Существуют следующие физически элементарные способы передачи теплоты

ЗАХОДИТЕ И КАЧАЙТЕ

Как скачать. заходите в профиль «Железный человек» . далее ФАЙЛОВЫЙ АРХИВ. далее регистрируетесь (не зарегестрированным пользователям)

Источник

§ 1.4. Элементарные способы передачи теплоты. (Виды процессов теплообмена)

Различают три элементарных способа передачи теплоты:

тепловое излучение (радиационный теплообмен).

Теплопроводность(кондукция) – способ передачи теплоты за счет взаимодействия микрочастиц тела (атомов, молекул, ионов в электролитах и электронов в металлах) в переменном поле температур.

Теплопроводность имеет место в твердых, жидких и газообразных телах. В твердых телах теплопроводность является единственным способом передачи теплоты. В вакууме теплопроводность отсутствует.

Конвекция– способ передачи теплоты за счет перемещения макрообъемов среды из области с одной температурой в область с другой температурой. При этом текучая среда (флюид) с более высокой температурой перемещается в область более низких температур, а холодный флюид – в область с высокой температурой. В вакууме конвекция теплоты невозможна.

Тепловое излучение (радиационный теплообмен)– способ передачи теплоты за счет распространения электромагнитных волн в определенном диапазоне частот.

— все тела выше 0 К обладают собственным тепловым излучением, то есть энергию излучают все тела;

— для передачи теплоты излучением не требуется тело-посредник, т.е. лучистая энергия может передаваться и в вакууме.

§ 1.5. Сложный теплообмен. Теплоотдача и теплопередача

В природе и в технических устройствах, как правило, все три способа передачи теплоты происходят одновременно. Такой теплообмен называется сложным теплообменом.

Например, конвекция теплоты всегда протекает совместно с теплопроводностью, так как макрообъемы текучей среды состоят из микрообъемов, и есть неравномерное по пространству температурное поле. Передача теплоты совместно теплопроводностью и конвекцией называется конвективным теплообменом.

Совместная передача теплоты излучением и теплопроводностью называется радиационно-кондуктивным теплообменом.

Совместная передача теплоты излучением и конвекцией называется радиационно-конвективным теплообменом.

В природе и технике наиболее часто встречаются следующие два варианта сложного теплообмена:

— теплоотдача– процесс теплообмена между непроницаемой твёрдой стенкой и окружающей текучей средой;

— теплопередача– передача теплоты от одной текучей среды к другой текучей среде через непроницаемую твёрдую стенку.

Теплоотдача. График температурного поля при теплоотдаче показан на рис. 3. Температура текучей среды изменяется в очень узкой области, которая называется тепловым пограничным слоем.

Рис. 1.3. Схема процесса теплоотдачи: T_w– температура стенки;T_f– температура текучей среды; δ_q– толщина теплового пограничного слоя.

Заметим, что в зависимости от соотношения температур стенки T_wи флюидаT_fтепловой потокQможет нагревать стенку при условииили охлаждать ее, если.

Процесс теплоотдачи может быть осуществлен сочетанием следующих элементарных процессов теплообмена:

— конвективная теплоотдача (конвекция + теплопроводность = конвективный теплообмен) – имеет место при омывании твердых поверхностей различной формы текучей средой ( лученепрозрачной капельной жидкостью);

— лучистаяилирадиационная теплоотдача(тепловое излучение)– имеет место при радиационном теплообмене в вакууме или между стенкой и излучающим и поглощающимнеподвижнымгазом;

— радиационно — конвективная теплоотдача(тепловое излучение + конвективный теплообмен) – наиболее часто встречающийся в практике расчетов случай сложного теплообмена;

— конвективная теплоотдача при фазовых превращениях теплоносителя (конвекция + теплопроводность + возможно излучение) – теплоотдача при конденсации и кипении, протекающая с выделением или поглощением теплоты фазового перехода.

Расчет теплоотдачизаключается в определении теплового потока, которым обмениваются стенка и текучая среда. В инженерных расчетах теплоотдачи используется, так называемый закон теплоотдачи – закон Ньютона (1701 г.):

,

где Q– тепловой поток, Вт;– коэффициент теплоотдачи, Вт/(м 2 ·К);T_fиT_w– температура текучей среды и стенки;F– площадь поверхности теплообмена.

