Введение

Теплопередача – это наука о процессах обмена тепловой энергией тел, имеющих различную температуру.

Обмен тепловой энергией, или теплообмен, вызывается разностью температур взаимодействующих тел. В соответствии со вторым законом термодинамики теплота сама собой переходит от более нагретого тела к менее нагретому. Переход теплоты в указанном направлении происходит до выравнивания температур тел, участвующих в теплообмене. При наступлении теплового равновесия теплообмен прекращается.

Теплообмен в общем случае является нестационарным (изменяющимся во времени). При одинаковой мощности источника тепловыделения и приемника теплопоглощения теплообмен может протекать при постоянных (не меняющихся во времени) температурах отдельных точек взаимодействующих тел (или частей одного и того же тела). Такой теплообмен называется стационарным [1, 2]. Стационарные процессы теплообмена и рассматриваются в предлагаемом лабораторном практикуме.

В теории теплопередачи исследуются три способа передачи теплоты: теплопроводностью, конвекцией и излучением. В технических системах передача теплоты чаще всего происходит не каким-либо одним, а одновременно двумя или тремя способами. Так, в твердых телах наблюдается лишь теплопроводность. В жидких (газообразных) возможна передача теплоты конвекцией и теплопроводностью (называемая конвективным теплообменом). Частным случаем конвективного теплообмена является теплоотдача, когда теплообмен происходит между потоком жидкости (газа) и поверхностью твердого тела.

Теплопроводность представляет собой перенос теплоты при непосредственном соприкосновении отдельных частиц соприкасающихся тел или частей одного и того же тела, имеющих разную температуру. Примерами передачи теплоты теплопроводностью являются передача теплоты в стенках трубопроводов, отопительных радиаторов, обмуровке котлов, наружных ограждений зданий и сооружений и т.д.

Под конвекцией понимают перенос теплоты при перемещении макрочастиц жидкости (газа) в пространстве из области с одной температурой в область с другой температурой. Под макрочастицами понимают минимальные группы молекул, не участвующие в броуновском движении. Примерами передачи теплоты конвекцией являются передача теплоты от нагретой жидкости стенке трубопровода, отопительного радиатора. От горячих дымовых газов – обмуровке котла, от нагретого воздуха помещений – ограждающим конструкциям и т.д.

Излучение – теплообмен путем распространения тепловой энергии в виде электромагнитных волн определенной длины (теплового диапазона). Является основным способом передачи теплоты от горящего факела топлива экранным трубам паровых и водогрейных котлов.

В ряде элементов теплоэнергетических установок происходят процессы теплообмена между жидкостями с различной температурой, разделенными твердой стенкой. Такие процессы получили название теплопередачи в узком смысле слова.

Процессы теплообмена могут происходить без изменения и с изменением агрегатного состояния участвующих веществ. В различных по конструкции технических устройствах могут протекать подобные в теплотехническом отношении процессы теплообмена. Они могут описываться одинаковыми уравнениями подобия [8], составленными на основе методов теории подобия и математического моделирования [7].