スラブを通る熱伝導

スラブと壁を介した熱伝導の応用は、最近の技術開発に大きく貢献しています。また、熱シミュレーションの定式化と実行を可能にする重要な現象と見なすこともできます。いくつかの要因が精度に影響を与えますが、熱の流れを計算する方法の効率を理解することが重要です。

スラブを介した熱伝導

主題を参照して、スラブを通る熱伝導を理解しましょう。ご存知のように、熱伝達率は、熱伝導率で定義される材料の特性に依存します。含まれる要因は、多くの場合、一般に実験から推定される単純な方程式に要約されます。

しかし、微視的なスケールでは、近くの粒子と接触する原子や分子が振動したり動いたりすることで、熱伝達が急速に起こり、運動エネルギーの一部が伝達されます。熱伝導のアプリケーションに対する微分アプローチは、数値解を表す方法の 1 つです。これらは、熱伝導がスラブを介して発生する場合により関連します。

熱伝導の電気的アナロジー

固体の場合の熱の伝導は、電気伝導体の場合の電気の伝導とまったく同じです。導体の場合、電位差が主に電気の流れを駆動します。同じ類推が、温度差によって大きく左右される熱の流れの場合にも当てはまります。

電気伝導では、電子の動きによって電荷が導体内のある点から別の点に移動することが可能になります。さらに、分子の振動と熱伝導の場合のエネルギーの増加により、熱はある固体から別の固体に輸送されます。このような場合、熱伝導はフーリエの法則によって規制されます。

この法則は、媒体の 2 点間の熱伝達率 (Q) が、 2 点間の温度差 (T1-T2) を距離 (Δx) と熱流方向に垂直な面積 (A) で割った値。

数学的には、Q =kA ( T1 – T2 )/Δx として表されます

ここで、Q =熱伝達率、k =材料の熱伝導率.

有限の単層スラブによる熱伝導

スラブを介した熱伝導で最初に考えられるケースは、1 層のスラブに適用できます。この場合、計算のためにいくつかの任意の定数が保持されます。ここでは、分析温度関数ではなく、サンプル値とその離散時間インスタンスのみが適用されます。

半有限の 1 層スラブによる熱伝導

方程式 Q =kA ( T1 – T2 )/Δx は、熱伝導のユース ケースにも適用できます。半有限領域で。ただし、x が無限大に適用されるため、解が有界であることを確認することが重要です。その結果、可能な双曲線関数は指数関数に縮小されます。

これらは最初のカテゴリの修正関数と密接に関連していますが、3 番目のカテゴリの修正関数も指数関数の記述に使用できます。

多層スラブによる熱伝導

壁の両側の熱流量と温度の関係は、伝達関数として機能する 2 ポート パラメータによって記述されます。これらのパラメーターは、入力と出力のみがアクセスできる領域であるスラブを担当します。

ただし、2 ポート パラメータを使用すると、特に多層壁の場合に、伝達関数を簡単に表すことができます。したがって、多層スラブを通る熱伝達が正しい方法を使用して計算されるようにすることが重要です。

結論

結論として、スラブを介した熱伝導は、一般的に知られている熱伝導方法の 1 つと言えます。このプロセスでは、発生した熱は、通常 x で示される距離をカバーするため、スラブの両側に向かって均等に伝達されます。この量は、スラブの中心から x 方向に沿って測定されます。プロセス全体を通して、スラブの両側の温度は一定のままであり、T1 で表されますが、同じ量の熱が中央からスラブのさまざまな側面に向かって流れます。