Теплопередача. В курсе ТМО изучают расчеттеплопередачичерез стенки плоской, цилиндрической, сферической и произвольной формы. В нашем кратком курсе ограничимся расчетом теплопередачи через плоскую и цилиндрическую стенки. График температурного поля притеплопередаче через плоскую стенку показан на рис. 4.

Рис. 1.4. Схема процесса теплопередачи: T_f,1иT_f,2– температура горячего и холодного флюида (текучей среды);T_w,1иT_w,1– температура поверхностей плоской стенки; δ – толщина плоской стенки.

Итак, теплопередачавключает в себя следующие процессы:

а) теплоотдачуот горячей текучей среды (горячего теплоносителя) к стенке;

б) теплопроводностьвнутри стенки;

в) теплоотдачуот стенки к холодной текучей среде (холодному теплоносителю).

Тепловой поток при теплопередаче, передаваемый от горячего флюида с температуройT_f,1к холодному флюиду с температуройT_f,2 , рассчитывается по формуле (для плоской стенки):

,

где – коэффициент теплопередачи через плоскую стенку, Вт/(м 2 ·К);R_t– термическое сопротивление теплопроводности плоской стенки, (м 2 ·К)/Вт..

В заключение первого раздела курса можно сделать вывод о том, что для решения основной задачи расчета теплообмена – определения температурных полей и тепловых потоков при теплоотдаче и теплопередаче – необходимо уметь рассчитывать три элементарныхспособа передачи тепловой энергии.

Источник

Элементарные способы передачи теплоты.

Различают три элементарных способа передачи теплоты:

1. теплопроводность (кондукция);

3. тепловое излучение (радиационный теплообмен).

Теплопроводность (кондукция) — способ передачи теплоты за счет взаимодействия микрочастиц тела (атомов, молекул, ионов в электролитах и электронов в металлах) в переменном поле температур.

Теплопроводность имеет место в твердых, жидких и газообразных телах. В твердых телах теплопроводность является единственным способом передачи теплоты. В вакууме теплопроводность отсутствует.

Конвекция — способ передачи теплоты за счет перемещения макрообъемов среды из области с одной температурой в область с другой температурой. При этом текучая среда (флюид) с более высокой температурой перемещается в область более низких температур, а холодный флюид — в область с высокой температурой. В вакууме конвекция теплоты невозможна.

Тепловое излучение (радиационный теплообмен) — способ передачи теплоты за счет распространения электромагнитных волн в определенном диапазоне частот.

Замечания:- все тела выше 0 К обладают собственным тепловым излучением, то есть энергию излучают все тела;- для передачи теплоты излучением не требуется тело-посредник, т.е. лучистая энергия может передаваться и в вакууме.

Сложный теплообмен. Теплоотдача и теплопередача В природе и в технических устройствах, как правило, все три способа передачи теплоты происходят одновременно. Такой теплообмен называется сложным теплообменом.Например, конвекция теплоты всегда протекает совместно с теплопроводностью, так как макрообъемы текучей среды состоят из микрообъемов, и есть неравномерное по пространству температурное поле. Передача теплоты совместно теплопроводностью и конвекцией называется конвективным теплообменом.

Совместная передача теплоты излучением и теплопроводностью называется радиационно-кондуктивным теплообменом.

Совместная передача теплоты излучением и конвекцией называется радиационно-конвективным теплообменом.

В природе и технике наиболее часто встречаются следующие два варианта сложного теплообмена:

— теплоотдача — процесс теплообмена между непроницаемой твёрдой стенкой и окружающей текучей средой;

— теплопередача — передача теплоты от одной текучей среды к другой текучей среде через непроницаемую твёрдую стенку.

Процесс теплоотдачи может быть осуществлен сочетанием следующих элементарных процессов теплообмена:

— конвективная теплоотдача (конвекция + теплопроводность = конвективный теплообмен) — имеет место при омывании твердых поверхностей различной формы текучей средой (лученепрозрачной капельной жидкостью);

— лучистая или радиационная теплоотдача (тепловое излучение) — имеет место при радиационном теплообмене в вакууме или между стенкой и излучающим и поглощающим неподвижным газом;

— радиационно-конвективная теплоотдача (тепловое излучение + конвективный теплообмен) — наиболее часто встречающийся в практике расчетов случай сложного теплообмена;

— конвективная теплоотдача при фазовых превращениях теплоносителя (конвекция + теплопроводность + возможно излучение) — теплоотдача при конденсации и кипении, протекающая с выделением или поглощением теплоты фазового перехода.

