Учебнометодическое пособие Волгоград 2016
 Скачать 0.92 Mb.
|
|
6 Основные понятия и определения, используемые в расчетах тепловых процессов при сварке Температура характеризует степень нагретости тела и представляет собой одну из важнейших тепловых величин. В шкале Кельвина нижней границей температурного промежутка служит точка абсолютного куля. Абсолютная температура выражается в Кельвинах (1 К = С. Температура таяния льда соответствует 273,16 К. Всякое физическое явление, в том числе и процесс теплопередачи происходит в пространстве и времени, поэтому задача исследования тепловых процессов в сварке сводится к изучению пространствен- но-временного изменения основной физической величины – температуры, то есть нахождения зависимости ?????? = ??????(??????, ??????, ??????, ??????), (1) где x, y, z, пространственные координаты в декартовой системе, t – время. Совокупность мгновенных значений температуры во всех точках тела называется температурным полем. Нестационарным температурным полем называется такое поле, температура которого изменяется не только в пространстве, но истечением времени. Стационарным температурным полем называется такое поле, температура которого в любой его точке не изменяется во времени, те. является функцией только координат ?????? = ??????(??????, ??????, ??????), ∂??????/ ∂?????? = 0. (2) В некоторых задачах нестационарное температурное поле переходит асимптотически в стационарное, когда t → ∞. Температурное поле, соответствующее уравнению (1) или (2), является пространственным (трехмерным, так как Тесть функция трех координат. Если температура есть функция двух координат, тополе называется двухмерным Если же температура есть функция одной координаты, тополе называется одномерным ?????? = ??????(??????, ??????), ∂??????/ ∂?????? = 0, ∂??????/ ∂?????? = 0. (3) 7 Примером одномерного температурного поля может служить поле неограниченной пластины (пластина, ширина и длина которой очень велики по сравнению с толщиной) при распространении тепла перпендикулярно к ее поверхности. Если точки поля, имеющие одинаковую температуру, соединить, то получим изотермическую поверхность. Пересечение изотермической поверхности плоскостью дает на этой плоскости семейство изотерм (линии, соответствующие одинаковой температуре. Изотермической поверхностью или изотермической линией называется геометрическое место точек тела, имеющих одинаковую температуру. От точки к точке температура тела может изменяться. Изменение температуры в направлении SS на длине бесконечно малого отрезка dS называется градиентом температуры в рассматриваемой точке поданному направлению) Градиент температуры в точке максимален по направлению нормали nn к изотерме (риса б Рис. 1. Изображение температурного поля изотермами а – изменение температуры по направлению SS; б – касательная tt по нормали nn к изотерме S S T 2 T 1 ΔS S S ΔT t t dF n n 8 Скорость изменения температуры в данной точке поля с координатами в данный момент времени t 0 выражается частной производной от температуры повремени. Количество теплоты Q измеряется в джоулях (Дж. Одна международная калория равна 4,1868 Дж. Удельное количество теплоты (теплосодержание) h выражает количество теплоты, сообщенное телу массой 1 г, при нагреве его от температуры Т до температуры Т. При технических расчетах теплосодержание тела отсчитывают обычно от нормальной температуры (293 Ка не от абсолютного нуля. Вне критических точек теплосодержание в металлах с ростом температуры возрастает монотонно. В критических точках, соответствующих аллотропическими фазовым превращениям, происходящим с поглощением или выделением теплоты, оно изменяется скачкообразно. Удельная теплота фазового превращения l определяется, как количество теплоты, поглощаемой или выделяемой единицей массы материала при изотермическом процессе фазового превращения. Истинная удельная массовая теплоемкость c есть количество теплоты, необходимое для изменения на один кельвин температуры единицы массы тела. В расчетах часто используют среднюю удельную массовой теплоемкостью в данном интервале температур от Т до Т ?????? ?????? = (ℎ 2 − ℎ 1 ) (?????? 2 − ?????? 1 ) ⁄ (5) В расчетах может использоваться истинная Си средняя С удельная объемная теплоемкость, которая связана с массовой удельной теплоемкостью следующими соотношениями С = с С = с, (6) где ρ – плотность тела в нормальных физических условиях. |