Испарение как способ теплоотдачи

Теплоотдача испарением

Теплоотдача конвекцией

Количество тепла, передаваемое в единицу времени конвекцией ,зависит от площади обдуваемой поверхности тела , разности температур тела человека и окружающего воздуха , а также скорости движения воздуха:

(2)

где: – коэффициент конвективного теплообмена, ; при малых скоростях воздуха (V 2 × с × град;

– площадь поверхности тела, участвующей в испарении;

– парциальные давления насыщенного водяного пара соответственно при температуре тела человека и температуре окружающего воздуха, кПа.

При повышении температуры окружающего воздуха до 30°С и выше основной путь теплопередачи – испарение. Рефлекторно усиливается работа потовых желез, и влага с потом выделяется из организма. При испарении 1 л воды отводится 2,46 × 10 3 кДж тепловой энергии.

Длительное пребывание человека в воздушной среде при неблагоприятных значениях параметров микроклимата ведет к нарушению терморегуляции, перегреву организма ( =38-39°С), учащению пульса, обильному потовыделению и способствует возникновению ряда заболеваний. Вместе с потом из организма удаляются соли (с 5 л пота удаляется 20-50 г солей в сутки). Нарушение водно-солевого обмена может привести к возникновению заболеваний почек, нарушений сердечно- сосудистой и нервной систем.

В условиях, когда теплоотдача осуществляется только испарением пота, а влажность воздуха превышает 75-89%, может наступить перегревание организма. Наиболее характерными признаками его являются повышение температуры тела, жажда, учащение пульса и дыхания. При значительном перегреве одышка, головная боль, головокружение. Эта форма нарушения терморегуляции называется тепловой гипертермией.Другая форма перегревания известна под названием судорожная болезнь–нарушение водно-солевого обмена.Она протекает в форме судорог, сопровождается сгущением крови, потерей большого количества пота. В дальнейшем наступает тепловой ударс потерей сознания, повышением температуры до 40-41°С, учащенным слабым пульсом. Характерным признаком тяжелого поражения является почти полное прекращение потоотделения. Тепловой удар и судорожная болезнь могут закончиться смертельным исходом.

Длительное переохлаждение приводит к заболеваниям периферийной нервной системы, радикулиту, невралгии лицевого, тройничного, седалищного и других нервов, суставному и мышечному ревматизму, бронхиту и другим заболеваниям.

Таким образом, при неблагоприятных метеорологических условиях могут возникнуть изменения физиологических функций организма человека, вызывающие снижение физической и умственной активности (деятельности), что приводит к уменьшению производительности труда.

Поэтому оценка и правильный выбор метеорологических условий в производственном помещении имеют большое значение как с медицинской, так и с экономической точек зрения.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Испарение – как основной путь теплоотдачи. Значение испарение

Существуют следующие пути отдачи тепла организмом в окружающую среду: излучение, теплопроведение, конвекция и испарение.

Излучение — это способ отдачи тепла в окружающую среду поверхностью тела человека в виде электромагнитных волн инфракрасного диапазона (а = 5—20 мкм Излучением отдают тепло все тела, имеющие температуру выше абсолютного нуля (—273 °С). Поверхность тела человека также является излучателем тепла, но она в свою очередь может получать некоторое количество тепла за счет излучения окружающих предметов. Тепло отдается организмом тогда, когда температура стен, пола, потолка, а также поверхности оборудования, ограждающих устройств в помещении ниже температуры наружных слоев одежды (в среднем 27—28 °С) или открытой поверхности кожи

Теплопроведение — способ отдачи тепла, имеющий место при контакте, соприкосновении тела человека с другими физическими телами. Количество тепла, отдаваемого организмом в окружающую среду этим способом, пропорционально разнице средних температур контактирующих тел, площади контактирующих поверхностей, времени теплового контакта и теплопроводности контактирующего тела. Сухой воздух, жировая ткань характеризуются низкой теплопроводностью и являются теплоизоляторами. Использование одежды из тканей, содержащих большое число маленьких неподвижных «пузырьков» воздуха между волокнами (например, шерстяные ткани), дает возможность организму человека уменьшить рассеяние тепла путем теплопроводности

