СПОСОБЫ ПЕРЕНОСА ТЕПЛОТЫ
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА
Под процессом распространения теплоты понимается обмен внутренней энергией между отдельными элементами, областями рассматриваемой среды.
Перенос теплоты осуществляется тремя основными способами:
Теплопроводность представляет собой молекулярный перенос теплоты в телах (или между их элементами), обусловленный переменностью температуры в рассматриваемом пространстве.
Теплопроводность – процесс распространениятепловой энергии при непосредственном соприкосновении отдельных частиц тела, имеющих различные температуры.
Теплопроводность в чистом виде большей частью имеет место лишь в твердых телах.
Конвекция возможна только в текучей среде. Под конвекцией теплоты понимают процесс её переноса при перемещении объемов жидкости или газа (текучей среды) в пространстве из области с одной температурой в область с другой. При этом перенос теплоты неразрывно связан с переносом самой среды.
Конвекция теплоты всегда сопровождается теплопроводностью. Совместный процесс переноса теплоты конвекцией и теплопроводностью называется конвективным теплообменом.
В инженерных расчетах часто определяют конвективный теплообмен между потоками жидкости или газа и поверхностью твердого тела; этот процесс конвективного теплообмена называют конвективной теплоотдачей или теплоотдачей.
В технике и в быту часто происходят процессы теплообмена между различными жидкостями, разделенными твердой стенкой. Процесс передачи теплоты от горячей жидкости к холодной через разделяющую их стенку называется теплопередачей.
Теплопередача осуществляется различными элементарными процессами теплопереноса.
Парогенерирующие трубы котельного агрегата, например, получают теплоту от продуктов сгорания топлива в результате конвективного теплообмена. Через слой наружного загрязнения, металлическую стенку и слой накипи теплота передается теплопроводностью. От внутренней поверхности трубы к омывающей ее жидкости теплота переносится конвективным теплообменом (теплоотдачей).
Тепловое излучение – процесс распространения теплоты с помощью электромагнитных волн, обусловленный только температурой и оптическими свойствами излучающего тела; при этом внутренняя энергия тела (среды) переходит в энергию излучения.
Процесс превращения внутренней энергии вещества в энергию излучения, переноса излучения и его поглощения веществом называется теплообменом излучением.
В природе и технике элементарные процессы распространения теплоты – теплопроводность, конвекция и тепловое излучение – часто происходят совместно.
Многие процессы переноса теплоты сопровождаются переносом вещества.
Например, при испарении воды в воздух, помимо теплообмена, имеет место и перенос образовавшегося пара в паровоздушной смеси. В общем случае перенос пара осуществляется как молекулярным, так и конвективным путем.
Совместный молекулярный и конвективный перенос массы называют конвективным массообменном.
| | | следующая лекция ==> | |
| Цикл абсорбционной холодильной установки | | | Дифференциальное уравнение теплопроводности |
Дата добавления: 2016-02-09 ; просмотров: 4336 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Источник
Основные понятия и определения. Способы переноса теплоты
Лекция №8. Тепловые процессы
1. Основные понятия и определения. Способы переноса теплоты.
2. Тепловой баланс.
3. Основное уравнение теплопередачи. Пути интенсификации теплообмена.
4. Средний температурный напор.
5. Определение коэффициентов теплоотдачи. Критерии теплового подобия.
6. Устройство и основы расчета теплообменных аппаратов.
Тепловые процессы описываются теорией теплообмена.
Теплообмен – процесс переноса теплоты между телами имеющими различную температуру.
Движущей силой тепловых процессов является разность температур.
Тела, которые участвуют в процессе теплообмена, называют теплоносителями. Тело с более высокой температурой называют горячим теплоносителем, а с меньшей холодным теплоносителем.
В природе существует три способа переноса теплоты:
Теплопроводностью называют процесс переноса теплоты за счет теплового беспорядочного движения микрочастиц, этот перенос происходит внутри твердых тел.
Конвекция – процесс переноса теплоты за счет движения и перемешивания достаточно крупных объемов газа или жидкости. Выделяют свободную и вынужденную конвекцию.
