رفتن به مطلب

ارسال های توصیه شده

[h=1]حالت عام روش ظرفیت حرارتی کل[/h] در حالت عام عوامل دیگری بغیر از شرط مرزِِِِِِِ ی نیز در تغییر وضعیت حرارتی جسم مؤثرند.

مطابق شکل زیر:

F4-3.jpg

انتقال حرارت از یک جسم برای بیان روش عام ظرفیت حرارت کل

 

 

 

 

 

داریم:

08d273c4997d4bab5aede94313469c27.png

cb9c02f999770d3670a0973981e28df6.png

این معادله در حالت کلی حل تحلیلی ندارد .اما در حالات ساده تر زیر قابل حل تحلیلی می باشد.

1)فقط 1c44f267e9f86724224cbe738a61d0d5.png مؤثر باشد:

2951b6cd58b0426da57b6ac8af42c823.png

 

 

8daf43216c7c18105ca3d258a00cb832.png

 

 

066a5ffadc9d6feb8df9c24fe657a5cf.png

 

در حالت 53a85db14ccec4beb766937babea75b1.png (تشعشع به فضا)مستقیمآ از معادله ی انتگرالی داریم:

d040732b10c7c1f90032a1345a12cc3e.png

در حالتی که تشعشع از جسم قابل صرف نظر کردن باشد داریم:

304d8792784feb03362cafcd803e8ad8.png

با قرار دادن eac37fc73f3140033cff71d028c82eaf.png وe8ffeb08fec2a9cc940bec79ac74a6f1.png داریم:

04f93b372042bfa19abdbdc799e2f290.png

که در آن94dc11ae6b30ab2d6767d21bdeec226a.png و 2295dc2766471845669ca707652545b4.png

 

حل این معادله با جمع حل همگن و حل اختصاصی آن به دست می آید. اما روش دیگر تبدیل آن به یک معادله ی همگن مطابق با روش زیر می باشد:

1f876e22464bda5bc0439c06071eb115.png

 

 

751ef0aa49ab2c87cfa6e4253cf2947f.png

و یا 0a68763c9aac74abb03ee2413526cd76.png

جواب عمومی:90cd667acd0ca39cff6f13600f6240b7.png جواب اختصاصی:df36adb303fb3f987c8d00ced0502706.png

  • Like 1
لینک به دیدگاه
  • پاسخ 48
  • ایجاد شد
  • آخرین پاسخ

بهترین ارسال کنندگان این موضوع

بهترین ارسال کنندگان این موضوع

[h=1]اثرات مکانی در مسایل انتقال حرارت هدایتی گذرا[/h] روش L.C. بر این فرض استوار است که دمای جسم به صورت یکنواخت در حجم جسم باشد. اما در بسیاری از مسایل گذرا توزیع دما در جسم یکنواخت نبوده و داریم:

4c7f359f5fdd06b2f4930331eec5498c.png

معادله ی کلی در این شرایط معادله ی کلی انتقال حرارت می‌باشد که ترمهای زمانی و مکانی با هم وجود دارند(معادلات فصل 2 : مثلآ 5fe1e79ff9a1e823e36e52675efe933d.png)

در این شرایط معادله ی P.D.E انتقال حرارت بایستی حل شود.

یکی از حالات ساده ی هدایت گذرای یک بعدی در دیواره ی ساده می باشد.

F4-6.jpg

انتقال حرارت گذرا از دیواره ساده

 

 

 

 

 

در این حالت معادله ی انتقال حرارت به صورت زیر در می آید:

711830183ecda9637a18bf3b49f292b6.png

 

 

5e660249fd51a1df851f5ea0f5c7d617.png

در دیواره ی ساده شرایط مرزی و اولیه عبارتند از :

(توجه شود که برای حل به 2 شرط مرزی ویک شرط اولیه نیاز داریم)

 

 

5a4e1ea70e2c164a0b7ed1e0414ad2f8.png

 

 

04e526d71b8dfc8e4bc9da87ee57ff94.png

در x=L f173a38595b02c1ca26a4e61832e9174.png

انتظار می‌رود که c1fddce166d3609ce7991f77f5eac8fa.png باشد.

برای رسیدن به یک جواب عمومی تر که قابل استفاده برای حالات مختلف باشد این معادله و شرایط مرزی اولیه را بدون بعد می کنیم:

تعاریف زیر را در نظر می گیریم:

b72c6dc1f96c03dc775ba12d666fd873.png

e284b226d17c71db3215bb6e34f03db8.png

عدد فوریه 1af4a5d8d653d2503a445ed58e3926ec.png

با استفاده از این تعاریف داریم:

0edd984fb410b69ea2297a9cdeef6013.png

 

 

6f726f2c3424bc37364ffc70bf28abba.png

درb91dab782c3ca235ce4b8a9bc950e8f3.png7d096e9fd1b288e3b0264361c96dd652.png

در 9459c0f445777cf64251e45811fb9ed1.png7c46af65532f11d914810e921f062e5f.png

در این شرایط 3b3a869455728f4c11cc2427b9799b4f.png

برای سادگی از فرم بدون بعد استفاده می شود.