Конвекция — способ теплоотдачи организма, осуществляемый путем переноса тепла движущимися частицами воздуха (воды). Для рассеяния тепла конвекцией требуется обтекание поверхности тела потоком воздуха с более низкой температурой, чем температура кожи. При этом контактирующий с кожей слой воздуха нагревается, снижает свою плотность, поднимается и замещается более холодным и более плотным воздухом. В условиях, когда температура воздуха равна 20 °С, а относительная влажность — 40—60 %, тело взрослого человека рассеивает в окружающую среду путем теплопро-ведения и конвекции около 25—30 % тепла (базисная конвекция). Конвекция — передача тепла через воздушную среду. Если человек раздет, то в условиях неподвижного воздуха прилегающий к коже слой воздуха толщиной 4—8 мм нагревается путем проведения тепла. Нагрев более отдаленных слоев происходит вследствие естественной конвекции или движения воздуха (принудительная конвекция), при которых происходит замещение прилегающих к телу более теплых слоев воздуха более холодными. Когда человек пребывает в условиях подвижного воздуха, толщина указанного пограничного слоя уменьшается до 1 мм и менее, а теплоотдача возрастает в несколько раз.

Теплоотдача конвекцией увеличивается также с ростом барометрического давления. Относительно небольшая отдача тепла проведением и конвекцией происходит также через поверхность дыхательных путей, если вдыхаемый воздух имеет более низкую, чем тело, температуру. Теплоотдача конвекцией прекращается, если величина температуры окружающего воздуха достигает величины температуры кожи. В случае, когда она повышается еще больше, происходит не отдача, а восприятие конвекционного тепла

Теплоотдача путем испарения — это способ рассеяния организмом тепла в окружающую среду за счет его затраты на испарение пота или влаги с поверхности кожи и влаги со слизистых оболочек дыхательных путей («влажная» теплоотдача). У человека постоянно осуществляется выделение пота потовыми железами кожи («ощутимая», или железистая, потеря воды), увлажняются слизистые оболочки дыхательных путей («неощутимая» потеря воды) (рис. 13.4). При этом «ощутимая» потеря воды организмом оказывает более существенное влияние на общее количество отдаваемого путем испарения тепла, чем «неощутимая». При температуре внешней среды около 20 «С испарение влаги составляет около 36 г/ч.

Испарение — основной путь теплоотдачи при повышенной температуре воздуха, в особенности, когда температура воздуха и окружающих предметов близка к температуре кожи, что затрудняет или исключает теплоотдачу излучением и конвекцией. Теплоотдача испарением происходит потому, что при испарении 1 г воды теряется около 2,5 кДж (0,6 ккал) тепла. Испарение влаги из организма происходит как с поверхности кожи, так и через дыхательные пути.

Источник

Особенности процесса теплоотдачи при испарении

Особенности процесса теплоотдачи при испарении

• В пористой системе охлаждения вместо газовых охладителей можно использовать жидкость. Далее поверхность контакта стенки с горячими газами покрывается тонкой пленкой жидкости. На непроницаемой поверхности можно получить пленку, выталкивая жидкость из пазов*. Теплообмен между поверхностью пленки и горячим газом сопровождается испарением жидкости. Механизм теплопередачи при попадании пара в пограничный слой горячего газа такой же, как и при подаче охлаждающего газа на поверхность, но фазовый переход теплообменной поверхности вносит некоторые особенности.

В процессе геостационарного теплообмена часть тепла, поступающего на поверхность пленки, компенсирует испарение жидкости, а остальная часть передается стенкам. Если тепло, подводимое к поверхности пленки, равно теплу, затрачиваемому на испарение жидкости, то пленка будет иметь определенную температуру по всей толщине, и тепло не будет передаваться на стенку. Этот процесс испарения называется теплоизоляцией. Процесс испарения твердых частиц также продолжается. Если температура поверхности ниже температуры тройной точки фазовой диаграммы, то вещество обходит жидкую фазу и переходит из твердого состояния в парообразное. Этот процесс испарения называется сублимацией.

