1. فصل اول :
تعريف انتقال حرارت : حرارت به طور خود به خود از طرف زياد به طرف كم حركت مي كند .
روشهاي آن 1- هدايت 2- جابجايي 3- تشعشع مي باشد .
انتقال حرارت
هدايت
جابجايي
تشعشع
Conduction
Convection
Radiation
1- هدايت : هدايت اغلب در جامدات صورت مي گيرد و علت انتقال حرارت به وسيله هدايت ، مولكولهاي آزاد در جسم مي باشد مانند گرم شدن و يا سرد شدن يك تكه فلز همان انتقال حرارت مي باشد منظور از q q
ضخامت L=X A
A=Z*W

2. : قانون فوريه درجه حرارت زياد = انتقال حرارت هدايتي = q
براي پديده هدايت از فرمول فوريه استفاده مي كنيم تا مقدار انتقال حرارت از طريق هدايت را پيدا كنيم .
: قانون فوريه
درجه حرارت زياد =
انتقال حرارت هدايتي = q
درجه حرارت كم =
k= ضريب هدايتي
سطح = A
ضخامت = L = X
وات = W = q
L = m
A = m2

3. در بعضي از كتب درسي از فرمول فوريه به صورت ديگري استفاده مي شود .يا
مشتق x
بايد از معادله اصلي كه بر حسب
براي به دست آوردن
مي باشد نسبت به T
را به دست آوريم و بعد در معادله اصلي قرار دهيم .
گرفته شود تا

4. مثال 1- (كارشناسي ارشد 82-81 ):
در انتقال حرارت هميشه مثبت (+) است . چون به سمت واكنش خود به خود مي باشد . q q
حرارت
High
Tدرجه
Low
ضخامت x يا L
مثال 1- (كارشناسي ارشد ):
براي ازدياد انتقال حرارت به طريق هدايت به كدام َيك از موارد زير عمل مي َكنيم ؟
1) ازدياد سطح 2) كم كردن ضخامت
3) بالا بردن حرارت 4) همه موارد

5. مثال 2 :
و از طرف ديگر در دماي
از يك طرف در دماي
يك ورق مسي به ضخامت
3cm
از هر متر مربع براي اين ورقه مسي را به دست آوريد
مقدار انتقال حرارت
ثابت نگه داشته شده است .
اگر : مس k
است و با توجه به اينكه ما در مورد
برابر با
در كتاب اين كروپرا واحد
توضيح :
يعني در تفاضل نتيجه يكسان است .
تفاضل حرارت ها صحبت مي كنيم با هم فرقي نمي كنند .

6. = Heat flax = مثال 3 : 2cm قرار داده و شدت انتقال حرارت
در اختلاف حرارت
طرفين يك لايه چوب به ضخامت
( k چوب )
ضريب هدايت حرارتي چوب را محاسبه كنيد .
اندازه گيري شده است .
= Heat flax =
شدت
شار حرارتي يا
انتقال حرارت
L = 0.02 m
150 = k
k = 0.12
كم است .
رسانش از طريق هدايت بسيار
چوب خيلي كم مي باشد . k
نتيجه اينكه

7. Home work = = = = = m قرار گرفته است . w در يك حفره مكعبي به طول ضلعm
قرار گرفته است . w
در يك حفره مكعبي به طول ضلع
دردماي ذوب
يك قطعه يخي به جرم k
اگر دماي سطح بيروني جداره
ميباشد .
برابر با
(هدايت)
ضخامت جداره حفره ها و ضريب رسانايي
عبارتي براي زمان مورد نياز جهت ذوب كامل يخ بدست آوريد .
بيشتر از دماي ذوب باشد .
يخ داخل مكعب است = =
درجه حرارت بيرون
داخل = =
درجه حرارت داخل
ضخامت = L
بيرون
ضخامت
حرارت از طريق هدايت
حرارتي كه در داخل مي باشد بايد با حرارت بيرون برابر باشد .
يك حرارت از بيرون تامين مي شود . Kg =
هدايت
گرماي حاصل براي تبديل مايع

8. سطح A 2- جابجايي : انتقال حرارت جابجايي اتفاق
هر گاه بين سطح و سيال مجاور اختلاف درجه حرارت وجود داشته باشد
مي افتد مانند شكل زير يعني زماني كه يك سيال از روي سطح عبور مي كند .
سطح A
سطح A
سطح = A
درجه حرارت سيال =
انتقال حرارت از طريق جابجايي = q
درجه حرارت ديواره =
ضريب جابجايي = h
بيشترين سرعت =