  • Like 1
لینک به دیدگاه

[h=1]انتقال حرارت هدایتی گذرا از دیواره ساده با شرط مرزی جابجایی[/h] معادله ی انرژی در این مورد (انتقال حرارت یک بعدی و گذرا) را می توان با استفاده از متد جداسازی متغیرها (sepration of variables) بصورت تحلیلی حل کرد.

حل تحلیلی (دقیق)

 

 

F4-6.jpg

انتقال حرارت گذرا از دیواره ساده

 

 

 

 

 

معادله ی حاکم بصورت زیر میباشد:

29a26cb49107595fc47fd76720c6414c.png

حل دقیق این معادله عبارت است از:

a7d5c32b0103732c2ab4dff1a3b00f99.png

که در آن:

f3317efb9c482f0fe92bd33921c385ba.png

 

و مقدار 20054aa04e9478206dd86b885b102b45.png از معادله ی برگشتی (.transendental eq) بدست می آید: (ریشه های مثبت)

 

 

8034f4762e866334b3a2574bcbaf0191.png

 

(4 ریشه ی اول این معادله در جداول آخر کتاب داده شده است)

 

حل تقریبی:

برای 28fe8faf5272e7466cfa0f792b0170f4.png می توان نشان داد که مقدار 473d3f252208180750fa2d66d90cc4ad.png را می توان با تقریب بسیار خوب برابر فقط ترم اول سری داده شده در نظر گرفت یعنی:

 

 

ad5c1b31eff2618a2d2fb61007b959f8.png

و یا:

d01f35e259ebe1fa94661f3dbb561de9.png

 

که در آن:

1f5efd235bc8c61662906791b9e875c0.png

دقت فرمایید که بستگی 473d3f252208180750fa2d66d90cc4ad.png به زمان در تمامی 2a674208fd5955675ffd3a01d12ce1b3.png یکسان می باشد.

 

میزان کل حرارت انتقالی

برای محاسبه ی حرارت انتقالی از t=0 تا t داریم:

dbb46db67649c63aa619aded11ce58f3.png

 

 

87548ff59291321662fd2abe7ec70004.png

 

با تعریف:

 

 

312684d8d377640e08df2de9d9b50a7e.png

 

داریم:

 

 

e25fd153877abc8d33393a83237f5b15.png

 

با قرار دادن حل تقریبی 473d3f252208180750fa2d66d90cc4ad.png در این انتگرال خواهیم داشت:

d5db054247586adc013014393fb54622.png

  • Like 2
لینک به دیدگاه

[h=1]منحنی های هایسلر و گروبر[/h] حل های تقریبی را هایسلر و گروبر بصورت منحنی ارایه داده اند. با استفاده از این منحنی ها می توان مقادیر 18d3d6ba215fc0368816a8400ddf0919.png را بدست آورد.

 

 

 

 

650px-F4-7.jpg

 

 

 

 

 

500px-F4-8.jpg

 

 

 

 

 

600px-F4-9.jpg

 

 

138a9521a174d1392b88bdc8bdd77b4a.png

  • Like 2
لینک به دیدگاه

[h=1]انتقال حرارت هدایتی یک بعدی گذرا در استوانه بلند[/h] شرط استوانه ی بلند: d522ed8a78eda03e2b4157b2423f6c4a.png

F4-10.jpg

انتقال حرارت گذرا از استوانه بلند

 

 

 

 

 

5eeda2bd5b204b077fc80c9d7c240d5a.png

 

 

d36b8615417c3b6aff55aa89abcb39b6.png

 

 

ed57267a48f7cbe562d739eb0d0f6768.png

 

 

b9ac384240cb9921d31ed7570e2329c8.png

 

ed07b837b68b6830a014e69506ab488a.png و 908936257dbdb16af10c18fca296bb6c.png توابع بسل نوع اول (Bessel) می باشند (به جدول ضمیمه کتاب مراجعه شود) حل تقریبی مانند حل دیواره ی ساده از ترم سری فوق استفاده می نماید و همچنین حل تقریبی بصورت گرافیکی نیز وجود دارد.

 

 

 

 

418.jpg

دما در خط مرکزی به صورت تابعی از زمان برای استوانه ی نامتناهی به شعاعro

 

 

 

 

 

 

414.jpg

توزیع دما در استوانه ی نا متناهی به شعاعro

 

 

 

 

 

 

415.jpg

تغییر انرژی داخلی به صورت تابعی از زمان در استوانه ی نامتناهی به شعاعro

  • Like 3
لینک به دیدگاه

[h=1]انتقال حرارت هدایتی گذرا در کره[/h]

F4-10.jpg

انتقال حرارت گذرا در کره

 

 

 

 

 

db945e0c9c91be1b96d1055d4cc672b5.png

 

 

75f2805aac4d8fafbf6859e73bc520be.png

 

 

395e120972571e356c74adb9f5ae0f91.png

 

 

9ccdc48a55558a4e3eeb5d03feac10ec.png

 

 

416.jpg

دمای مرکزی به صورت تابعی از زمان در کره به شعاعro

 

 

 

 

 

 