Приведенные выше формулы дают возможность устанавливать форму кривой распределения скорости для различных значений критерия Прандтля. Людмила Фирмаль

Если вдуть в пористый бифштекс, то расход газового охладителя будет неограниченным и он станет независимым параметром системы. При испарении и сублимации увеличение расхода пара с поверхности сопровождается увеличением расхода тепла на превращение жидкости или твердого вещества в пар с одной стороны, а с другой стороны, уменьшением теплообмена между основным потоком и поверхностью за счет нагнетания пара в пограничный слой основного потока.

Таким образом, устойчивый процесс испарения или сублимации при определенных условиях внешнего потока происходит со скоростью испарения, где коэффициент теплопередачи обеспечивает тепловой баланс объявление / = Ди+ Д /、 (12.27） Где Yai-плотность теплового потока к стене. D «- плотность массового расхода пара1 кг / (л’ * сек)); D(= cD / + g-изменение энтальпии вещества при испарении или сублимации. g-это теплота испарения жидкости или сублимации object. SD (это тепло, необходимое для нагрева) вещества против равновесной температуры испарения или сублимации; a = /(ip) — коэффициент теплопередачи.

В результате расчет теплопередачи при испарении и сублимации не может быть осуществлен без оценки массопереноса, то есть без расчета плотности массового потока пара. Пар перемещается в потоке посредством молекулярной диффузии и конвективной диффузии. Плотность молекулярного потока на поверхности испарения можно определить по закону Фика Эй! — ОС^( \ разность потенциалов (12.28)） Где ( ^ ) n = 0-градиент концентрации пара на поверхности испарения. — Коэффициент диффузии.

Поскольку концентрация горячего газа уменьшается по мере приближения к поверхности испарения, молекулярный поток горячего газа генерируется по направлению к поверхности, что может быть выражено той же формулой, что и уравнение (12.28).Но поверхность не пропускает горячие газы, поэтому поток этого газа должен быть компенсирован конвекцией смеси пара и газа. С этим потоком пар уносится прочь от стен. Плотность конвективного потока пара определяется по формуле (12.29） =Сшш, где v-скорость конвекции смеси. Cg-концентрация пара на поверхности испарения. Конвективный поток пара часто называют Стефаном, потому что он был открыт Стефаном.

Используя выражения (12.28) и (12.29)、 (12.30） Для практических расчетов удобно выражать значения с коэффициентом массопереноса ПК. 5л = 0С(кг-кг). (12.31） Если скорость испарения низка, то пункт 12.30 Формулы (2) пренебрежимо мал. Для этих условий, если сравнить уравнения (12.30) и (12.31)、 ⁽⁽⁽⁽⁽- «М2⁾ Это уравнение называется дифференциальным уравнением массопереноса. Может дать безразмерный формат (12.33） Где N110 = — диффузное число нуссельта.

Примеры решения и задачи с методическими указаниями

Решение задач	Лекции
Расчёт найти определения	Учебник методические указания

• Безразмерная концентрация; n = n / 1 — безразмерная Нормаль. Легко привести дифференциальное уравнение теплопередачи (2.22) к тому же виду Куда? — Безразмерная температура. Распределение концентрации и температуры в системе определяется дифференциальными уравнениями массопереноса и энергии. Для стационарных условий без внутренних источников ламинарного потока и тепла и вещества, Os =сопло и X = — сопло(эти формулы (2.30 и 2.15) легко сводятся к следующему виду: Здесь/ — характерный размер системы. х = х!1; г = г / 1; — р = гн. Распределение скоростей в системе при тепломассообмене определяется дифференциальными уравнениями движения и непрерывности. Это то же самое для обоих процессов.

Можно сделать вывод, что эти процессы сходны благодаря одной и той же форме уравнений, описывающих процесс возврата моря и возврата массы. Поэтому результаты исследования процесса теплопередачи могут быть использованы для количественной оценки процесса массопереноса. Если 0 = a, то выражения (12.35) и (12.36) идентичны относительно C и I. Bj. Поскольку тепло-и массообмен происходят в одной и той же системе, размер измерения/предполагается иметь одинаковое значение. Поэтому системы уравнений, определяющие N110 и N11, являются identical. In кроме того, значения C и I, определяющие их на границах системы, численно одинаковы.

