Раздел 2. Тепломассообмен

Раздел содержит 4 темы. Предусмотрено выполнение двух лабораторных работ, задач контрольной работы, 8 тренировочных тестов и 15 контрольных тестов. Максимально воз-можное число баллов рейтинговой системы составляет 32 баллов для очно-заочной и для заочной форм обучения.

Тепломассообмен – это самопроизвольный необратимый процесс переноса теплоты и массы в пространстве с неоднородным полем температуры и неоднородным составом газовой или жидкой среды. Внутренняя энергия тел, имеющих более высокую температуру, убывает, а энергия тел с меньшей температурой увеличивается. Самопроизвольный процесс переноса теплоты в пространстве возникает под действием разности температур и направлен в сторону уменьшения температуры. В природе существуют три основных способа переноса теплоты: теплопроводность, конвекция и тепловое излучение.

Теплопроводность – молекулярный перенос теплоты при непосредственном соприкосновении молекул, атомов, ионов, свободных электронов с различными температурами. В чистом виде теплопроводность имеет место в твердых телах и неподвижных слоях жидкости и газа.

Конвекция – процесс переноса теплоты, вещества, количества движения при перемещении в пространстве объемов жидкости или газа из области с одной температурой в область с другой температурой. Конвективный перенос теплоты всегда происходит вместе с теплопроводностью.

Тепловое излучение – процесс распространения теплоты электромагнитными волнами. При этом внутренняя энергия тела (среды) переходит в энергию излучения. Тепловое излучение определяется только температурой и оптиче-скими свойствами излучающего тела.

В природе и технике элементарные процессы распространения теплоты – теплопроводность, конвекция и тепловое излучение – часто происходят сов-местно.

Теплопередача – процесс теплообмена между двумя средами (жидкостью, газами) через разделяющую их поверхность, который осуществляется совмест-ным действием теплопроводности, конвекции и теплового излучения. Парогене-рирующие трубы котельного агрегата, например, получают теплоту от проду-ктов сгорания топлива в результате радиационно-конвективного теплообмена. Через слой наружного загрязнения, металлическую стенку и слой накипи теплота передается теплопроводностью. От внутренней поверхности трубы к омывающей ее воде теплота переносится теплоотдачей.

Процессы теплообмена могут происходить в различных средах, чистых веществах и разных смесях, при изменении и без изменения агрегатного состояния жидкостей и т. д. В зависимости от этого теплообмен протекает по-разному и описывается различными уравнениями.

Участвующий в процессах тепломассообмена перенос массы вещества возникает при наличии разности концентраций данного вещества в рассмат-риваемых точках. Способы переноса массы, как и теплопереноса, могут быть различными. Если масса переносится только за счет движения атомов и молекул, то такой процесс называется диффузией. Более интенсивно диффузия протекает в газах, чем в жидкостях и твердых телах. В жидкостях и газах наряду с диффузией возможен и конвективный массоперенос за счет перемещения макроскопических объемов.