Движущей силой свободной конвекции является разность плотностей, которая вызвана, разностью температур.
Тепловое излучение – процесс переноса энергии в виде электромагнитных волн. В этом случае тепловая энергия превращается в лучистую, которая проходит через пространство, и затем сново превращается в тепловую при поглащении ее другим телом.
Согласно закона Стефана-Больцмана:
(1)
Т.е. количество теплоты излучаемое в единицу времени телом 
, Вт., пропорционально поверхности излучающего тела 
,м. и абсолютной температуре этого тела в четвертой степени. В формуле С-коэффициент пропорциональности (лучеиспускания)
(2)
где 
Вт/м 2 К 4 – коэффициент лучеспускания абсолютно черного тела, 
— степень черноты тела (табличное значение).
По закону Кирхгофа поглащающая способность и степень черноты равны между собой.
Тогда количество тепла, отданого телом с абсолютной температурой Т1 окружающим его более холодным телам с температурой Т2, находится как
(3)
— приведеная степень черноты системы
F – условная расчетная поверхность теплообмена, м 2 .
Перечисленные виды передачи теплоты редко встречаются в чистом виде. В промышленности, как правило, теплота переносится комбинированным путем.
В промышленной практики основными являются следующие способы передачи теплоты:
Теплоотдача – процесс переноса теплоты от жидкости к стенке и наоборот.
Теплопередача – процесс переноса теплоты от горячего теплоносителя к холодному через разделяющую их стенку.
Источник
Способы передачи тепловой энергии
Передачу тепловой энергии называют теплопередачей. Есть три способа (рис. 1) передачи тепловой энергии:
С помощью теплопередачи можно изменять внутреннюю энергию тел.
Что такое теплопроводность
Теплопроводность — это передача (внутренней) тепловой энергии от одной части тела к другой его части.
Примечание: С помощью теплопроводности можно передавать тепловую энергию от одного тела к другому, если плотно прижать тела друг к другу.
При теплопроводности передается только энергия, а вещество не переносится.
Теплопроводности различных веществ отличаются. Металлы в твердом и жидком состоянии очень хорошо проводят тепло, то есть, обладают высокой теплопроводностью.
Примечание: Медь и серебро – это металлы с очень высокой теплопроводностью.
Но у остальных жидкостей теплопроводность меньше, чему твердых тел.
А у газов, например, у воздуха, теплопроводность очень мала. Поэтому пористые тела, содержащие большое количество газа, хорошо изолируют тепло.
Дом, построенный из пенобетона может иметь более тонкие стены, чем кирпичный дом.
В твердых телах тепло передается только с помощью теплопроводности.
Что такое конвекция и как она происходит
В жидкостях и газах тепло передается только с помощью конвекции. Конвекцио (лат.) – перенос.
Слои жидкости, или газа, имеющие различную температуру, могут самостоятельно перемешиваться. Этот процесс называется конвекцией.
Примечание: Конвекция — это самостоятельное перемешивание слоев жидкости, или газа, имеющих различную температуру.
Располагая руку в нескольких сантиметрах над горящей свечой, из-за конвекции мы можем ощущать тепло.
Как происходит конвекция: Более горячие слои жидкости, или газа, имеют маленькую плотность, поэтому поднимаются вверх, а их место занимают более холодные слои.
Примечание: Чтобы конвекция происходила хорошо, нужно нагревать жидкости и газы снизу.
— в чайнике нагревается вся вода, а не только находящаяся в нижней части чайника;
— воздух в помещении от пола до потолка прогревается батареями отопления, расположенными в нижней части помещения;
— дуют ветры, днем – с моря (дневной бриз), а по ночам – с суши на море (ночной бриз).
Что такое излучение
Излучение – это перенос тепловой энергии без помощи вещества. Поэтому в вакууме тепловая энергия переносится излучением.
Вакуум – это отсутствие молекул вещества в пространстве (глубокий вакуум в космосе), или, наличие небольшого количества молекул газа.
Например, в современных лабораториях можно из-под колокола откачать воздух до состояния, когда в одном кубометре пространства под колоколом будет содержаться всего несколько молекул воздуха.