Итак, теплопередача включает в себя следующие процессы:

а) теплоотдачу от горячей текучей среды (горячего теплоносителя) к стенке;

б) теплопроводность внутри стенки;

в) теплоотдачу от стенки к холодной текучей среде (холодному теплоносителю).

28. Теплопроводность — это молекулярный перенос теплоты в пространстве за счет индивидуального движения частиц, со­ставляющих вещество (хаотического, поступательного, колеба­тельного, вращательного), в котором происходит теплообмен. Этот процесс возможен в газообразных, жидких и твердых сре­дах.

Основной закон передачи теплоты теплопроводностью — за­кон Фурье (1822 г.), который устанавливает прямую зависимость поверхностного теплового потока q и температурного градиента: q = — (λqrad t), где λ — коэффициент те­плопроводности, Вт/(м-К).

qrad t — разность температур двух соприкасающихся поверх­ностей, град.

Знак минус означает встречное направление векторов градиента температур и теплового потока.

Величина λ зависит от температуры, плотности, влажности, материала.

Стационарная теплопроводность в плоской стенке.

q=- λ(dt/dx)=const ; t=-(qx/ λ)+C

• если х = 0, то t = t _ст1 и С = t _ст1;

• если х = 5, то t = t _ст2 и С = t _ст1.

В плоской однородной стен­ке при стационарной теплопроводности температура распределя­ется по линейному закону.

Стационарная теплопроводность в цилиндрической стенке

Линейная плотность теплового потока: ql=Q/l

Тепловой поток: Q=qlF=(λ/r1-r2)(tст1-tст2)F

Распределение темпера­туры по радиусу в пределах слоя происходит по логарифмиче­скому закону

Коэффициент теплопроводности является физическим параметром вещества и в общем случае зависит от температуры, давления и рода вещества. В большинстве случаев коэффициент теплопроводности для различных материалов определяется экспериментально с помощью различных методов. Большинство из них основано на измерении теплового потока и градиента температур в исследуемом веществе. Коэффициент теплопроводности λ, Вт/(м×К), при этом определяется из соотношения:

из которого следует, что коэффициент теплопроводности численно равен количеству теплоты, которое проходит в единицу времени через единицу изотермической поверхности при температурном градиенте, равном единице. Примерные значения коэффициента теплопроводности различных веществ показаны на рис. 1.4 Так как тела могут иметь различную температуру, а при наличии теплообмена и в самом теле температура будет распределена неравномерно, т.е. в первую очередь важно знать зависимость коэффициента теплопроводности от температуры. Опыты показывают, что для многих материалов с достаточной для практики точностью зависимость коэффициента теплопроводности от температуры можно принять линейной:

где λ₀ — значение коэффициента теплопроводности при температуре t₀; b — постоянная, определяемая опытным путём.

Основным законом передачи тепла теплопроводностью явл. закон Фурье, согласно которому кол-во тепла dQ ,передаваемое посдедством теплопроводности ч/з элемент поверхности dF, перпендикулярный тепловому потоку, за время dt прямо пропорционально температурному градиенту dt/dn поверхности dF и времени dt:

dQ = — λ dt/dn dF dt (1)

или кол-во тепла, передаваемое ч/з единицу поверхности в единицу времени

q = Q/Ft = — λ dt/dn (2)

Величина q называетсяплотностью теплового потока.

Знак «минус», стоящий перед правой частью уравнений (1) и (2), указывает на то, что тепло перемещается в сторону падения температуры,

Коэффициент пропорциональности λ называется коэффициентом теплопроводности.

Коэффициент теплопроводности λ показывает, какое кол-во тепла проходит вследствие теплопроводности в единицу времени ч/з единицу поверхности теплообмена при падении температуры на 1 град на единицу длины нормали к изотермической поверхности.

Величина λ характеризующая способность тела проводить тепло путем теплопроводности, зависит от природы в-ва, его структуры, температуры и некоторых других факторов.

30. Закон Нью́тона — Ри́хмана — эмпирическая закономерность, выражающая тепловой поток между разными телами через температурный напор.

Теплоотдача — это процесс теплообмена между теплоносителем и твёрдым телом.

Теплопередача — это процесс передачи тепла от одной среды к другой через разделяющую их стенку. Закон утверждает, что

Источник