Однако сопоставление с результатами опытов над вязкими жидкостями показывает, что это значение чересчур велико и что, кроме того, А является функцией критерия Прандтля. Людмила Фирмаль

На поверхности тела C = I = 1, вдали от стенки C = I = 0.So это Liid — = Li. равенство эго можно взять из уравнения подобия теплопередачи в любой системе, принимая во внимание тот факт, что Pr = Prn (12.37)） Уравнение массового подобия Миопатии = црз » 1РгЬ. Коэффициенты c, m и n в этой формуле совпадают с (12.37). При аналогичном анализе уравнений (2.31) и(2.19) можно сделать вывод, что сходство процессов тепломассопереноса происходит в условиях 1_е= 1 и 1 ^ = sr p — ^ 〜 = I (1_ет-число турбулентных Льюиса-Семенова), по мнению многих исследователей. 1 всегда выполняется. В реальном процессе сходство теплопередачи и массопереноса по многим причинам нарушается.

Формула, используемая для доказательства существования аналогии (12.32), справедлива только при отсутствии конвективного пара flow. As в результате наличие конвекции нарушает аналогию. Равенство пиара и пиара тоже редко happens. In кроме того, эти показатели зависят от температуры, а их значения изменяются по толщине пограничного слоя. Аналогия нарушается взаимным влиянием процессов тепломассообмена, которые происходят одновременно. Все это приводит к тому, что расчет корреляции масс, который проводится на основе аналогии, может дать результат, существенно отличающийся от реальности.

Анализ уравнения переноса пара, учитывающего и не учитывающего конвекцию, показывает, что для конвекции формула Liu / Liu 1 определяется по формуле (12.39） Где Р-давление смеси паров и газов. RCS и является поверхностью испарения и парциальным давлением пара в потоке. Анализ энтальпийных полей и концентраций, полученных при решении дифференциальных уравнений турбулентного пограничного слоя на плоской пластине с учетом численных неравенств Pr и Pr ламинарного подслоя, позволил получить уравнение соотношения 5 (o / 51), характеризующее изменение коэффициента массопереноса. ^ _L. [1₊°да. 2.40） Здесь₌б С / = ^ exp-⁶у] s / » — коэффициент трения. 81= Myo /(₽ е » РГО) = P.

Коэффициент трения пластины без удара. Формула (12.40) отражает изменение коэффициента массопереноса вследствие нарушения подобия процессов тепло-и массопереноса вследствие неравенства Ргпр в ламинарных подслоях, неизотермических системах, неравномерности свойств паров и газов Подача основного потока и пара конвекции. Экспериментально исследуется также процесс массопереноса. Л. Д. Берман обобщил результаты исследования массопереноса при адиабатическом испарении воды, поступающей в воздух в виде мембраны на внутренней поверхности трубы по следующей формуле: K’Zo = 0.023 Ke° «Pr ^ ⁴ »» 2.

Эксперимент, Ke = 2500-9000 и — — = 1.25- 5.65.Определяемый размер-это диаметр трубопровода. Температура-это средняя температура смеси газов и паров. Несколько Кэ включают скорость парогазовой смеси относительно пленки. При расчете расхода пара необходимо знать температуру поверхности испарения. Значение этой температуры в равновесном состоянии системы определяется только после выполнения всего теплового расчета. Поэтому расчет расхода пара с последующим определением коэффициента теплоотдачи а следует проводить при нескольких значениях ниже 1°с Температура насыщения при определенном газе pressure.

Температура поверхности повышается, поток пара увеличивается, а тепловой поток от горячего газа к поверхности уменьшается. Количество тепла, поглощенного во время фазового перехода, пропорционально потоку пара. Состояние теплового баланса Поверхность позволяет определить равновесное состояние системы и соответствующие значения пара Подача воды и температура поверхности испарения. Графическое определение равновесия Состояние системы в результате На рисунке 1 показан расчет теплового потока при нескольких значениях температуры.

Образовательный сайт для студентов и школьников

Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.

© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института

Источник