Виды теплопередач

Излучение или радиация - это передача энергии (тепла) от одного тела другому с помощью электромагнитных волн.

Теплопроводность - это процесс переноса (перехода) энергии от более нагретого к менее нагретому участку тела в результате температурного движения и взаимодействия частиц. Большую теплопроводность имеют металлы: медь и серебро. Теплопроводность жидкостей невысокая, а у газов она ещё меньше, поэтому шерсть, меха и другие пористые тела, содержащие воздух, являются хорошим теплоизоляционным материалом. Теплопроводность накипи в 40 раз, а сажи в 200 раз ниже теплопроводности стальных сплавов и их наличие ухудшает теплопроводность поверхностей нагрева котлов и увеличивает потерю тепла. Процесс теплопередачи в энергетике осуществляется, в основном, от факела в топке через стенку металлических труб к котловой воде. В зависимости от материалов, участвующих в теплопередаче, толщины стенки, количества накипи и сажи величина передаваемого тепла будет различна, поэтому в расчетах применяется понятие коэффициента теплопроводности. Это количество тепла, которое передается в единицу времени от одного вещества другому через единицу площади при разнице температур на 1⁰С.

Конвекция - это перемешивание нагреваемой жидкости. При нагревании горячая воды, как более лёгкая, поднимается (всплывает) наверх, а холодная, как более тяжёлая, опускается вниз – происходит естественная циркуляция воды. Перенос тепловой энергии в энергетике, в частности, в теплосиловой установке, осуществляется рабочим теплом - теплоносителем. В котловых установках рабочим телом является горячая вода и водяной пар.

Вода и водяной пар

В виду большой теплоемкости воды (пара), её дешевизной и безвредностью, вода является наиболее рациональным теплоносителем. Недостаток воды - замерзание, способность фазового перехода при резких изменениях параметров, т.е. возникновение гидравлических ударов, способность растворять соли и улавливать газы, вызывающие накипь и коррозию. Вода не имеет цвета, запаха, не сжимается. Плотность равна 1000 кг/м³, температура кипения при нормальных условиях (при атмосферном давлении) 100⁰С; температура замерзания 0⁰С.

Переход жидкости (например воды) из жидкого состояния в газообразное называется парообразованием (испарение или кипение), а из газообразного в жидкое конденсацией.

Переход из жидкого состояния в твердое и наоборот - затвердевание и плавление.

Испарение происходит с открытой поверхности жидкости и зависит от условий над поверхностью: давления, влажности, ветра, температуры. При подводе тепла интенсивность испарения увеличивается и при определенной температуре вода закипает.

Кипение это процесс интенсивного испарения при подводе тепла по всему объёму жидкости в виде образующихся пузырьков пара и выхода их на поверхность.

Для поддержания кипения к жидкости необходимо подводить теплоту. Температура кипения жидкостей различна, и отлична у одной и той же жидкости в зависимости от давления.

При кипении теплота расходуется на изменение фазового состояния и поэтому температура жидкости не увеличивается, т.е. процесс кипения происходит при постоянной температуре, называемой температурой насыщения жидкости. Пар при температуре насыщения называется насыщенным, а при температуре нагрева более температуры насыщения - перегретым.

Весовая доля сухого пара в объёме насыщения называется степенью сухости, а весовая доля частиц жидкости в объёме пара называется степенью влажности или влажностью.

Насыщенный (влажный) пар содержит в себе частицы (капельки) жидкой фазы (воды).

Сухой пар не содержит в себе капельки воды и имеет степень сухости единицу (1,0).

Теплота парообразования это количество теплоты, необходимой для превращения одного килограмма жидкости в сухой пар.