Температурный режим тела, помещённого в среду с гармонически меняющейся температурой
Простейший закон периодического (гармонического) изменения температуры среды:
(2.83)
где tc - среднее значение температуры среды, около которой происходят её
2я
колебания, Т - период колебаний, со = —
Применим для отыскания разности температур (t-tc) общую формулу (2.70), в которой F = tc, F0=tc0, F' = - Acosma>T.
Тогда
t — tc ={ta - tc0)е Го) + Асое щт Jещт sin covdr.
Интеграл в правой части является табличным:
(m0 sin сот - со cos сот); |
em°T sin mdr = —^~
» W1-
mn +6?
применив его, получим |
t-tc=(t0— tc0 )е m°iJ Го) + jCcoe щт[еІЩТ sin сот cosр - em')T COS СОТ sin Р -{етаЧ sin СОТ0 COS Р - ё44 cos оотй sin р)} |
или |
t-tc ={t0-tcP)e Го) + А*6)Є МаГ[5Іп((УГ-^)-8Іп((УГ0 - Р)е |
Здесь использованы следующие обозначения и формулы: |
tgp = —, Р = arctg—, А* = тп тл |
(2.84) |
COS2 Р |
1 1 1 |
ml + со2 ml 1 + tg2 Р |
Разность температур представим теперь в следующем виде: |
=ІЛ -{со~А' sin(^T0 - Р)е Щ(Т ч) + A* sin {(ОТ - Р) |
(2.85) |
По прошествии некоторого времени от начала процесса экспоненциальный сомножитель в (2.85) становится столь малым, что первым членом в (2.85) можно будет пренебречь по сравнению со вторым, т. е. |
9Р = А* 5Іп(йїг - р) |
(2.86) |
где индекс «р» означает, что рассматривается только та часть процесса, в которой начальное температурное состояние (*0ДС) , а также момент фиксации начала процесса г0уже не играют роли, т. е. изучаемый процесс вступил в наиболее простую, упорядоченную (регулярную) стадию. Этот температурный режим называют в литературе регулярным режимом третьего рода, или квазистационарным режимом. Более наглядное представление о колебаниях t получим, если сравним колебания обоих температур tc и t около среднего значения tc (рис. 2.7). Для этого в последней формуле заменим tc с использованием выражения (2.83), а А*- через Asinp; тогда получим |
t-tc - A cos сот = A sin р 5Іп((УГ - Р) |
Рис. 2.7. Температурный режим тела, помещённого в среду с гармонически изменяющейся температурой |
Из (2.87) следует, что амплитуда В колебаний температуры тела в cos /? раз меньше амплитуды А колебаний температуры среды; отставание по фазе дано величиной /?, которая согласно (2.84) заносит от периода колебаний Т и параметра т0.