Теплопередача

Теплопередача – учение о процессах распространения или передачи тепла.

Передача тепла от одного тела к другому может происходить посредством теплопроводности, конвекции или лучеиспускания.

Передача тепла теплопроводностью осуществляется путем переноса тепла при непосредственном соприкосновении отдельных частиц тела. При этом энергия передается от одной частицы к другой в результате колебательного движения частиц, без их перемещения друг относительно друга.

Передача тепла конвекцией происходит только в жидкостях и газах путем перемещения их частиц. Перемещение частиц обусловлено движением всей массы жидкости или газа (вынужденная или принудительная конвекция), либо разностью плотностей жидкости в разных точках объема, вызываемой неравномерным распределением температуры в массе жидкости или газа (свободная, или естественная, конвекция). Конвекция всегда сопровождается передачей тепла посредством теплопроводности. Передача тепла лучеиспусканием происходит путем переноса энергии в виде электромагнитных волн. В этом случае тепловая энергия превращается в лучистую энергию (излучение), которая проходит через пространство и затем снова превращается в тепловую при поглощении энергии другим телом (поглощение).

Рассмотренные виды передачи тепла редко встречаются в чистом виде; обычно они сопутствуют друг другу (сложный теплообмен).

Тепловой баланс

Для передачи тепла в любой среде необходима разность температур (движущая сила процесса).

Пусть в аппарате происходит охлаждение горячего теплоносителя от t^гор₁ до от t^гор₂, то количество отданного тепла можно рассчитать по формуле:

Q^гор = G^гор c^гор(t^гор₁ - t^гор₂)

где - G^гор – количество горячего теплоносителя кг (моль)

С — удельная теплоемкость Дж/кг град (Дж/ моль град).

Удельная теплоемкость — это количество тепла, сообщаемое единице массы вещества (1 кг, 1 м³, 1 моль) для изменения его температуры на 1°С.

При этом происходит нагрев холодного теплоносителя от t^хол₂ до t^хол₁, то количество отданного тепла можно рассчитать по формуле

Q^хол = G^хол c^хол(t^хол₂ - t^хол₁)

В соответствии с законом сохранения энергии количество тепла отданного горячим теплоносителем равно количеству тепла принятому холодным теплоносителем, т.е.

Q^гор= Q^хол

Однако в реальных процессах часть тепла расходуется на теплообмен с окружающей средой (потери тепла). Тогда

Q^гор= Q^хол + Q^пот

В современных теплообменных аппаратах потери тепла обычно невелики и составляют не более 2—5 %.

При изменении агрегатного состояния вещества (плавление-кристаллизация, испарение-конденсация) изменения температуры не происходит, поэтому количество тепла принятое (отданное) может быть расчитано по формуле

Q = G r,

где r – теплота испарения(конденсации) Дж/кг (Дж/ моль).

Q = G q,

где q – удельная теплота плавления (кристаллизации) Дж/кг (Дж/ моль).

Рассчитать время для испарения 1 кг льда, взятого при температуре -20 С электрокипятильником мощностью 1 кВт.