Modelowanie i symulacja właściwości termicznych biomateriałów

4. Przewodnictwo cieplneWymiana ciepła oraz przewodnictwo cieplne występuje w każdym procesie w przyrodziegdzie tylko występuje różnica temperatur. Jest również bardzo ważnym czynnikiem izjawiskiem powszechnym w naukach oraz technice. Zdolność obliczania wymiany ciepłaoraz maksymalnego ciepła jakie występuje w maszynach, procesach, silnikach, energetycecieplnej, budownictwie czy przemyśle spożywczym ma bardzo duże znaczenie w zakresieprojektowania wyżej wymienionych czynników. Pierwszym pojęciem które pojawia nam sięw przewodnictwie cieplnym jest przenoszenie ciepła – czyli działanie otoczenia na układzamknięty, które nie mogą być zaliczone do różnego rodzaju prac a sposób w jakiprzekazywane jest to ciepło nazywamy wymianą ciepła. Jeżeli natomiast zjawisko wymianyciepła zmienia się w miarę upływu czasu występuje nieustalona wymiana ciepła, a jeżeliwymiana nie zmienia się w czasie występuje ustalona wymiana ciepła. Aby zagłębiać się wdefinicje wymiany ciepła koniecznie musimy znać pojęcie pola temperatury. Jest to zbiórwartości temperatury we wszystkich punktach rozpatrywanego ciała w danej chwili.Pole temperatury T to zależność temperatury od współrzędnych przestrzeni. Wprzypadku gdy wymiana ciepła jest ustalona to pole temperatury nie zmienia się w czasie itemperatura jest tylko funkcją współrzędnych przestrzeni.(4.1)(4.2)W wymianie ciepła, ciepło Q [kJ] jest wielkością skalarną mimo tego, że mówimy oprzepływie kierunkowym ciepła czyli od wyższej temperatury do niższej. Stosunek ilościciepła Q do czasu trwania tej wymiany nazywamy strumieniem ciepła.(4.3)Strumień ciepła podobnie jak ciepło jest wielkością skalarną, gdy odniesiemy strumieńciepła do jednostki pola powierzchni A, która jest ściśle zorientowana w przestrzeniotrzymamy wektor który nazywany jest gęstością strumienia ciepła. Jest to wektorprostopadły do powierzchni izotermicznej skierowany zgodnie ze spadkiem temperatury.(4.4)Przewodzeniem ciepła nazywamy przekazywanie energii wewnętrznej międzybezpośrednio stykającymi się częściami jednego ciała lub różnych ciał. W cieczach energia taprzekazywana jest energia kinetyczna atomów i cząsteczek a w ciałach stałych energia drgańatomów w sieci krystalicznej i ruchu swobodnych elektronów. Przewodzenie ciepła wcieczach połączone jest zazwyczaj z konwekcją. Jest to ruch makroskopowych części płynu oróżnych temperaturach. Wyróżniamy dwa rodzaje konwekcji: wymuszoną oraz swobodną. Wkonwekcji swobodnej występuje naturalny ruch płynu wywołany różnicą temperatur płynu w