Prestup tepla

Prestup tepla je fyzikálny jav, pri ktorom dochádza na rozhraní dvoch látok s rôznou teplotou k preneseniu tepla z jednej látky do druhej. Ide o zvláštny prípad vedenia tepla.

Súčiniteľ prestupu tepla

Za ustáleného stavu je možné pozorovať rozdelenie teplôt podobné ako na obrázku, kde $\delta$ je šírka steny, $t_1$ je teplota látky pred stenou a $t_2$ je teplota látky za stenou, pričom $t_1 > t_2$. Na rozhraní kvapaliny a pevnej látky sa vytvára tzv. medzná vrstva, v ktorej docháza k prudkej zmene teploty, tzv. tepelný skok.

Množstvo tepla, ktoré prejde za čas $\tau$ plochou $S$ z látky o teplote $t_1$ do steny o teplote $t_1^\prime$ je možné vyjadriť tzv. Newtonovým vzťahom

$Q = \alpha S\tau (t_1-t_1^\prime)$,

kde konštanta úmernosti $\alpha$ sa nazýva koeficient (súčiniteľ) prestupu tepla, fyzikálny rozmer [W.m⁻².K⁻¹].

Pre hustotu tepelného toku platí

$q = \frac{Q}{S\tau} = \alpha(t_1-t_1^\prime)$

Hustota tepelného toku $q$ [W.m⁻²] je teda úmerná teplotnému rozdielu, tak ako v prípade vedenia tepla.

Koeficient (súčiniteľ) prestupu tepla $\alpha$ hrá pri posudzovaní prestupu tepla rozhraním veľkú úlohu.

Tento koeficient je závislý na celom rade veličin, ktoré sú charakteristické pre danú látku a daný stav prúdenia. Nejde teda o materiálovú konštantu (ako napr. tepelná vodivosť)

Napr. sa ukazuje, že na súčiniteľ prestupu tepla $\alpha$ má pri ustálenom turbulentnom prúdení kvapaliny dlhou hladkou rúrou vplyv priemer rúry $d$, rýchlosť prúdenia kvapaliny $v$, tepelná vodivosť kvapaliny $\lambda$, merná tepelná kapacita $c$, viskozita $\eta$ a hustota kvapaliny $\rho$, tzn. $\alpha = f(\lambda,d,v,c,\eta,\rho)$.

Hodnota súčiniteľa je obvykle určovaná experimentálne.

Prenikanie tepla

Prechod tepla stenou

Ak prechádza tepelný tok určitou prekážkou, hovorí sa o prenikaní tepla. Prenikanie (prechod) tepla je možné považovať za postupnosť prestupov.

Pri ustálenom prúdení rovinnou stenou platí

$q = \alpha_1(t_1-t_1^\prime) = \frac{\lambda}{\delta}(t_1^\prime-t_2^\prime) = \alpha_2(t_2^\prime-t_2)$,

kde $\lambda$ je tepelná vodivosť.

Tieto rovnice je možné upraviť do tvaru

$t_1-t_1^\prime = \frac{q}{\alpha_1}$

$t_1^\prime - t_2^\prime = \frac{q\delta}{\lambda}$

$t_2^\prime - t_2 = \frac{q}{\alpha_2}$

Sčítaním rovníc dostaneme

$t_1-t_2 = q\left(\frac{1}{\alpha_1}+\frac{\delta}{\lambda}+\frac{1}{\alpha_2}\right) = \frac{q}{k}$,

kde $k = \frac{1}{\alpha_1}+\frac{\delta}{\lambda}+\frac{1}{\alpha_2}$ predstavuje koeficient (súčiniteľ) prenikania (prechodu) tepla.

Pozri aj

• Vedenie tepla
• Termika

Zdroj

Tento článok je čiastočný alebo úplný preklad článku Přestup tepla na českej Wikipédii (číslo revízie nebolo určené).