1.Omów wymianę ciepła w konwekcji wymuszonej.
2.Podaj definicję i omów pojęcie słonecznej
temperatury powietrza.
Jest to hipotetyczna temperatura powietrza, przy
której ilość ciepła przekazywanego przegrodzie przez
konwekcję byłaby równa ilości ciepła wymienianej
między przegrodą, a powietrzem zewnętrznym, z
uwzględnieniem promieniowania słonecznego,
padającego na tę przegrodę.
gdzie:
ts - temperatura słoneczna powietrza,
te - temperatura powietrza zewnętrznego,
ε
-emisyjność
promieniowania
wysokot-
emperaturowego przegrody, I - natężenie
promieniowania słonecznego, αk- współczynnik
przejmowania ciepła przez konwekcję dla temperatury
powietrza zewnętrznego ts, αk’- współczynnik
przejmowania ciepła przez konwekcję dla realnej
temperatury powietrza zewnętrznego, t - temperatura
powierzchni przegrody.
Temperaturę słoneczną skorygowaną, można więc
wyznaczyć z poniższej zależności:
gdzie współczynnik przejmowania ciepła w złożonej
wymianie ciepła jest określony poniższym wzorem:
gdzie:
α
r - współczynnik przejmowania ciepła dla
promieniowania niskotemperaturowego dla wymiany
ciepła między powierzchnią przegrody a
nieboskłonem.
3.Wymień i omów warunki brzegowe
jednoznacznośći
rozwiązania
równania
przewodnictwa cieplnego.
W ogólnym przypadku, gdy przepływ ciepła ma
charakter trójwymiarowy i niestacjonarny, rozwiązanie
równania przewodnictwa cieplnego wymaga określenia
warunku
początkowego.
Poza
warunkiem
początkowym,
rozwiązanie
szczególne
niestacjonarnego równania przewodnictwa cieplnego
wymaga określenia warunków jednoznaczności
rozwiązania, które nazywamy warunkami brzegowymi.
Warunki brzegowe opisują sposób wymiany ciepła
na granicy obszaru o jednorodnych cechach
cieplnych , w którym przewodzenie ciepła jest opisane
jednym równaniem.
O warunek brzegowy I rodzaju
ma miejsce gdy znany jest rozkład temperatury na
brzegu obszaru w dowolnej chwili :
O warunek brzegowy II rodzaju
ma miejsce gdy znany jest rozkład gęstości strumienia
cieplnego na brzegu obszaru w dowolnej chwili:
O warunek brzegowy III rodzaju
ma miejsce gdy wymiana ciepła na brzegu obszaru
odbywa się według prawa Newtona :
gdzie:
t c - temperatura otaczającego ośrodka;
warunek brzegowy IV rodzaju obejmuje warunki
ciągłości temperatury i gęstości strumienia cieplnego
na brzegu wspólnym dla obszarów, w których przewo-
dzenie ciepła jest opisane różnymi równaniami np.
wskutek różnych właściwości cieplnych materiałów:
6.Omów tempetaturę nieboskłonu
Oprócz przejmowania ciepła na drodze konwekcji z
powietrzem zewnętrznym, oraz na drodze promi-
eniowania wysokotemperaturowego ze słońcem,
powierzchnia przegrody wymienia ciepło na drodze
promieniowania
niskotemperaturowego
z
nieboskłonem.
gdzie:
tn - bezwzględna temperatura nieboskłonu,
te - bezwzględna temperatura powietrza,
p - prężność cząstkowa pary wodnej w powietrzu
[mm Hg].
Przy założeniu, że temperatura nieboskłonu tn jest
niższa od temperatury powietrza zewnętrznego te o
pewną wartość ∆t, to dla powierzchni zewnętrznej
można zapisać równanie bilansu cieplnego:
gdzie: ts - skorygowana temperatura słoneczna.
7.Omów wymianę ciepla na drodze przewodzenia
przez 1 warstwową ścianę zewnętrzną budynku.
