החום מאפשר מדידה של נוזל הקיים על ידי שימוש אפקט Seebeck.

סוגים של חיישן Flux

חיישני גלי חום ידועים בשמות שונים, כגון גלי חום פלוקס, מדפי חום, או צלחות גלי חום, וכמה מכשירים הם למעשה חיישני חום למטרות יחיד, כמו pyranometers למדידת קרינה סולארית, בעוד חיישנים אחרים של גלי חום כוללים Gardon המדידים (הידועים גם בשם מד מעגלי), תרמו-סרטים דקים, ומדכיט-בוטר.

(FLT:0) Thermopile Sensors:FLT:1 A חום פלוקס חיישן מודד הבדל טמפרטורה קטן על פני שכבה דקה של חומר, חומר זה בדרך כלל משתמש a thermopile, שהוא דפוס משתנה של שני סגסוגת מתכת דיסימי.אלה הם הסוג הנפוץ ביותר עבור יישומים למטרות כלליות.

(FLT:0Gardon Gauges:FLT:1 A Gardon סוג חום פלוקס מטר יש עיגול של קבוע נמכר לגוף נחושת, וכאשר נחשפים למחסור חום, זרימת החום מועברת באופן קורני לאורך כל הסול, יצירת ⁇ טמפרטורה בין מרכז הסילון לבין הקצה, וההבדל הזה הוא פרופורציונלי לחום נספג ומתח ליניארי.

(FLT:0) סנטימטר-Boelter Gaugesib:FLT 1 A Schmidt-Boelter סוג חום פלוקס מטר יש מדחום עבה יחסית על כיור חום, הגוף המוטבע במים של המד, ואת החום נספג הוא מעוגן על פני השטח הספוג דרך החיישן לתוך החום.

קלברס ודמוקרטיה

יש להתאים את חיישני ה-Rilpile חום פלוקס כדי להתייחס אותות הפלט שלהם [μV] לערכים של גלי חום (W /(m2 ⁇ K), ולאחר חיישן חום פלוקס מכווץ אותו ניתן להשתמש בו כדי למדוד ישירות את גלי החום מבלי לדרוש את הערך הידוע לעתים רחוקות של התנגדות תרמית או התנהגות תרמית.

קריטי לשימוש בטכניקת מדידה של גלי חום הוא קלברציה מדויקת, ושימוש בחומרים שאינם מתאימים מפריע לשטף החום המקומי וגם שכבת הגבול המשולבת המקומית, ומייצרת טעות פוטנציאלית שיש לפצות עליה, והטכניקות השונות בשימוש נפוץ עבור קיליברציה מתוארות.

שיטות מדידה חלופיות

חיישן Flux חום הם מכשירים המדידה ישירות את העברת החום על פני פני השטח, באמצעות חומרים מוליכים דקים, תרמיים עם גלאי טמפרטורה משובצים או גלאי טמפרטורה התנגדות (RTDs) לספק נתונים בזמן אמת.

Calorimetry כולל מדידת שינויי הטמפרטורה בחומר עקב העברת חום, ועל ידי ניטור המסה, חום ספציפי ושינוי טמפרטורה, מהנדסים יכולים לחשב חום פלוקס.

דלקת אינפמוגרפיה אינפרא אדום משתמשת במצלמות אינפרא אדום כדי לזהות טמפרטורות פני השטח, בשילוב עם תכונות חומריות, מאפשר חישוב של גלי חום.

טעויות נפוצות וכיצד להימנע מהן

יחידת ה-Insistities

אחת השגיאות הנפוצות ביותר היא שילוב מערכות יחידות.תמיד להבטיח:

• הטמפרטורה נמצאת ב-Kelvin חישובי קרינה
• כל אורך הוא ב מטרים
• תכונות תרמית להשתמש יחידות SI עקביות
• הבדלים בטמפרטורות יכולים להיות ב- Kelvin או Celsius (הם שווים ל- ⁇ T)

שגיאות האמנה

הסימן השלילי בחוק של פורייה מצביע על כיוון.כאשר חישוב גודל בלבד, השתמש בערכים מוחלטים.כאשר כיוון חשוב (כגון מאזן אנרגיה), לשמור על מוסכמות סימנים מתאימות.

קרינת קרינת קרינה בטמפרטורות גבוהות

בטמפרטורות מעל 100 מעלות צלזיוס, קרינה הופכת להיות משמעותית יותר ויותר.העברה של חום רדיואקטיבית ביישומים עתירי זמן גבוהה עלולה להוביל לשגיאות משמעותיות.

המונחים: Constant Properties

תכונות חומריות משתנות עם טמפרטורה. עבור הבדלים בטמפרטורה גדולים, להשתמש בתכונות ממוצעות או חשבון עבור תלות טמפרטורה במפורש.

להגביר את הגיאומטריה

הנחות חד-ממדיות של העברת חום בתוקף רק עבור גיאוגרפיות ספציפיות. Cylindrical ו spherical Geometries דורשות משוואות משתנות אשר מהוות שינויים באזור עם רדיוס.

התנגדות ליצירת קשר

במערכות מרובות שכבות עם מגעים מכניים, התנגדות ממשק יכולה לשלוט. Include מגע התנגדות ברשתות ההתנגדות התרמית.

