TRANSFERUL DE CALDURA1.Notiuni generaleAnsamblul de consideratii care explica cantitativ si calitativ schimbul de caldura intre sistemele materiale se numeste transfer de caldura.Transferul de caldura se realizeaza prin radiatie, conductie sau convectie care intervin concomitent sau succesiv.Temperatura unui punct este o variabila a vectorului de pozitie in spatiu si timp.(1.1)Totalitatea temperaturilor care caracterizeaza sistemul studiat formeaza campul de temperatura care in regim stationar este constant sau nestationar, cand variaza in functie de timp.Locul geometric al punctelor de temperaturi egale formeaza o suprafata izoterma. In orice directie care intersecteaza o suprafata izoterma apar variatii de temperatura.Limita raportului intre diferenta de temperatura a doua suprafete izoterme si distanta pe normalele la suprafete cand aceasta tinde spre zero se numeste gradient de temperatura.;(1.2)Caldura transmisa in unitatea de timp se numeste debit de caldura Q sau flux termic, care poate fi definit ca limita raportului dintre cantitatea de caldura si timpul in care aceasta a fost transmisa cand timpul tinde spre zero.Transferul de caldura se realizeaza in unele cazuri intre doua sisteme prin intermediul unei suprafete de schimb de caldura. Fluxul termic unitar sau densitatea fluxului termicFse defineste ca fluxulDQ de caldura care trece prin elementul de suprafataDA si se masoara in N/m2.; (1.3)2.Transferul de caldura prin radiatieFiecare corp la orice temperatura emite si primeste radiatii. Corpurile fiind situate la distanta intre ele. Purtatoarele de energie radianta sunt undele electromagnetice situate in spectrul radiatiilor infrarosii cu lungimi de unda intre 7,610-7si 1110-6m cu propagare rectilinie polarizata.Din energia E ajunsa la un corp prin radiatie, o parte se reflecta (ER), o parte nu trece (ET) si alta este absorbita (EA) de acel corp. Deci :E = ER+ EA+ ET, (1.4)sau(1.5)in care- reprezinta coeficientii de absorbtie, reflexie si radiatie.PentrutT= 1 avem corpuri diatermane, iar pentrutT= 0 corpurile sunt atermane.Corpurile atermane sunt cuaR= 1 negrul absolut respectiv,rR= 1 reflecta total (alb absolut).Corpul cenusiu absoarbe partial energia radiata si auaA= const.Ecuatia lui Stefan-Boltzmann care precizeaza ca energia radiata de corpul negru absolut este proportionala cu puterea a 4-a a temperaturii T a acestuia se reda prin E0=s0T4in cares0 constanta de radiatie a corpului negru absolut (s0= 5,72 10-8W/m2K4).Pentru corpurile cenusii, legea Stefan-Boltzmann este redata prin:(1.6)in care constanta de radiatie a corpului cenusiu este Cu=eC0;e- coeficient de emisie.1.2.1.Schimbul de caldura intre doua corpuri solide separate de un mediu neabsorbantTransferul de caldura intre doua suprafete plane si paralele suficient de apropiate si extinse pentru a fi neglijabile pierderile de caldura marginale, si se exprima prin diferenta emisivitatilor lor efective:(1.7)Energia efectiva emisa de corpul 1 tinand seama de reflexia corpului 2,(1.8)respectiv energia emisa efectiv de corpul 2:,(1.9)obtinem astfel:(1.10)deci,(1.11)sau prin explicitare:(1.12)in caree1-2iar relatia de mai sus se poate scrie(1.13)unde C1-2este coeficientul redus de radiatie:(1.14)1.2.2.Efecte de ecranEcranele sunt suprafete intermediare intercalate intre suprafetele radianta si radiata care reduc prin absorbtie partiala a caldurii radiate.Daca ecranul atinge o temperatura Tp:(1.15)iar C1P= CP2= C12, rezulta Q1P= Q2P= 1/2 Q12;Caldura transmisa poate fi redusa si prin metoda combinata; utilizarea ecranelor si reducerea coeficientilor de emisie absorbtie prin revopsireasuprafetelor.1.3.Conductia caldurii1.3.1.Legile conductieiLegea lui Fourier, bazata pe al doilea principiu al termodinamicii, defineste transferul de caldura prin conductie.Relatia, arata ca drumul urmat de fluxul termic Q este cel mai scurt intre suprafetele izoterme invecinate A, determinat de gradientul de temperaturat/l.Coeficientul de conductivitateleste o caracteristica a fiecarei substante si variaza in functie de temperatura si de pozitia in spatiu. Ordinul de marime al conductivitatii termice pentru diferite substante in stari diferite de agregare, variaza intr-un domeniu larg de valori : (0,003 400) [W/mK].Materialele izolante termic aul t2si t1i> t2.Pe principiul prezentat pentru racirea fluidului din recipient se pot deduce relatiile pentru incalzirea fluidului respectiv.5