Основы теории теплообмена
Лекция 2
«ТЕПЛОПЕРЕДАЧА»
Глава седьмая. Основы теории теплообмена
7.1. СПОСОБЫ ПЕРЕДАЧИ ТЕПЛОТЫ
Согласно второму закону термодинамики самопроизвольный процесс переноса теплоты в пространстве возникает под действием разности температур и направлен в сторону уменьшения температуры.
Закономерности переноса теплоты и количественные характеристики этого процесса являются предметом исследования теории теплообмена (теплопередачи).
Теплота может распространяться в любых веществах и даже через вакуум (пустоту). Идеальных теплоизоляторов не существует.
Во всех веществах теплота передается т е п л о п р о в о д н о с т ь ю за счет переноса энергии микрочастицами. Молекулы, атомы, электроны и другие микрочастицы, из которых состоит вещество, движутся со скоростями, пропорциональными их температуре. За счет взаимодействия друг с другом быстродвижущиеся микрочастицы отдают свою энергию более медленным, перенося таким образом теплоту из зоны с высокой в зону с более низкой температурой. В теории теплообмена, как и в гидромеханике, термином «жидкость» обозначается любая сплошная среда, обладающая свойством текучести. Подразделение на «капельную жидкость» и «газ» используется только в случае, когда агрегатное состояние вещества играет в рассматриваемом процессе существенную роль.
Рекомендуемые материалы
В жидкостях перенос теплоты может осуществляться еще и за счет перемешивания. При этом уже не отдельные молекулы, а большие, макроскопические объемы горячей жидкости перемещаются в зоны с низкими температурами, а холодная жидкость попадает в зоны с высокими температурами. Перенос теплоты вместе с макроскопическими объемами вещества носит название к о н в е к т и в н о г о т е п л о п е р е н о с а, или просто к о н в е к ц и и.
Следует иметь в виду, что одновременно с конвекцией всегда сосуществует и теплопроводность, однако конвективный перенос в жидкостях обычно является определяющим, поскольку он значительно интенсивнее теплопроводности.
В твердых монолитных телах перемещение макроскопических объемов относительно друг друга невозможно, поэтому теплота переносится в них только теплопроводностью. Однако при нагреве, сушке зернистых материалов (песка, зерна и т. д.) очень часто искусственно организуют перемешивание. Процесс теплопереноса при этом резко интенсифицируется и физически становится похожим на конвективный теплоперенос в жидкостях.
Часто приходится рассчитывать теплообмен между жидкостью и поверхностью твердого тела. Этот процесс получил специальное название
к о н в е к т и в н а я т е п л о о т д а ч а (теплота отдается от жидкости к поверхности или наоборот).
Третьим способом переноса теплоты является и з л у ч е н и е. Излучением теплота передается через все лучепрозрачные среды, в том числе и через вакуум, например в космосе, где это единственно возможный способ получения теплоты от Солнца и потери ее в межзвездное пространство. Носителями энергии при теплообмене излучением являются фотоны, излучаемые и поглощаемые телами, участвующими в теплообмене.
В большинстве случаев перенос теплоты осуществляется несколькими способами одновременно, хотя часто одним или даже двумя способами пренебрегают ввиду их относительно небольшого вклада в суммарный сложный теплоперенос.
7.2. КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕРЕНОСА ТЕПЛОТЫ
Информация в лекции "Горизонтальный конфликт" поможет Вам.
Интенсивность переноса теплоты характеризуется плотностью теплового потока, т. е. количеством теплоты, передаваемой в единицу времени через единичную площадь поверхности:
q=Q/F, Вт/м2
Количество теплоты, передаваемое за произвольный промежуток времени τ через произвольную поверхность F, будем обозначать Qτ. Используя эти обозначения, можно записать соотношение между рассмотренными величинами:
q = Q/F = Qτ/ τF, Вт/с м2 (7.1)
В общем случае тепловой поток Q, а соответственно, количество теплоты Qτ могут изменяться как по времени, так и по координатам, где выражение (7.1) можно записывать только в дифференциальной форме:
q = ∂Q/ðF =∂2Qτ (7.2)
