Основное энергетическое уравнение

 

Физические уравнения содержат температуру как некоторую неизвестную функцию времени и координат точки деформируемого тепла. Ранее было отмечено, что практически вся работа пластической деформации переходит в тепло.

Составим дифференциальное уравнение движения тела. Теплопередача осуществляется теплопроводностью и переносом движущегося материала. Та часть тепла, которая не будет отведена от данной материальной частицы и которая возникла за счет её пластической деформации, пойдет на повышение температуры (внутренней энергии) тела.

Если обозначить тепловое движение в единицу времени так: Q1 – количество тепла, потерянное теплопроводностью элементарным объемом, фиксированным в пространстве; Q2 - количества тепла, потерянное теплопереносом; Q3 - количества тепла, пошедшее на повышение температуры материала в элементарном объеме; а Q4 - тепло, выделившееся в этом объеме за счет работы пластической деформации, то можно составить уравнение теплового баланса

(3.10)

 

Определим .

Прежде всего отметим, что количество тепла, прошедшее за счет теплопроводности через единичную площадку, перпендикулярную оси i, в единицу времени будет

,

где - коэффициент теплопроводности, - градиент температуры в соответствующем координатном направлении

Рассмотрим элементарный куб, выделенный в деформируемом теле. На рисунке изображен тепловой поток вдоль оси У. Теплопотери в направлении этой оси будут

Если подобным образом подсчитать теплопотери в остальных направлениях, то в итоге получим

(3.11)

 

Учтем теплоперенос с движущимся материалом через выделенный в пространстве элементарный параллелепипед dV=

 

 

Отметим, что количества тепла, протекающее с материалом через единичную площадку, перпендикулярную координатной оси i, в единицу времени, будет

,

где - скорость материала в соответствующем направлении; - массовая плотность; с – коэффициент массовой теплоемкости.

На рисунке изображен тепловой поток вдоль оси Х с перемещающимся через элементарный объем dx dy dz пространства материалом. Теплопотери в направлении оси Х будут

Если подобным образом подсчитать теплопотери в остальных двух направлениях, то в итоге получим

(3.12)

Для несжимаемого материала формула примет вид

(3.12 а)

Подсчитаем, далее, тепло, которое пойдет в единицу времени на повышение внутренней энергии (температуры) тела

(3.13)

Мощность теплового источника будет

(3.14)

 

Итак, подсчитав (3.11), (3.12 а), (3.13) и (3.14), подставив их в уравнение теплового баланса (3.10) и сократив на dV, получим искомое дифференциальное уравнение теплового баланса.

(3.15)