Испарение способ отдачи тепла

Способы отдачи тепла (теплопроведение, конвекция, излучение, испарение). Внутренний и наружный потоки энергии. Регуляция теплоотдачи.

Механизмы теплоотдачи имеют больший диапазон резервных возможностей, чем механизмы теплообразования, и поэтому они играют ведущую роль в реализации функциональной системы терморегуляции. Это обусловлено тем, что термогенез (химическая терморегуляция) имеет большую генетическую детерминированность, а теплоотдача осуществляется с помощью физических механизмов (физическая терморегуляция) и физиологических механизмов (изменения функций сердечно-сосудистой системы, дыхания, потоотделения). Теплоотдача в организме человека реализуется за счёт двух 427 взаимосвязанных потоков тепла – внутреннего и наружного. Перенос тепла от ядра к оболочке тела осуществляется путём кондукции – это внутренний поток тепла. Так как жировая ткань препятствует проведению тепла в связи с плохой теплопроводностью, то перенос тепла осуществляется кровью в силу её высокой теплоёмкости и теплопроводности. Наружный поток – это поток, направленный от кожи в окружающую среду. Рассматривая механизмы теплоотдачи, обычно имеют ввиду именно этот поток. Отдача тепла во внешнюю среду происходит в основном за счёт физических процессов (физическая терморегуляция): 1) теплоизлучение; 2) теплопроведение; 3) испарение; 4) конвекция. Вклад каждого механизма в теплоотдачу определяется состоянием среды и скоростью продукции тепла в организме. В условиях температурного комфорта основная масса тепла отдаётся за счёт теплопроведения, теплоизлучения и конвекции и лишь 20% – с помощью испарения. Теплоизлучение – это дистантный способ отдачи тепла в окружающую среду поверхностью тела человека в виде электромагнитного инфракрасного излучения. В нормальных условиях за счёт этого механизма отдаётся до 55- 60% тепла. Эффективность теплоизлучения зависит от градиента температуры (чем он выше, тем больше тепла отдаётся), от площади, с которой происходит излучение, от числа объектов, находящихся в среде, которые поглощают инфракрасные лучи. Снизить теплоотдачу организма путём теплоизлучения можно за счёт уменьшения площади поверхности излучения («сворачивание тела в клубок»). Теплопроведение – это способ отдачи тепла телу, которое непосредственно контактирует (соприкасается) с телом человека. Чем ниже температура этого тела, тем выше температурный градиент, тем выше скорость потери тепла за счёт этого механизма. Обычно этот способ отдачи тепла ограничен одеждой, воздушной прослойкой, а также подкожным жировым слоем, которые являются хорошими изоляторами тепла. Чем толще этот слой, тем меньше вероятность передачи тепла к холодному телу. За счёт теплопроведения при низкой температуре и высокой влажности среды происходит увеличение теплопотерь организма. Способом теплопроведения отдаётся в окружающую среду в условиях температурного комфорта до 20% тепла. Конвекция – это частный случай теплопроведения, заключающийся в переносе тепла дивижущимися частицами воздуха (воды). Около тела человека находится слой воздуха в 1-2 мм, который имеет почти такую же температуру, как и кожа. При температуре внешней среды ниже, чем температура тела, нагретый воздух, как более лёгкий, поднимается вверх, а его место занимает более холодный воздух, который также постепенно нагревается. Таким образом у поверхности тела происходит непрерывная 428 циркуляция воздуха. Конвекция ещё более усиливается при движении воздуха, поэтому чем сильнее ветер, тем интенсивнее кожа отдаёт тепло. На долю кистей рук приходится небольшая часть поверхности тела – всего 6%, но их кожей отдаётся до 60% тепла при помощи механизма сухой теплоотдачи (теплоизлучение, конвекция). Испарение (перспирация) (per, лат. – через; + spratio, лат. – дыхание) – это способ отдачи тепла с поверхностей кожи и слизистых дыхательных путей за счёт потери тепла при испарении пота (с кожи) и водяных паров (с лёгких). Различают неощущаемую (испарение воды со слизистых дыхательных путей и испарение пота в нормальных условиях) и ощущаемую (отдача тепла путём испарения пота при повышении температуры) перспирацию. При испарении 1 литра пота уходит 580 ккал тепловой энергии. В нормальных условиях с помощью этого механизма отдаётся до 20% тепла. При этом в условиях основного обмена с лёгких испаряется 350 мл водяных паров, а с кожи – 500 мл пота в сутки. На испарение этого количества влаги затрачивается примерно 500 ккал энергии. При высокой температуре среды роль испарения в теплоотдаче значительно увеличивается (до 75-90%). При этом человек за сутки может терять с потом до 5 л воды, а при тяжёлой мышечной работе в горячих цехах – до 12 л в сутки. Испарению способствует движение воздуха и низкая влажность. В этих условиях пот испаряется и это называется эффективным потоотделением. Если движение воздуха отсутствует и имеется высокая влажность, то при высокой температуре «пот стекает ручьями», не испаряется – это называется неэффективным потоотделением. При 100% насыщения воздуха парами воды испарение невозможно. Так как пот представляет собой солевой раствор, то при тяжёлой мышечной работе для сохранения солевого гомеостаза и восполнения потерь жидкости рекомендуется пить минеральную (а не простую) воду. Также тепло теряется в связи с дыханием (согревание вдыхаемого воздуха и потери тепла с выдыхаемым воздухом). Эти потери тепла составляют примерно 10% от общей теплоотдачи. Особенно значительными потери тепла через дыхательные пути становятся при учащении дыхания – тепловая одышка. У непотеющих животных тепловая одышка (частые сокращения диафрагмы) заменяет теплоотдачу путём испарения пота. Кроме этого, тепло теряется с мочой и калом (2%), а также при потреблении охлаждённой пищи (5%).

