Нагревание и охлаждение тел простой геометрической формы. Плоская неограниченная пластина.
Периодическая система / Моделирование процессов переработки пластмасс / Нагревание и охлаждение тел простой геометрической формы. Плоская неограниченная пластина.

Под неограниченной обычно понимают такую пластину, ширина и длина которой во много раз превышают толщину. Таким образом, неограниченная пластина (рис. 2.1) представляет собой тело, ограниченное двумя параллельными плоскостями. Изменение температуры происходит только в одном направлении (х), в двух других направлениях (у и z) температура неизменна.

Рис. 2.1. Положение координат при исследовании теплового процесса в неограниченной пластине.

Следовательно, задача является одномерной. Для одномерного теплового потока без внутреннего источника тепла уравнение теплопроводности сводится к виду: (2.11)

Обычно используют граничные условия третьего рода:

(2.12)

Рассмотрим случай, когда в начальный момент температура пластины во всех точках была одинакова и равна То. Это начальное условие записывается в виде:

(2.13)

Решение, полученное методом преобразования Лапласа, имеет вид:

(2.14)

Здесь — безразмерная температура;

— критерий Фурье (критерий гомохронности для процессов чистой теплопроводности );

- безразмерная координата;

— функция ошибок, где ;

Если коэффициент теплоотдачи очень велик (это эквивалентно заданию постоянной температуры на стенке), уравнение (2.14) упрощается:

(2.15)

Для прикидочных расчетов удобно пользоваться номограммой зависимости q от представленной на рис.2.2

Рис.2.2 Номограмма для определения безразмеоной температуры в сечении неограниченной пластины при

Если значение критерия Фурье велико, но не равно бесконечности, решение имеет вид:

(2.16)

Здесь (2.17)

где — корни характеристического уравнения

(2.18)

где Bi = aw/l — критерий Био.

Уравнение (2.18) имеет бесчисленное множество действительных положительных корней. Первые пять корней для различных значений критерия Био были вычислены Карслоу и Егером. Обычно на практике пользуются номограммами. Номограмма позволяющая определить безразмерную температуру при различных значениях критерях Био приведена на рис.2.3

Рис. 2.3 Номограмма для определения безразмерной температуры поверхности неограниченной пластины.

Ана­логичная номограмма, предназ­наченная для определения тем­пературы в центре пластины, при­ведена на рис.2.4.

Рис. 2.4 Номограмма для определения безразмерной температуры в середине неограниченной пластины

Смотрите также

Фосфор (Phosphorus), Р
В темной комнате или ночью на улице попробуйте сделать такой простой опыт. Не очень сильно, так, чтобы не загорелась спичка, чиркните ею по спичечной коробке. Вы заметите, что некоторое время на терке ...

Статистическая термодинамика
Термодинамическая система, коллектив и его состояния. Метод ансамблей. Энтропия и вероятность. Канонический ансамбль Гиббса. Каноническое распределение. Фактор Гиббса. Вероятности, свободная ...

Количественный анализ
...