Przewodzenie ciepła w ciałach stałych w sposób
ilościowy opisuje empiryczne prawo Fouriera:
gdzie:
q - wektor gęstości strumienia cieplnego, -
współczynnik przewodzenia ciepła , t - temperatura
Przez powierzchnię odległą o x od początku układu
współrzędnych dopływa do elementu, w czasie d ,
ilość ciepła:
przez powierzchnię zaś odległą o x + dx odpływa
ciepło:
Różnica między ilością ciepła dopływającego a ilością
ciepła odpływającego z elementu w kierunku osi OX
układu współrzędnych, wynosi:
dQx
Miarą natężenia wydzielania się energii wewnętrznego
ź
ródła jest tzw. wydajność żródła ciepła qv , która
jest równa:
Bilans energetyczny prostopadłościanu odniesiony do
okresu czasu dTał z uwzględnieniem możliwości
wewnętrznego wydzielania się ciepła można wyrazić
opisowo w następujący sposób: ciepło doprowadzone
do prostopadłościanu – ciepło odprowadzone z
prostopadłościanu + ciepło wydzielone w elemencie =
= przyrost energii wewnętrznej prostopadłościanu +
praca zewnetrzna
ogólne równanie przewodzenia ciepła w ciele
izotropowym z uwzględnieniem wewnętrznego
wydzielania się ciepła
Przyjęcie warunku (t) = const pozwala
sprowadzić równanie przewodnictwa cieplnego do
równania liniowego o postaci :
W większości zagadnień fizyki budowli można
przyjąć z dostateczną dokładnością, że ciepło właściwe
materiału nie zależy od temperatury,wtedy można
równanie przewodnictwa cieplnego zapisać w pow-
szechnie stosowanej postaci:
(z wydzielaniem ciepła- jak bez to bez ost. Czlonu)
9.Sformułuj i omów r-nie gęstości strumienia
cieplnego w radiacyjnej wymianie ciepła.
W odniesieniu do promieniowania jako nośnika
energii cieplnej, natężeniu promieniowania
odpowiada
gęstości
strumienia cieplnego
emitowanego przez ciało na drodze promieniowania:
Natężenie promieniowania ciała czarnego dane jest
wzorem:
Co
-
współczynnik
promieniowania ciała czarnego, równy 5.77 W/m2K4
T - temperatura bezwzględna powierzchni [ K ] .
Dla ciał szarych, to znaczy takimi które
częściowo promieniowanie cieplne pochłaniają , a
częściowo odbijają:
C - współczynnik
promieniowania
ciała szarego , E - współczynnik emisji ( absorbcji)
ciała szarego.
Stosunek natężenia promieniowania odbitego od
natężenia promieniowania padającego nazywamy
współczynnikiem odbicia „ ro” . Dla materiałów
nieprzeźroczystych:
strumienie ciepła, wymienianych między wycinkami
dF1 oraz dF2 (t1-tem.powierzchni 1) dla 2 to samo
Gęstość strumienia cieplnego wyemitowana, na drodze
promieniowania, przez wycinek dF1 i pochłaniana przez
wycinek dF2 jest równa:
Ogólny wzór opisujący wymianę radiacyjną ciepła z
powierzchni ciała szarego F1 do powierzchni ciała
szarego F2 ma postać:
gdzie: Q1-2 - strumień ciepła wymieniany z
powierzchni F1 do F2, ε1-2 - emisyjność zastępcza,
φ
1-2 - współczynnik konfiguracji.
Emisyjność zastępcza:
0 dla bardzo małych powierzchni, znacznie od siebie
oddalonych, i gdy współczynniki emisyjności tych powierzchni
są w przybliżeniu równe 1, powracającą część promieniowania,
odbitą od drugiej powierzchni można pominąć: E12=E21
0 dla dwóch powierzchni równoległych, mało oddalonych od
siebie i nie rozdzielonych gazem o dużymwspółczynniku
absorpcyjności, można przyjąć, że całe odbite promieniowanie
wraca na powierzchnię,która je wypromieniowała:
w przypadku gdy powierzchnia F1 objęta jest ze wszystkich
stron powierzchnią F2:
Współczynnik konfiguracji
Przy wymianie ciepła przez promieniowanie między dwiema
nieograniczonymi (lub ograniczonymi, lecz blisko położonymi)
płaszczyznami:
rzy wymianie ciepła między powierzchnią, a wnętrzem
nieograniczonej półkuli (co odpowiada wymianie ciepła między
płaskim dachem, a nieboskłonem)
