1. Назовите виды теплообмена в помещении. Какими законами и коэффициентами они характеризуются?

Перемещение теплоты всегда происходит от более теплой среды к более холодной. Процесс переноса теплоты из одной точки пространства в другую за счет разности температуры называется теплопередачей и является собирательным, так как включает в себя три элементарных вида теплообмена: теплопроводность (кондукцию), конвекцию и излучение. Таким образом, потенциалом переноса теплоты является разность температуры.

Тепловое излучение

Тепловое излучение представляет собой процесс выделения тепловой энергии при помощи электромагнитных волн. На этом принципе основана работа многих отопительных систем, включая обычные батареи.

Преимуществом теплового излучения является то, что ему не нужен теплоноситель для передачи энергии от источника к потребителю. Тепло попросту излучается в атмосферу, достигая предметов, которые находятся на расстоянии нескольких метров от источника, нагревая их. К достоинствам теплового излучения также можно отнести и то, что лишь незначительная его часть поглощается предметами - оно отражается от их поверхности и, таким образом, позволяет нагревать все поверхности в радиусе нескольких метров.

α_л - коэффициент лучистой теплоотдачи на поверхности стенки, Вт/м^{2. о}С.

Коэффициент теплоотдачи излучением, _л - физическая величина, численно равная количеству теплоты, передаваемой от одной поверхности к другой путем излучения при разности между температурой поверхностей, равной 1^оС.

Конвекция

Конвекция представляет собой процесс переноса теплоты в жидкостях или газах путем перемешивания самого вещества. При естественной конвекции нижние слои вещества нагреваются, становятся легче и всплывают, а верхние слои, наоборот, остывают, становятся тяжелее и погружаются вниз, после чего процесс повторяется снова и снова.

α_к - коэффициент конвективной теплоотдачи на поверхности стенки, Вт/м^{2. о}С.

Теплопроводность

Теплопроводность – это способность переноса тепла от горячих частей предмета к холодным. Когда физические тела одной системы находятся при разной температуре, то происходит передача тепловой энергии, или теплопередача от одного тела к другому до наступления термодинамического равновесия.

λ - теплопроводность материала, Вт/м. оС;

2. Лучистый теплообмен. Закон Стефана-Больцмана.

Лучистый теплообмен (радиационный теплообмен) – процесс переноса энергии, обусловленный превращением части внутренней энергии вещества в энергию излучения (испусканием электромагнитных волн, или фотонов), переносом излучения в пространстве со скоростью света и его поглощением веществом (обратным превращением энергии электромагнитных волн во внутреннюю энергию). При этом перенос излучения в материальной среде может сопровождаться поглощением и рассеянием, а также собственным излучением среды, Однако для лучистого теплообмена наличие материальной среды между телами не является необходимым, что принципиально отличает лучистый теплообмен от других видов теплообмена (теплопроводности, конвективного теплообмена). Передача теплоты излучением может происходить в различных областях спектра (в зависимости от температуры).

Для лучистого теплообмена имеет место ряд основных законов: закон излучения Планка, закон Вина, Стефана-Больцмана, Кирхгофа.

Закон Стефана-Больцмана устанавливает зависимость плотности интегрального полусферического излучения от температуры. Согласно этому закону количество тепла Q, излучаемого в единицу времени, пропорционально поверхности излучающего тела F и четвертой степени его абсолютной температуры Т

где С – коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом лучеиспускания.

Закон Стефана-Больцмана устанавливает связь между интегральной плотностью потока излучения E₀ и температурой тела:

E₀ = s₀T⁴,

где s₀ - постоянная Стефана-Больцмана. T – температура.

3.Назовите свойства лучистых потоков.

4. Что понимают под конвективным теплообменом, теплоотдачей? Специфика возникновения конвективных потоков в помещении. Определение теплового потока при конвективном теплообмене.

Теплообмен, осуществляющийся путем переноса теплоты вместе с переносом массы при движении жидкости или газа, называется конвективным теплообменом. В конвективном теплообмене можно выделить две составляющие: чистую конвекцию, т.е. перенос тепла только за счет переноса массы, и теплопроводность, т.е. молекулярный перенос тепла, который по-прежнему осуществляется в жидкости или газе.

Конвективная теплоотдача – это конвективный теплообмен между потоком жидкости или газа и соприкасающейся с ним поверхностью твердого тела. При расчете теплоотдачи используется закон Ньютона-Рихмана:

,

где t_pov – температура поверхности, с которой происходит теплообмен, t_sr – температура потока. В задачах конвективного теплообмена коэффициент теплоотдачи α является искомой величиной. Экспериментально он может быть определен как плотность теплового потока на границе поверхность-среда, отнесенная к разности их температур.

Конвекция возможна свободная (естественная) или вынужденная. Свободная конвекция возникает в результате неоднородного распределения плотности в объеме среды, находящейся во внешнем гравитационном поле. Вынужденная конвекция возникает под действием внешних сил, приложенных на границах объема жидкости или газа, за счет предварительно сообщенной кинетической энергии (насос, ветер, вентилятор)