421.jpg

توزیع دما در کره به شعاعro

 

 

 

 

 

422.jpg

تغییر انرژی داخلی به صورت تابعی از زمان برای کره به شعاعro

  • Like 2
لینک به دیدگاه

[h=1]هدایت گذرا در نیم صفحه بینهایت[/h] مثال:

 

  • انتقال حرارت به لایه های زمین
  • مراحل اولیه ی انتقال حرارت به دیواره های ضخیم که هنوز حرارت سطح به مغز دیواره نفوذ نکرده است

با فرض انتقال حرارت گذرای یک بعدی معادله توزیع دما بصورت زیر میباشد:

711830183ecda9637a18bf3b49f292b6.png

شرط مرزی در دور دست با فرض نیمه بینهایت بودن جسم از یکطرف: 756f62f5236cb3405a6666abef9be521.png

شرط اولیه:5a4e1ea70e2c164a0b7ed1e0414ad2f8.png

این مسئله را برای سه شرط مرزی در سطح جسم حل نموده اند.

 

  • شرط مرزی اول: دمای سطح معلوم

F4-11.jpg

انتقال حرارت گذرا در دیواره نیمه بینهایت با شرط مرزی دما معلوم در سطح دیواره.

 

 

 

 

 

  • شرط مرزی دوم: شار حرارتی معلوم

F4-12.jpg

انتقال حرارت گذرا در دیواره نیمه بینهایت با شرط مرزی شار حرارتی معلوم در سطح دیواره.

 

 

 

 

 

  • شرط مرزی سوم: انتقال حرارت جابجایی در سطح

F4-13.jpg

انتقال حرارت گذرا در دیواره نیمه بینهایت با شرط مرزی انتقال حرارت جابجایی در سطح دیواره.

 

 

 

 

به تغییرات دما با زمان در اشکال بالا توجه فرمایید. خصوصا به چگونگی تغییرات دمای سطح دیواره و گرادیان منحنی دما در سطح دقت شود.

در این قسمت حل تحلیلی حالتهای فوق ارایه میشود.

حالت اول:d732e9ded58a6b0e9bbd6766ba48f485.png

73d5e1757dbe26c08e572973d325bfcc.png

 

 

cce3be03fd7a4cffc63913cc12e494e5.png

کهac480a21ddfad4105cbce60a100f838e.png به تابع خطا (error function) نامیده می شود و

 

 

3cb5e7a16d77278bff579c89e7e40cff.png

 

مقادیر 79ebb811fcccda71151cb96c382afcc5.pngرا می توان از جداول آخر کتاب به دست آورد.

 

حالت دوم:

 

 

a38be701ed377a4b1f57679b4fb722b3.png

 

 

da9726372d891832fa7bd7dff0b9f414.png

 

که 1c48373ad5a16618dd65785649eb67b3.png (complementary error function) نامیده می شود.

حالت سوم:

751165147e9457e7b619e932b16f3024.png

 

 

35794410d88d66853649d40565f1ca91.png

هدایت گذرا پس از اتصال دو صفحه ی نیمه بی نهایت

از مقاومت تماسی صرف نظر می شود.

F4-15.jpg

انتقال حرارت گذرا در دو دیواره نیمه بینهایتپس از تماس.

 

 

 

بعد از تماس دمای سطح تماس 77fd7455c0e123e2e82af47e744053ae.png خواهد ماند (توضیح!)

داریم:

 

 

25d08a294c157ad3ddd3fc2ec95d9500.png

 

 

206b7942bca7d485ce4e1da31e48d8e1.png

(به تغییر علامت توجه شود)

 

20499b5c89314684ef2e053c41627c31.png

  • Like 2
لینک به دیدگاه

[h=1]هدایت گذرای چند بعدی[/h] هدایت گذرای چند بعدی (اثرات چند بعدی بودن انتقال حرارت) در بسیاری از مسایل عملی فرض یک بعدی بودن انتقال حرارت معتبر نبوده و دمای جسم به صورت تابعی از دو یا سه مختصه ی مکانی تغییر می نماید . به عنوان مثال انتقال حرارت گذرا در یک استوانه ی با طول نه چندان بزرگتر از قطر آن معادله ی انتقال حرارت به صورت زیر در می آید .

F4-16.jpg

انتقال حرارت گذرا در استوانه با طول محدود

 

 

 

 

 

b01057a5f4855ed4a81653e41ff89e72.png

 

که مشخصا fb60baa73b756775f8439512679a5ea4.png

گرچه می توان معادله ی فوق را به روش جدا سازی متغیر ها حل نمود ، اما نتایج نشان می‌دهد که می توان جواب را به صورت حاصل ضرب حالت های یک بعدی نمایش داد . به عنوان مثال حل توزیع دما در استوانه ی محدود برابر می شود با حل یک بعدی در دیواره ی ساده ضربدر حل یک بعدی در استوانه ی طویل یعنی :

F4-17.jpg

حل انتقال حرارت گذرا در استوانه با طول محدود

 

 

 

 

 

Salam.jpg

  • Like 3
لینک به دیدگاه
  • 2 سال بعد...

×
×
  • اضافه کردن...