🗊Презентация Основные определения в теплопередаче

ФГБУ ВПО «АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра «Теплоэнергетика»

Теплопередача или теплообмен – учение о самопроизвольных необратимых процессах распространения теплоты в пространстве с неоднородным полем температур. Теплопередача или теплообмен – учение о самопроизвольных необратимых процессах распространения теплоты в пространстве с неоднородным полем температур. Процесс распространения теплоты – это обмен внутренней энергией между отдельным элементами, областями рассматриваемой среды. 3 способа переноса теплоты: 1.Теплопроводность – это молекулярный перенос Q между непосредственно соприкасающимися телами или между частицами одного тела с различной t °c, при котором происходит обмен энергией движения структурных частиц (молекулы, атомы, свободные электроны) Тем самым частицы более нагретой части тела имеют большую; сталкиваясь с менее нагретыми частицами в процессе беспорядочного движения, передают им часть своей => одно тело нагревается, а другое охлаждается. 2.Конвекция – возможна только в текучей среде. Это процесс переноса Q при перемещении объёмов жидкости или газа в пространстве из области с одной t °с в область с другой t °с. При этом, перенос Q связан с переносом самой среды.

3.Тепловое излучение – процесс распространения Q с помощью электромагнитных волн, обусловленных только температурой и оптическими свойствами излучающего тела; при этом внутренняя энергия тела (среды) переходит в энергию излучения. Тем самым внутренняя энергия вещества превращается в энергию излучения => перенос Q => поглощение Q другим веществом. Часто все способы переноса теплоты осуществляются совместно. Например, конвекция всегда сопровождается теплопроводностью, так как при этом неизбежно соприкосновение частиц, имеющих различные t °c => конвективный теплообмен! 3.Тепловое излучение – процесс распространения Q с помощью электромагнитных волн, обусловленных только температурой и оптическими свойствами излучающего тела; при этом внутренняя энергия тела (среды) переходит в энергию излучения. Тем самым внутренняя энергия вещества превращается в энергию излучения => перенос Q => поглощение Q другим веществом. Часто все способы переноса теплоты осуществляются совместно. Например, конвекция всегда сопровождается теплопроводностью, так как при этом неизбежно соприкосновение частиц, имеющих различные t °c => конвективный теплообмен! Конвективный теплообмен между потоками жидкости или газа и поверхностью твёрдого тела называется теплоотдача. Многие процессы переноса Q сопровождаются переносом вещества – массообменом. Совместное протекание процессов теплообмена и массообмена – называется тепломассообменом. Передача Q от горячей жидкости и холодной жидкости через разделяющую стенку называется – теплопередачей. Например, котёл: 1.Трубы конвективные получают Q от факела в результате радиационно-конвективного теплообмена;

2. Через загрязнения и стенку трубки Q передаётся теплопроводностью; 2. Через загрязнения и стенку трубки Q передаётся теплопроводностью; 3. От внутренней стенки трубки к жидкости Q передаётся конвективным теплообменом. “Теплопроводность” Основные положения теплопроводности. Теплопроводность определяется тепловым движением микрочастиц тела. В чистом виде это явление существует в твёрдых телах, неподвижных газов и жидкостях при условии невозможности возникновения в них конвективных токов. В газах → Q переносится с помощью атомов и молекул. Внутренний механизм этих явлений – хаотическое тепловое движение молекул, приводящее и их перемешиванию. - в жидкостях и диэлектриках → перенос Q за счёт свободных электронов. Теория теплопроводности вещество рассматривает как сплошную среду. Передача Q связана с разностью t °c тела. Температурное поле – совокупность значений температур всех точек тела в данный момент времени.

В общем случае уравнение температурного поля имеет вид: В общем случае уравнение температурного поля имеет вид: t = f(x,y,z,τ) … (1) где t – температура тела; x,y,z – координаты точки; τ – время. Такое поле называется – нестационарным и отвечает неустановившемуся режиму теплопроводности. Если t °с тела = const с течением времени, то поле называется – стационарным. Тогда: t = f(x,y,z); = 0 …(2) Температурное поле может быть функцией одной, двух и трёх координат, тогда оно будет одно - , двух – или трёхмерным. Наиболее простой вид имеет уравнение одномерного стационарного температурного поля: t = f(x); = 0 = 0 = 0…(3) Если соединить все точки тела с одинаковой t °c, то получим поверхность равных t °c – изотермная поверхность. Они не пересекаются, они либо замыкаются на себе (шар), либо заканчиваются на границе тела (куб). – рис.1. Температура в теле изменяется только в направлениях, пересекающих изотермические поверхности! Наибольший перепад ∆t,°c на единицу длины происходит в направлении нормали n к изотермической поверхности = = gradt …(4)

Вектор gradt называется температурным градиентом и является мерой интенсивности изменения t,°c в направлении по n к изотермной поверхности. Направлен в сторону возрастания t,°c. Вектор gradt называется температурным градиентом и является мерой интенсивности изменения t,°c в направлении по n к изотермной поверхности. Направлен в сторону возрастания t,°c. 3. Тепловой поток, закон Фурье. Гипотеза Фурье – количество теплоты , проходящее через элемент изотермической поверхности dF за промежуток времени dτ, пропорционально температурному градиенту = -λ …(5) Знак “ — ” – указывает на то, что Q передаётся в направлении уменьшения температуры. → Количество Q, прошедшее в единицу времени через единицу изотермной поверхности называется плотность теплового потока [Вт/м*2]: q = = -λ = -λgradt …(6) Уравнение (5) и (6) – математические выражения основного закона теплопроводности – закона Фурье. Проекция вектора q на оси: = -λ ; = -λ ; = -λ Количество Q, проходящее в единицу времени через изотермную поверхность F называется тепловым потоком [Вт]. Q = = dF …(7)

Полное количество Q через F за время : τ Полное количество Q через F за время : τ = ...(8) 4.Коэффициент теплопроводности. → является физическим параметром вещества, характеризующим его способность проводить Q. Из уравнения (5): λ = …(9) Численно равен количеству Q, проходящему в единицу времени τ Через единицу изотермной поверхности при qradt = 1 . Фи определяется из справочных таблиц (они получены из экспериментов). Наихудший проводник – ГАЗЫ.  λ↑ с ↑ t и составляет λ = 0,006 … 0,6 Вт/(м*град) 0,6 – относится к гелию и водороду, для воздуха – λ = 0,0244 Вт/(м*град) – при t=0 °С, Для жидкости  λ= 0,07 … 0,7 и ↓ с , °С Металлы – наилучшие проводники Q.  λ=20…418 Вт/(м*К). Самый теплопроводный металл – серебро. Для большинства металлов λ↓ с ↓ t °C, и из-за примесей. Материалы с λ < 0,25 / 5 Вт/(м*К) – применяется обычно для тепловой изоляции – называется теплоизоляционными.

Большинство из них имеют пористое строение, что не позволяет их рассматривать как сплошную среду. Большинство из них имеют пористое строение, что не позволяет их рассматривать как сплошную среду. Λ таких материалов – условная величина, характеризует перенос Q, как теплопроводностью, так и конвекцией и излучением через заполненные газом поры. λ↑ при ↑ объёмной доли материала, так как λ газов маленькое. При ↑ размеров пор => Ухудшение теплоизоляции, так как появляются конвективные точки. λ пористых ↑ с ↑ t , °C, и с ↑ φ влажность материала. Табл.Теплопроводность твёрдых тел, Вт/(м*К)

Таблица 1.1. Теплопроводность λ некоторых веществ и материалов. Таблица 1.1. Теплопроводность λ некоторых веществ и материалов.