Источник

Испарение способ отдачи тепла

а) Испарение. При испарении воды с поверхности тела расходуется 0,58 Ккал тепла на каждый 1 г испаряющейся воды. Даже если человек не потеет, вода продолжает незаметно испаряться с поверхности кожи и легких со скоростью около 600-700 мл/сут, обусловливая постоянную теплоотдачу со скоростью 16-19 Ккал/ч. Это незаметное испарение с поверхности кожи и легких не может выполнять функцию терморегуляции, т.к. является результатом постоянной диффузии молекул воды через кожу и поверхность легких.

Интенсивность потоотделения регулируется, и теплоотдача посредством испарения при потоотделении может служить средством этой терморегуляции, что будет рассмотрено в данной главе.

Механизмы теплоотдачи

б) Испарение является необходимым механизмом теплоотдачи. Как только температура кожи становится выше температуры окружающей среды, теплоотдача может осуществляться процессами теплоизлучения и теплопроведения. Однако как только температура окружающей среды становится выше температуры кожи, вместо теплоотдачи организм начинает получать тепло посредством тех же механизмов. В таких условиях единственным способом освобождения организма от избытка тепла становится испарение.

Все, что препятствует адекватному испарению, когда температура окружающей среды становится выше температуры тела, может быть причиной повышения температуры глубоких частей тела. Такая возможность существует в случаях врожденного отсутствия потовых желез. Такие люди выдерживают низкие температуры, но они почти погибают от теплового удара в тропических зонах, потому что без охлаждения посредством испарения они не могут предупредить подъем температуры тела, когда температура воздуха выше температуры тела.

в) Влияние одежды на теплоотдачу посредством теплопроведения. Одежда создает прослойку воздуха между одеждой и кожей и таким образом увеличивает протяженность так называемой интимной зоны воздуха, соседствующей с кожей, наряду со снижением конвекционных потоков воздуха. Следовательно, интенсивность теплоотдачи путем теплопроведения и конвекции резко снижается. Обычный костюм снижает теплоотдачу на 50% по сравнению с той, что была у обнаженного тела, но вид одежды, используемой в арктических широтах, может свести потери тепла до уровня менее 1/6.

Почти половина тепла отдается одежде с поверхности кожи путем излучения, а не путем теп-лопроведения через небольшое промежуточное пространство между кожей и одеждой, поэтому покрытие одежды изнутри тонким слоем золота, возвращающего излучаемое тепло обратно телу, повышает изолирующие свойства одежды. Такую одежду можно использовать в арктических условиях, т.к. эта технология уменьшает вес одежды почти на 50%.

Влияние одежды на поддержание температуры тела почти полностью утрачивается, когда одежда промокает, в связи с высокой теплопроводностью воды, увеличивающей скорость отдачи тепла через одежду в 20 раз и более, поэтому одним из наиболее важных факторов защиты тела от холода в арктических широтах является защита одежды от промокания. Следует также заботиться и о предупреждении перегревания, пусть и не долгого, т.к. выделяемый пот ухудшает изолирующие свойства одежды.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

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