Тепловой поток через плоский слой (Btu IT·in/(h·ft²·°F); см²; ΔK; м)

Что именно находит этот расчёт

Разберите теплопроводность плоского однородного слоя по его толщине, площади, теплопроводности и температурному перепаду. Можно восстановить тепловой поток, теплопроводность, сопротивление или площадь.

Искомая величина записывается в Вт. Эта страница предназначена для конкретного сочетания входов: теплопроводность в Btu IT·in/(h·ft²·°F); площадь в см²; модуль изменения температуры в ΔK; толщина слоя в м. Подпись возле каждого поля является частью условия задачи. Меняя исходные измерения, сохраняйте их физический смысл и относите все параметры к одному образцу, участку или процессу.

Как подготовить измерения

Теплопроводность: выбранная единица — Btu IT-дюймы в час на квадратный фут и градус Фаренгейта (Btu IT·in/(h·ft²·°F)). Теплопроводность характеризует материал в выбранном состоянии. Она не равна общему коэффициенту теплопередачи многослойной конструкции. В демонстрационном наборе вводится 3,46673589926 Btu IT·in/(h·ft²·°F), что соответствует 0,5 Вт/(м·К). Значение примера иллюстрирует вычисление и не является нормой для материала, устройства или процесса.

Площадь: выбранная единица — квадратные сантиметры (см²). Используйте геометрическую площадь, относящуюся к формуле. Это может быть свободное сечение, перекрытие пластин или площадь материала. В демонстрационном наборе вводится 20 000 см², что соответствует 2 м². Значение примера иллюстрирует вычисление и не является нормой для материала, устройства или процесса.

Модуль изменения температуры: выбранная единица — Разность температур в кельвинах (ΔK). Введите величину изменения температуры, а не абсолютную температуру. Перевод разности между шкалами выполняется без прибавления смещения начала шкалы. В демонстрационном наборе вводится 10 ΔK, что соответствует 10 К. Значение примера иллюстрирует вычисление и не является нормой для материала, устройства или процесса.

Толщина слоя: выбранная единица — метры (м). Толщина измеряется вдоль пути теплового потока через плоский слой. Другие размеры слоя задают площадь, а не его толщину. В демонстрационном наборе вводится 0,1 м, что соответствует 0,1 м. Значение примера иллюстрирует вычисление и не является нормой для материала, устройства или процесса.

Уравнение и согласование единиц

Для одного плоского слоя P=λSΔT/h и полное тепловое сопротивление R=h/(λS). Здесь R выражается в К/Вт и зависит от всей площади; сопротивление единицы площади имеет другую размерность.

Используемое уравнение для этой неизвестной: P=λ×S×ΔT/h. До его применения каждый вход переводится в согласованную единицу. Для данного набора перевод выглядит так: Теплопроводность: 3,46673589926 Btu IT·in/(h·ft²·°F) × 0,144227888864 = 0,5 Вт/(м·К); Площадь: 20 000 см² × 0,0001 = 2 м²; Модуль изменения температуры: 10 ΔK × 1 = 10 К; Толщина слоя: 0,1 м × 1 = 0,1 м. Сначала выполните эти преобразования, затем подставляйте числа в уравнение. Итог уже имеет единицу Вт; дополнительный коэффициент выбранной входной единицы к нему не применяется.

Разбор численного примера

Теплопроводность = 3,46673589926 Btu IT·in/(h·ft²·°F); Площадь = 20 000 см²; Модуль изменения температуры = 10 ΔK; Толщина слоя = 0,1 м. После согласования единиц: P=λ×S×ΔT/h. Результат = 100 Вт.

Полный набор после перевода: Теплопроводность = 0,5 Вт/(м·К); Площадь = 2 м²; Модуль изменения температуры = 10 К; Толщина слоя = 0,1 м. Если проверяете этот пример вручную, сохраняйте коэффициенты без промежуточного округления и выполняйте операции в порядке уравнения. Полученный ответ 100 Вт относится к этому набору значений. В таблице меняется только первый вход, остальные остаются равными демонстрационным; это позволяет увидеть влияние одного параметра.

Как понимать итог

Более толстый слой при той же площади и теплопроводности имеет большее сопротивление. Увеличение площади снижает полное сопротивление и повышает тепловой поток. Ответ не подтверждает требования строительных норм или пригодность утепления.

Единица ответа Вт фиксирована для этой задачи, даже если входы записаны в других единицах. При смене единицы исходное число нужно пересчитать так, чтобы физическая величина сохранилась. Если переписать только название единицы без изменения числа, получится другая исходная задача и другой результат.

Область применения и границы

Модель стационарная и одномерная, материал однородный, а теплопроводность постоянна на интервале температур. Контактные сопротивления и конвекция на поверхностях не добавляются. Для нескольких слоёв нужно суммировать соответствующие сопротивления с одинаковой площадью.

В знаменателях находятся следующие входы: толщина слоя. Каждый из них должен быть строго больше нуля. Нулевое значение не является отсутствующим измерением: при делении на ноль неизвестная не определяется этой формулой. Остальные поля принимают неотрицательные модули.

Источник методики: DOE: heat-transfer handbook. Для задач, основанных на определении удельной величины, преобразование является алгеброй этого определения; документ BIPM поясняет единицы SI. Коэффициенты перевода проверяются по определениям единиц и справочнику NIST. Эти ссылки не задают свойства вашего материала: такие исходные параметры нужно измерить или взять из документации к своей системе.

Меняем теплопроводность, остальные входы сохраняем

Значения в таблице округлены для чтения. Для своей величины используйте калькулятор в начале страницы.