כלים ותוכנות

הנדסה מודרנית מסתמכת יותר ויותר על כלים חישוביים לניתוח גלי חום:

ניתוח יסודות Finite Element Analysis (FEA)

ניתן להעריך את השטף חום ולנתח הרבה לפני כן במחזור העיצוב של מוצר או חלק על ידי מינוף הכוח של סימולציה הנדסית, במיוחד סימולציה של ענן, ועם סימולציה, אתה יכול לדמיין את חום פלוקס לזהות אזורים של דאגה שיכולה ליידע את החלטות העיצוב שלך ומאפשר לך להתאים את העיצוב במהירות.

Popular FEA software for thermal analysis includes ANSYS, COMSOL Multiphysics, Abaqus, and SimScale. These tools enable:

• גיאומטריה מורכבת
• ניתוח תרמי Transientr
• ניתוח מבנה תרמי
• אופטימיזציה מחקרים
• הדמיה של טמפרטורה וחום פלוקס הפצה

Fluid Dynamics (CFD)

עבור בעיות מובנות זיהום, תוכנת CFD פותרת את זרימת הנוזלים המזוגת ומשוואות העברת חום, מתן תחזיות מפורטות של קידוד חום אחיד וחלוקות חום מקומיות.

המונחים: Calculations

עבור בעיות פשוטות יותר, תוכנת גליון מבוזר (Excel, Google Sheets) מספקת יכולת מספקת עבור חישובי גלי חום, מחקרי פרמטר וניתוח נתונים.

סטנדרטים בתעשייה והפרקטיקה הטובה ביותר

ארגונים מסוימים מספקים סטנדרטים והנחיות למדידת גלימת חום ו חישוב:

• (FLT:0) תקנים סטנדרטיים: 1FLT:1 ASTM C518 (נכסים של שידורים thermal), ASTM E1530 (התנהגותית שנייה), ASTM C1046 (בהתאמה של גלי חום)
• (FLT:0) תקן ISO:FLT:1 ISO 9869 (בקיצור של אלמנטים מבניים), ISO 8301 (התנגדות שנייה ונכסים קשורים)
• (ב) ⁇ :0 (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) ◄ סטנדרטים למקרר אלקטרוניקה וניהול תרמי

בעקבות סטנדרטים אלה מבטיח עקביות, שקיפות, וציות רגולטוריות בפרקטיקה הנדסית.

מגמות עתידיות בניתוח ה-Flux

תחום המדידה והחישוב של חום ממשיך להתפתח:

חומרים מתקדמים

לגבי יישומים מודרניים של המדינה-of-the-art של חוק Fourier, חומרים מדורגים פונקציונלי (FGM) ומטא-חומרים תרמיים להציג הבדלים מרחביים במבנה החומרי, אשר יכול להיות לא-מונוטוני ואפילו תקופתי, המוביל לריאציות מקבילות בתכונות תרמיות, ו- FGMs ניתן למצוא ביישומים שונים, ממרכיבים ו ⁇ חומרים המתאימים לתכונות מכניות ליישומים ביו-רפואיים ואפילו מוליכים למחצה.

Machine Learning ו-AI

כדי לטפל במגבלות הקשורות למודלים מבוססי נתונים בלבד, המחקר האחרון התמקד בשילוב ידע פיזי ספציפי לתחום במסגרת AI / ML, המוביל לפיתוח של גישות למידה מכונה מבוססת פיזיקה (PEML) ומתודולוגיות היברידיות אלה נועדו לשלב את הכוח הנבאי של טכניקות המונעות על ידי נתונים עם הקפדה ועקבות של חוקים פיזיים מבוססים.

מיני-מחיישנים

עם הביקוש הגובר לניהול תרמי של מכשירים אלקטרוניים, קירור של כלי עתיר גבוה, ו Cryopreservation ביולוגית, מדידת גלי חום של משטחים מורכבים וטמפרטורות אולטרה-נמוכות הפך הכרחי מאוד, גמיש ורגיש מאוד HFS שיכול לפעול בטמפרטורות אולטרה-נמוכות, החל מ- −196 מעלות צלזיוס עד 273 מעלות צלזיוס, עם רגישות להגיע 11V / mV2.

מסקנה

חישוב חום פלוקס מדויק הוא מיומנות בסיסית עבור מהנדסים הפועלים בתכנון מערכות תרמיות, יעילות אנרגיה וניהול תרמי. על ידי הבנת שלושת מצבי העברת חום - מוליכים, הדבקה וקרינה - וליישם את הנוסחאות המתאימות ואת המתודולוגיות, מהנדסים יכולים לחזות ביצועים תרמיים, אופטימיזציה, עיצובים, ולהבטיח ניתוח בטוח ויעיל של מערכות תרמיות.

הגישה של צעד אחר צעד המתוארת במדריך זה מספקת מסגרת שיטתית לחישובי גלי חום על פני יישומים מגוונים.

• זיהוי מצב העברת חום דומיננטי (s)
• איסוף תכונות חומריות מדויקות ותנאי גבול
• החל את הנוסחות הנכונות עם יחידות מתאימות
• תוצאות אימות נגד ציפיות פיזיות
• שקול גורמים מתקדמים כמו תכונות תלויות טמפרטורה וצורות משולבות
• טכניקות מדידה כדי לאמת חישובים

ככל שהאתגרים התרמיים הופכים מורכבים יותר ויותר – מאלקטרוניקה ננוקלית ועד כלי רכב היפרוזיים – החשיבות של ניתוח חום מדויק של גלי חום הרחם ממשיכה לגדול.על ידי שליטה בטכניקות חישוב בסיסיות אלה ולהישאר נוכחיים עם כלים ושיטות מתפתחות, מהנדסים יכולים להתמודד ביעילות עם האתגרים הניהוליים התרמיים של היום ומחר.

(ב) ב[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]