Основы теплопередачи

Тепловые процессы – это технические процессы, скорость которых определяется скоростью отвода или подвода тепла.

- основное уравнение теплопередачи

- движущая сила – разность температур между горячим и холодным теплоносителем – телами, участвующими в теплообмене (хладоагент).

Типы тепловых процессов.

Нагревание, охлаждение, конденсация, испарение (выпаривание).

- количество тепла, передаваемого от теплоносителя к хладоагенту; определяется из теплового баланса.

II типа тепловых балансов (внутренний и внешний).

Если С₁ и С₂ – const и нет тепловых потерь (3-5% Q_пол)

I: .

Необходимо учитывать, что C=f(T).

II:

Или → энтальпии находят из таблицы

Необходимо учитывать тепло, выделенное или поглощенное при физических или химических превращениях.

Для насыщенного пара:

Для перегретого пара:

К – коэффициент теплопередачи (коэф. скорости).

Наибольшие трудности возникают при определении К, так как он зависит от характера и скорости движения теплоносителей, от условий теплообмена.

Для всей поверхности:

Отсюда: .

Кинетика теплопередачи.

Определение К и – основное содержание раздела о теплопередаче, как науки о процессах распространения тепла.

Тепло может распространяться тремя различными элементарными способами:

А) теплопроводность – перенос тепла вследствие беспорядочного теплового движения микрочастиц, непосредственно соприкасающихся друг с другом. Тепловая энергия передается вследствие колебательного движения (атомов в кристаллической решетке твердых тел), движения молекул (газы, капли жидкости). Это основной способ распространения тепла в твердых телах.

Б) конвекция – перенос тепла вследствие движения и перемешивания макроскопических объемов газа или жидкости.

Бывает:

- естественная конвекция, обусловленная разностью плотностей (нагретых и холодных частиц), возникающей вследствие разностей температур. Определяется физическими свойствами жидкости или газа, объемом и разностью температур.

- вынужденная конвекция – при принудительном движении всего объема жидкости или газа насосом или вентилятором.

Определяется свойствами жидкости или газа, скоростью, формой и размерами канала движения.

В) тепловое излучение – процесс распространения тепла в виде электромагнитных волн. Лучистый теплообмен складывается из процессов лучеиспускания и лучепоглащения.

На практике в большинстве случаев встречается 2-3 способа одновременно, т.е. сложный теплообмен. Хотя один из них преобладающий.

Виды сложного теплообмена:

А) теплоотдача – перенос тепла от стенки к жидкости и обратно (конвекция + теплопроводность + излучение).

Б) теплопередача – еще более сложный перенос тепла от одного теплоносителя к другому через разделяющую их стенку (конвекция + теплопроводность + излучение).

Передача тепла теплопроводностью

Основной закон – закон Фурье:

.

Количество тепла, переданного теплопроводностью, пропорционально температурному градиенту, времени и площади сечения, перпендикулярного направлению теплового потока:

« - » в сторону уменьшения температуры.

показывает, какое количество тепла проходит вследствие теплопроводности через единицу поверхности в единицу времени при разности температур в 1 град. на единицу длины нормали к изотермической поверхности.

Коэффициент теплопроводности является физической константой и зависит от природы, агрегатного состояния вещества (а также от температуры и давления).

Наилучшие проводники тепла – металлы:

медь ;

угл. сталь 40-45 ;

лег.сталь ;

теплоизоляц. материал 0.01-0.1;

жидкости 0.1-0.6;газы 0.005-0.15.

Теплоизоляционные материалы – высокопористые (90-95 % объема), тв.тела, обладающие очень малым