9. SI قانون سرمايش نيوتن واحدهاي قانون سرمايش درآحاد انگليسي
واحد هاي قانون سرمايش در
A = ft2
A=m2
قانون سرمايش نيوتن

10. h h h = f قانون گرمايش نيوتن به عوامل زير بستگي دارد :
در قانون سرمايش نيوتن
1- جنس سيال يعني هوا باشد يا آب باشد
2- نحوه گرفتن جسم (كه عمودي يا افقي ويا مورب) h
3- سرعت سيال در جوشش خيلي زياد است
4- به شكل جسم بستگي دارد ( كروي ، تخت يا استوانه اي )
h = f
(شكل جسم ، سرعت سيال ، نحوه قرار گرفتن جسم ، جنس سيال)

11. سوال :
بخواهيم نوشابه را سرد كنيم آن را به صورت افقي در يخچال قرار مي دهيم ياعمودي ؟
( كدام بهتر است)
(سيال T - افقيq = hA( T
(سيال T - عموديq = hA( T
چون حرارت به نصف نوشابه از پائين وارد مي شودواز بالا حرارتي كم نمي شود. در حالت افقي پارامتر درفرمول دخالت دارد بنابراين واضح است كه عمودي افقي درحالت افقي حرارت بنابراين نوشابه درحالت افقي حرارت بيشتري از دست مي دهد .

12. حال در رابطه با اين نوع جابجايي و روابط مربوط به آنها بحث مي كنيم .
(HEAT TRANSFER)
جابجايي اجباري Force Convection 1.
جابجايي آزاد Free Convection2.
حال در رابطه با اين نوع جابجايي و روابط مربوط به آنها بحث مي كنيم .
جابجايي اجباري : زماني اتفاق مي افتد كه يك عامل خارجي مانند پمپ و يا فن در حركت سيال تاثير داشته باشد در اين حالت سرعت سيال افزايش مي يابد و در نتيجه انتقال حرارت افزايش داده مي شود .

13. جابجايي آزاد : در جابجايي آزاد هيچ عامل خارجي وجود ندارد و حركت سيال فقط در اثر تاثير دانسيته مي باشد مانند حركت هوا از روي سطح شوفاژ . مثال براي جابجايي اجباري زماني است مانند حركت آب از داخل يك لوله با استفاده از يك پمپ در جابجايي آزاد سرعت سيال بسيار كم مي باشد . بنابراين باتوجه به رابطه زير مقدار انتقال حرارت بسيار كم مي باشد .
قانون سرمايش نيوتن
يك نوع جابجايي ديگر نيز داريم كه به آن جابجايي يا تغيير فاز گفته ميشود كه تغيير فاز يعني تبديل مايع به بخار كه به اين حالت تبخير يا جوشش گفته مي شود و حالت بر عكس آن تبديل بخار به مايع كه به آن ميعان گفته مي شود . براي به دست آوردن ضريب انتقال حرارت از جدول زير استفاده مي شود .
(Boiling)
(condensation)

14. جابجايي با تغيير فاز جوش و ميعان
حدود مقادير ضريب انتقال گرماي جابجايي
نوع فرآيند
جابجايي آزاد
گازها
25 – 2
مايعات
1000 – 50
جابجايي اجباري
250 – 25
20000 – 50
جابجايي با تغيير فاز جوش و ميعان h h

15. 3-تشعشع: مقدار حرارت از طريق تشعشع = ضريب انتشار = سطح = A
همه اجسام به خاطر دمايشان از خود انرژي منتشر مي كنند پديده را تشعشع حرارتي و يا تابش حرارتي مي گوييم براي به دست آوردن مقدار تشعشع از رابطه زير كه به رابطه استفان بولتون مشهور است استفاده مي كنيم .
مقدار حرارت از طريق تشعشع =
ضريب انتشار =
(0 1)
سطح = A
درجه حرارت = T

16. A=m2 A = ft2 واحد هاي قانون استفان بولترمن در به شرح زير ميباشد :
واحد هاي قانون استفان بولترمن در به شرح زير ميباشد : SI
q = W
بدون بعد =
A=m2
T = كلوين
واحدهاي قانون استفان بولترمن در آحاد انگليسي :
A = ft2
T = R

17. حرارت ساطع شده از صفحه 1 به 2
همه اجسام داراي تشعشع مي باشند . براي اجسامي كه صد در صد تشعشع داشته باشند و هيچ نوري را منعكس نكنند يعني هر مقدار انرژي به آن وارد مي شود . جذب و يا تمام انرژي خود را صادر كنند به اين اجسام اجسام سياه يا گفته مي شود . براي اجسام سياه است و براي اجسام غير سياه يا واقعي يا خاكستري مي باشد . زماني كه جسم هيچ تشعشعي از خود نداشته باشد آنگاه
Black Body
تشعشع براي دو جسم :
اگر دو جسم مطابق شكل در حال تشعشع باشند
حرارت ساطع شده از صفحه 1 به 2
ضريب انتشار صفحه 1=
SIدر
A1 = سطح صفحه 1