Все тела могут излучать энергию. Сильно нагретые тела излучают больше энергии, чем более холодные.
Солнце – это большой раскаленный газовый шар, то есть, звезда. Солнце излучает тепло, это тепло через вакуум с помощью излучения переносится на Землю и нагревает ее поверхность и все тела, находящиеся на ней.
Известно, что черные предметы на солнце нагреваются очень быстро, а белые, почти не нагреваются.
По причине излучения более темные тела охлаждаются быстрее, чем белые.
В наши дни широкое распространение получили бытовые инфракрасные обогреватели. Эти обогреватели нагревают окружающие предметы с помощью теплового (инфракрасного) излучения.
Примечание: Теплопроводность и конвекция происходят в веществе. А излучение может переносить тепловую энергию без помощи вещества.
Источник
Основные способы переноса теплоты
Теплопередача – это способ изменения внутренней энергии тела при передаче энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому без совершения работы. Существуют следующие виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение.
Теплопроводность
Теплопроводность – это процесс передачи энергии от одного тел а к другому или от одной части тела к дpугой благодаря тепловому движению частиц. Важно, что при теплопроводности не происходит перемещения вещества, от одного тела к другом у или от одной части телa к другой передается энергия.
Разные вещества обладают разной теплопроводностью. Если на дно пробирки, наполненной водой, положить кусочек льда и верхний её конец поместить над пламенем спиртовки, то через некоторое время вода в верхней части пробирки закипит, а лёд при этом не растает. Следовательно, вода, так же как и все жидкости, обладает плохой теплопроводностью.
Ещё более плохой теплопроводность ю обладают газы. Возьмём пробирку, в которой нет ничего, кроме воздуха, и расположим её над пламенем спиртовки. Палец, помещённый в пробирку, не почувствует тепла. Следовательно, воздух и другие газы обладает плохой теплопроводностью.
Хорошими проводниками теплоты являются металлы, самыми плохими — сильно разреженные газы. Это объясняется особенностями их строения. Молекулы газов находятся друг от друга на расстояниях, больших, чем молекулы твёрдых тел, и значительно реже сталкиваются. Поэтому и передача энергии от одних молекул к другим в газах происходит не столь интенсивно, как в твёрдых телах. Теплопроводность жидкости занимает промежуточное положение между теплопроводностью газов и твёрдых тел.
Конвекция
Как известно, газы и жидкости плохо проводят теплоту. В то же время от батарей парового отопления нагревается воздух. Это происходит благодаря такому виду теплопроводности, как конвекция.
Если вертушку, сделанную из бумаги, поместить над источником тепла, то вертушка начнёт вращаться. Это происходит потому, что нагретые менее плотные слои воздуха под действием выталкивающей силы поднимаются вверх, а более холодные движутся вниз и занимают их место, что и приводит к вращению вертушки.
Конвекция — вид теплопередачи, при котором энергия передаётся слоями жидкости или газа. Конвекция связана с переносом вещества, поэтому она может осуществляться только в жидкостях и газах; в твёрдых телах конвекция не происходит.
Излучение
Третий вид теплопередачи — излучение. Если поднести руку к спирали электроплитки, включённой в сеть, к горящей электрической лампочке, к нагретому утюгу, к батарее отопления и т.п., то можно явно ощутить тепло.
Опыты также показывают, что чёрные тела хорошо поглощают и излучают энергию, а белые или блестящие плохо испускают и плохо поглощают её. Они хорошо энергию отражают. Поэтому понятно, почему летом носят светлую одежду, почему дома на юге предпочитают красить в белый цвет.
Путём излучения энергия передаётся от Солнца к Земле. Поскольку пространство между Солнцем и Землёй представляет собой вакуум (высота атмосферы Земли много меньше расстояния от неё до Солнца), то энергия не может передаваться ни путём конвекции, ни путём теплопроводности. Таким образом, для передачи энергии путём излучения не требуется наличия какой-либо среды, эта теплопередача может осуществляться и в вакууме.
Конспект урока «Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение».
Источник
