什么是傅里叶定律热传导-定义

傅里叶热传导定律指出,通过一种材料传热的时间比率正比于温度的负梯度和面积。w88优德备用网址 微博优德app热能工程

傅里叶热传导定律

w88优德备用网址 微博可以根据适当的速率方程来量化过程。该传热模式下的速率方程是基于w88优德备用网址 微博傅里叶的热传导定律。这项法律规定了时间传热速率w88优德备用网址 微博通过材料是成正比消极的温度梯度和面积成直角,和梯度成直角,热量通过梯度流动。其微分形式为:

傅里叶热传导定律

热通量
传热速率w88优德备用网址 微博单位面积垂直于传热方向称为w88优德备用网址 微博热通量。有时它也被称为热流密度。在SI中,它的单位是瓦特每平方米(W.m−2)。它有方向和大小,所以它是一个矢量。平均热流密度表示为:

热流密度-方程

其中A是传热区域。w88优德备用网址 微博英语单位的热量通量单位是BTU / H·FT2。注意,热通量可能随时间和表面上的位置而变化。

核反应堆,限制的局限性当地的热通量对反应堆安全性的重要性是最重要的。由于核燃料由燃料棒组成,热通量以W / cm(局部线性热通量)或kW /棒(每个燃料杆的功率)限定。

在这种关系中得到的比例常数称为导热系数,k(或λ),材料。一种很容易通过传导来传递能量的材料是良好的热导体,具有很高的值k傅立叶定律是一个定义的表达式导热系数

可以看出,解决傅立叶定律我们必须考虑物体的温差,几何形状,和热导率。这一定律是由约瑟夫·傅里叶在1822年首次提出的,他得出结论:“热传导产生的热流密度与温度梯度的大小成正比,在符号上与之相反。”

同样的傅立叶定律通过平板确定热通量,它也可用于确定温差,何时是已知的。这可以用来计算燃料球团中心的温度,如下面的部分所示。

导热系数
固体材料w88优德备用网址 微博的传热特性是通过一种叫做导热系数, k(或λ),单位为W / m。K。它是一种测量物质通过传导传递热量的能力的方法。请注意,傅立叶定律适用于所有物质,无论其状态(固体,液体或气体)如何,也为液体和气体定义。

导热系数大多数液体和固体都随温度而变化。对于蒸气,它也取决于压力。一般来说:

热导率。定义

大多数材料几乎都是均匀的,因此我们通常可以写字k = k (T)。类似的定义与y和z方向上的热导体相关联(ky,Kz)但对于各向同性材料,导热率与转移方向无关,Kx= K.y= K.z= k。

由上式可知,导热热流密度随导热系数的增大而增大,随温度差的增大而增大。一般来说,固体的热导率大于液体,而液体又大于气体。这种趋势很大程度上是由于分子间距离对于这两个物质的州。特别是,钻石具有任何散装材料的最高硬度和导热率。

参见:导热系数

二氧化铀的导热系数
导热-导热-二氧化铀大部分的pwr使用铀燃料,其形式是二氧化铀。二氧化铀是黑色半导体固体导热系数极低。另一方面,二氧化铀有高熔点并已众所周知的行为。将UO2压入球团矿,然后将这些颗粒烧结成固体。

这些球团矿然后装入并封装在一个燃料棒(或燃料针)内,这是由锆合金,因为它的非常低的吸收横截面(不像不锈钢)。覆盖小球的管的表面被称为燃料包壳。燃料棒是燃料组件的基部元件。

导热系数二氧化铀与金属铀,氮化铀,碳化物和锆覆层材料相比,非常低。导热率是确定的参数之一燃料中心线温度。这种低导热率会导致燃料中心线局部过热,因此必须避免这种过热。保持稳定的峰值状态可以防止燃料过热线性热率(LHR)或热流密度热通道因子- F(Z)低于燃料中心线熔化的水平。燃料球团在中心线熔化时的膨胀可能导致球团对包层施加应力直至失效点。

导热系数坚实的UO2密度为95%,通过以下相关性[Klimenko;Zorin]:

铀的热导率方程

τ = T/1000。这个相关性的不确定性在298.15到2000 K范围内为+10%,在2000到3120 K范围内为+20%。

导热系 - 二氧化铀 - 图表

特殊参考:热电核电站/手册ED。通过A.V.Klimenko和V.M.Zorin。Mei Press,2003。

特别参考:核工程​​材料的热物理性质:数据的教程和集合。Iaea-thph,Iraea,维也纳,2008。ISBN 978-92-0-106508-7。

示例 - 通过窗口的热通量

例子-热流-热传导通过窗户进行热量损失

房屋热量流失的一个主要来源是通过窗户。计算通过1.5 m x玻璃窗的热流率内表面温度为14.0℃,外表面温度为13.0℃,厚度为3.0 mm。计算通过这个窗口的热流。

解决方案:

此时,我们知道材料表面的温度。这些温度也通过房屋内部和房屋外的条件给出。在这种情况下,通过从较高的内部温度到较低的外部温度通过玻璃通过玻璃流动。我们使用傅立叶定律热传导方程:

通过窗方程的热损失

我们假设公共玻璃的导热率是k = 0.96w / m.k。

热流则为:

q = 0.96 [W/m。K] x 1 [K] / 3.0 x 10-3[m] = 320 W/m2

通过这个窗口的总热量损失为:

失利=问。A = 320 x 1.5 x 1.0 = 480W

傅里叶的定律和热阻

热阻。定义。类比热阻是热敏的倒数。正如电阻与电力的导通相关的那样,热阻可以与热量的导电相关联。

考虑一个厚度为L,平均导热系数为k的平面壁。壁面的两个表面保持恒定温度T1和T2。对于一维稳态热传导,我们有T(x)然后傅立叶定律热传导对于墙壁可以表示为:

热阻的傅里叶定律

热阻是一种热特性和对物体或材料抵抗热流的温差的测量。平面壁面导热热阻定义为:

热阻 - 定义

引用:
w88优德备用网址 微博热传递:
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参见:

热传导

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