Тема 2.2. Тепло - и массообмен

Тема 2.2.1. Виды теплопередачи

Учение о теплообмене – это учение о процессах распространения тепла

Процесс передачи тепла происходит тогда, когда одно более нагретое тело обменивается теплом с другим менее нагретым телом.

Степень нагретости тела, называется его температурой, характеризует тепловое состояние тела, а поток энергии от одного тела к другому – тепловым потоком (Q).

t - величина скалярная и изменяется в ТК и tС;

Q – величина векторная и изменяется; Дж/с, Вт. Q направлен в сторону низких температур.

Плотность теплового потока: , Вт/м².

Совокупность значений температуры для всех точек, рассматриваемого тела в данный момент времени, называется температурным полем.

При изменении ТП в пространстве и во времени, температура будет функцией не только координат, но и времени:

Если ПТ не изменяется со временем, то тепловое состояние называется СТАЦИОНАРНЫМ, а производная от температуры по времени равна нулю:

При теплообмене всегда предполагается наличие системы тел, имеющих различную температуру.

Когда система состоит из двух тел, процесс называется ТЕПЛООТДАЧА.

Когда система состоит из трех и более тел, процесс называется ТЕПЛОПЕРЕДАЧА.

Теплообмен может, осуществляется тремя способами:

• теплопроводностью;

• конвекцией;

• излучением.

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ – это процесс последовательного распространения тепла, обусловленный тепловым движением молекул и свободных электронов в теле.

Q

t₁

t₂

Теплопроводность присуща всем твердым телам, в газах и жидкостях наблюдается лишь в очень тонких слоях. В твердых телах и жидкостях тело переносится упругими волнами. В металле – диффузия электронов. В газах – диффузия атомов или молекул.

КОНВЕКЦИЯ – происходит лишь в жидкостях, расплавах и газах, переносом тепла движущимися частицами жидкости или газа (от точки к точке).

Q

ИЗЛУЧЕНИЕ – процесс теплообмена, связанный с двойным взаимным превращением энергии (тепло – излучение - тепло). При этом энергия от нагревателя передается в виде электромагнитных волн, которые воздействуя на нагреваемое тело, преобразуется в его поверхностных слоях в тепло.

Q

В

т

металлургических печах встречаются обычно все виды теплопередачи.

т

Л+К

Л+К

т

Т+К

Л+К

Л+К

Л+К

Л – излучение;

К – конвекция;

Т – теплопроводность.

Тема 2.2.2. Передача тепла теплопроводностью в стационарных условиях

Теплопроводность связана с колебательным движением молекул и движением свободных электронов:

 - коэффициент теплопроводности; Вт/мК – показывает какое количество тепла передается с поверхности в 1м² на глубину 1м в единицу времени при разности температур в 1С.

По величине  все материалы делятся на три группы:

1. с высокой проводимостью (металлы и их сплавы);

 = 3605;

2. с малой проводимостью (огнеупорные и керамические материалы);

 = 50,6;

3. с очень малой проводимостью (газы);

 = 0,60,01.

При стационарном тепл. состоянии температура не меняется во времени, а изменяется только по оси х:

Т = (х).

Фурье установил зависимость между q и t по координате:

« – » показывает, что тепловой поток направлен в сторону противоположную градиенты температуры.