انتقال حرارت هدایتی (conduction heat transfer)

روش های انتقال حرارت- انتقال حرارت هدایتی

 

پردیس فناوری کیش_طرح مشاوره متخصصین صنعت و مدیریت_گروه فنی و مهندسی مکانیک

 

انتقال گرما هدایتی

هنگامی اتفاق می افتد که دو جسم با دمای مختلف در تماس با یکدیگر قرار داشته  باشند. انتقال حرارت از جسم گرم به جسم سرد اتفاق می افتد و تا زمانی که اختلاف دمایی وجود داشته باشد ادامه می یابد.

 

مکانیزم انتقال گرما هدایت (Conduction)

انتقال گرما در این روش ناشی از حرکت مولوکل ها و برخورد آنها با همدیگر می باشد. در قسمتی از ماده که گرم تر است حرکت مولول ها سریع تر و در جایی که سرد تر است حرکت مولکول ها کند تر است. هنگامی که مولکول ها حرکت می کنند مولکول های گرم تر در اثر برخورد با مولکول سردتر و با سرعت کمتر مجاور می دهند و باعث انتقال حرارت می شوند.

 

انتقال حرارت هدایتی

 

تا زمانی این فرآیند انجام می شود که سرعت مولکول ها به مقدار ثابتی برسد. روش انتقال حرارت هدایت در سه حالت ماده يکسان نيست. مواد جامد چون فاصله بين ملکول هايشان کمتر است گرما را سريعتر منتقل می کنند، در مايعات ميزان رسانايی از جامدات کمتر است و در گازها که فاصله ملکول ها از همه بيشتر است ميزان رسانایی از همه کمتر است.

انتقال حرارت هدایتی

 

همه جامدات نيز به يک اندازه رسانایی ندارند فلزات بيشتر و نافلزات کمتر گرما را به اين روش منتقل می کنند.

در روش انتقال حرارت هدایتی،  به سبب  اختلاف دمای جسم یا در سطح تماس دو جسم، بدون اختلاط جرم اتفاق می افتد.

نرخ انتقال  با استفاده از هدایتی با استفاده از قانون فوریه بیان می شود.

در این حالت انتقال گرما از ناحیه دما بالا به ناحیه دما پایین شارش دارد. انرژی به طریق هدایت انتقال یافته و آهنگ انتقال گرما  متناسب است با:

(Q=-KA(dT/dx

 

که در آن Q نرخ حرارت  با استفاده از روش هدایت ، K ضریب هدایت حرارتی جسم، A سطح عمود بر جهت انتقال حرارت و dT/dx گرادیان دما  می باشد.

ضریب انتقال حرارت (Heat transfer coefficient)

به مقدار حرارت منتقل شده در اثر وجود گرادیان دما بین دو جسم گفته می شود. میزان گرمایی که به این روش منتقل می شود به اختلاف دمای دو طرف جسم، خواص فیزیکی و مشخصات هندسی آن بستگی دارد.

ضریب انتقال حرارت

یک آزمایش عملی برای درک بهتر، اگر يک انتهای سيخی را به مدت زيادي داخل اجاقی گرم نماييم، انتهای ديگر آن نيز گرم می شود.  اين روش انتقال مربوط به گرما، شارش انرژي از طريق ماده را رسانش یا هدایت می گوییم.
فلزات، بويژه نقره، مس و آلومنیوم رساناهای خوب گرما و بيشتر غیرفلزات رساناهای ضعیف گرما هستند. در صورتی که از مواد با هدف جلوگیری از انتقال حرارت استفاده شود به آنها عایق می گوییم.

مقاومت حرارتی

انتقال حرارت در دیوارهای خارجی ساختمان ها از جمله مثال های معمول و کلاسیک در کاربرد هدایت می باشد. مثلا فرض کنید در شرایط دائمی دمای جدار داخلی دیوار T1 و دمای جداره خارجی T2 باشد.

مقاومت حرارتی

قانون فوریه را می توان بصورت زیر نوشت:

قانون فوریه

 

ملاحظه می شود که می توان جریان انتقال حرارت فوق را با جریان الکتریسیته شبیه سازی نمود به این ترتیب که q با مقدار جریان الکتریسیته، deltax/k با مقاومت الکتریکی و delta T را با اختلاف پتانسیل الکتریکی شبیه سازی نمود. به این ترتیب یک مدار سری مطابق شکل می توان تشکیل داد، برای مدار تشکیل شده خواهیم داشت.

قانون فوریه


پردیس فناوری کیش_طرح مشاوره متخصصین صنعت و مدیریت_گروه فنی و مهندسی مکانیک