18. درجه حرارت صفحه 1 بر حسب كلوين
مقدار تشعشع ساطع شده از صفحه 1 كه بر صفحه 2 مي رسد و مقدار آن بين صفر و يك مي باشد .
درجه حرارت صفحه 1 بر حسب كلوين
درجه حرارت صفحه 2 بر حسب كلوين
ضريب ديد
)Shape factor(
ضريب ديد :
سوال : در چه حالت مقدار برابر با مقدار ماكزيمم خود يعني 1 خواهد بود ؟
1- ضخامت بي نهايت بزرگ باشد .
فاصله صفحات كم باشد . 2-

19. مثال :
در صفحه بي نهايت بزرگ با درجه حرارت 800 و 300 در جه سانتيگراد در حال تشعشع مي باشد . مقدار انتقال حرارت را به واحد سطح محاسبه نماييد ، اگر صفحات سياه فرض شوند .
جسم سياه فرض شده

20. جابجايي و تشعشع از يك صفحه :
فرض كنيم كه يك جريان الكتريسيته از داخل يك صفحه عبور مي كند ، بنابراين ، بيشترين درجه حرارت در مركز صفحه خواهد بود كه آنرا مي ناميم . اين صفحه حرارت خود را از طريق جابجايي تشعشع و هدايت به محيط از دست مي دهد مطابق شكل :
تشعشع
جابجايي
هدايت
جريان الكتريسيته
يك صفحه داغ كه حرارت خود را از دست ميدهد
= بيشترين درجه حرارت در مركز صفحه
درجه حرارت محيط نزديك به صفحه L
ضخامت از مركز صفحه
درجه حرارت صفحه

21. تشعشع + جابجايي + هدايت = حرارت داخل صفحه
حرارت تلف شده از صفحه از سه طريق هدايت ، جابجايي و تشعشع مي باشد كه عامل هدايت كم مي باشد چون مقدار هوا بسيار كم است . k
تشعشع + جابجايي + هدايت = حرارت داخل صفحه
درجه حرارت مركز صفحه داغ =
درجه حرارت سيال =
درجه حرارت صفحه =
درجه حرارت محيط =

22. qtotal = qconvection + qradiation + qconduction
مثال : يك لوله فولادي به قطر با درجه حرارت در اتاق بزرگي قرار دارد كه در آنجا درجه حرارت محيط و هوا برابر با است . اگر ضريب انتشار فولاد برابر با باشد ، افت انتقال حرارت در لوله را به ازاء واحد طول به دست آوريد .
5cm
0.8
تشعشع
جابجايي
h = 6.5
qtotal = qconvection + qradiation + qconduction
qconvection = hA(Tw – T(
= h
qradiation =
= 6.5 * 3.14 *5 * 10-2 ( 50 – 20 ) = w/m
=0.8 * 5.67*10-8 *
* 5 * 10-2[(323)4–(293)4]=25.04w/m

23. = = w/m
H.W.2
2cm
صفحه اي راديو اكتيو از فولاد كربن دار به ضخامت از مركز صفحه ساخته شده است ، ابعاد صفحه برابر با مي باشد و هوا در و درجه حرارت صفحه است . اگر حرارت به واسطه تشعشع از صفحه خارج شود ، درجه حرارت مركز اين صفحه داغ را به دست آوريد .
245 25
50cm و 75cm
310w
k = 403 w/m
h = 25 w/m2C
جواب : Tcenter =

24. ضريب پخش فلزات مختلف ضريب پخش براي عايق ها فلزات ضريب پخش فلزات
Alآلومينيوم
Polished
0.04
Oxide
0.2
Cuمس
0.02
0.03
leadسرب
0.78
فلزات
ضريب پخش
Nickel
polished
0.07
oxide
0.3
Iron
0.14
0.5
عايق
پنبه نسوز
Asbestas
0.96
آجر
Brick
0.93
سراميك
Concrete tile
0.63
شيشه هاي پيركس
Glass pyrex
0.95
پلاستيك
Rubber
ضريب پخش براي عايق ها

25. + + = مقايسه انتقال گرما با ترموديناميك
ترموديناميك با تبادل گرما و نقش مهم آن در قانون اول و دوم سر و كار دارد . ولي نه با مكانيزم انتقال حرارت و همچنين در ترموديناميك به روشهاي محاسبه نرخ انتقال گرما علاقه مند نيستيم ولي كلا مي توان قوانين ترموديناميك را به قوانين انتقال حرارت مرتبط ساخت مانند شكل زير:
=مقدار انرژي داخل سيستم
مقدار انرژي توليد شده در داخل سيستم =
بر طبق قانون بقاي انرژي
Energy inside = Energy outside
g = generate توليد شده
مقدار انرژي ذخيره شده = st = store
مقدار انرژي خروجي = =

26. قانون بقاي انرژي =
پايان فصل اول