Hőmérséklet-vezetési tényező
A hődiffúziós tényező, közkeletű elnevezéssel: hőmérséklet-vezetési tényező (más elnevezés szerint hődiffuzivitás) anyagi állandó, amely a hőmérsékletnek térbeli és időbeli eloszlásának egyenlőtlenségéből származik, és a hőáram-sűrűség értékét befolyásolja. Ez a fizikai mennyiség a hővezetési tényezővel együtt alkalmas a hőáram, mint transzportjelenség leírására.
Értelmezése
szerkesztésKétfajta mennyiséget ismerünk azonos termodinamikai főhatás leírására. Mindkettőnél a hajtóerő (termodinamikai erő) a hőmérséklet-grádiens, és azonos az extenzív mennyiség is: a hőáram. Definíciós egyenleteikben ezért a hőáram-sűrűség szerepel (angolul: heat flux).
A hővezetésnél lineárisan értelmezzük a tér és az idő befolyását, a térnek arra a részére, ahol a hő áramlik (például egy hőátadó berendezés falára; merőlegesen).
Diffúziónál a Fick-törvények értelmében a tér és idő függvényében vizsgáljuk az anyagmennyiség-áramot, a Fourier-törvény értelmében ugyanilyen formában a hőáramot. Tekintettel arra, hogy a hőmérséklet intenzív mennyiség, ennek esetében áramlásáról értelmetlen beszélni. Ezért az angol hődiffuzivitás kifejezést magyarul célszerűbb hődiffúziós tényező néven nevezni (nem tévesztendő össze a termodiffúzióval; az ugyanis kereszteffektus).[1]
A hőmérséklet-vezetési tényezőt (hődiffúziós tényezőt) az alábbi összefüggéssel definiáljuk:
ahol Jq a hőáram-sűrűség és a hőmérséklet-grádiens.
Számítása:
ahol
- a a hőmérséklet-vezetési tényező, m²/s
- λ a hővezetési tényező, W/(m·K)
- ρ a sűrűség, kg/m³
- cp az állandó nyomáson vett fajlagos hőkapacitás, J/(kg·K)
A hővezetési tényező, mint anyagi jellemző stacioner (időben állandósult) viszonyok között jellemzi a hőáramlási viszonyokat. Az időben változó jelenségek leírására alkalmasabb a hőmérséklet-vezetési tényező.
A ciklikus hőmérsékletváltozások tér- és időbeli tovaterjedését – mint amilyen például a kültéri nappali és éjszakai hőmérsékletingadozás hatása a lakótérben – a hőmérséklet-vezetési tényezővel jellemezhetjük. A hőmérséklet tér- és időbeli eloszlása a Fourier-féle differenciálegyenlet
megoldása után számítható. A kifejezésben:
- t az idő, s
- x a távolság, m
- a Laplace-operátor.
A differenciálegyenletből azt olvashatjuk ki, hogy a hőmérsékletnek egy adott helyen megfigyelt időbeli változása a hőmérsékletnek a hely szerinti második differenciálhányadosával arányos, és az arányossági tényező a hőmérséklet-vezetési tényező.
A fentiekből következik, hogy a hővezetés grafikus megjelenítése egyenes; a diffúzió viszont görbe; hasonlatos a Gauss-hibafüggvényhez[2] (általában az idő függvényében szokás ábrázolni).
Anyagok hővezetési és hőmérséklet-vezetési tényezői
szerkesztés
|
|
Kapcsolódó szócikkek
szerkesztés- Hővezetés
- Transzportjelenség (lásd: effektus és kereszteffekrus közti különbség)
Jegyzetek
szerkesztés- ↑ Transzportfolyamatok, segédlet. [2016. március 5-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2014. április 7.)
- ↑ Diffúziós folyamatok modellezése Anyagtudományi folyamatszimuláció
Irodalom
szerkesztés- M. A. Mihejev: A hőátadás gyakorlati számításának alapjai, Tankönyvkiadó, 1990. (Ford.: Dr. Horváth Csaba) ISBN 963-18-3004-7 (II. fejezet: Áramlásos hőcsere, konvekció)