Тепловая схема аэс
-
Основные процессы передачи теплоты (энергия, теория тепломассообмена, теория массообмена, теплота, теплообмен, теплопроводность, плотность теплового потока, конвективный теплообмен, теплоотдача, теплопередача, сложный теплообмен, массообмен, плотность потока вещества)
Энергия – общая количественная мера различных форм движения материи. Энергия связывает воедино все явления природы.
Теория тепломассообмена рассматривает процессы переноса тепловой энергии и массы в твердых, жидких и газообразных телах.
Теория массобмена – это наука о переносе массы за счет разности концентраций.
Теплота (как и работа) – форма передачи энергии.
Теплота – это универсальная форма энергии, возникающая в результате теплового хаотического движения микрочастиц (молекул, атомов, электронов). Тепловая энергия является универсальной, т.к. любая другая форма энергии (механическая, химическая, электрическая, ядерная и т.д.) может легко трансформироваться в теплоту.
Различные тела могут обмениваться внутренней энергией в форме теплоты, что количественно выражается первым законом термодинамики.
Теплообмен – самопроизвольный необратимый процесс переноса теплоты в пространстве с неоднородным температурным полем. Различают три элементарных вида теплообмена: теплопроводность, конвекция и тепловое излучение (лучеиспускание).
Теплопроводность – молекулярный перенос теплоты в сплошной среде под действием градиента температуры. В чистом виде встречается только в твёрдых телах. В диэлектриках и капельных жидкостях теплопроводность осуществляется за счёт упругих волн колебательного движения молекул (фононная теплопроводность); в металлах и сплавах – за счёт перемещения свободных электронов и колебания атомов; в газах – за счёт диффузии атомов и молекул.
Плотность теплового потока (количество теплоты проходящей в единицу времени через единицу площади изотермической поверхности) за счет теплопроводности прямо пропорционально градиенту температуры (гипотеза Фурье):
а для плоской однослойной стенки:
Конвективный теплообмен – перенос теплоты, обусловленный перемещением макроскопических объемов среды в пространстве, сопровождаемый теплопроводностью. Встречается только в движущихся средах.
Теплоотдача – конвективный теплообмен между движущейся средой и поверхностью.
Плотность теплового потока (количество теплоты отдаваемой единицей поверхности тела в единицу времени) прямо пропорциональна разности температур между температурой поверхности тела и окружающей среды (жидкости):
Последнее выражение – закон теплоотдачи Ньютона-Рихмана. Тепловое излучение (лучистый теплообмен) – теплообмен, обусловленный превращением внутренней энергии тела (излучателя) в энергию электромагнитных волн, распространением её в пространстве и поглощением этой энергии другим телом (поглощателем). Теплообмен излучением осуществляется в три этапа: первый – превращение внутренней энергии поверхности излучателя в энергию электромагнитных волн; второй – перенос электромагнитной энергии в пространстве; третий – поглощение электромагнитной энергии и превращение ее в тепловую энергию поверхности поглощателя. Перенос теплоты путём теплопроводности и конвекции возможны только при наличии вещественной среды. Лучистый теплообмен может осуществляться и в вакууме.
Теплопередача – перенос теплоты от одного теплоносителя к другому через разделяющую их стенку или перегородку. Совместный перенос теплоты за счёт теплопроводности, конвекции и лучеиспускания называется сложным теплообменом.
Массообмен – самопроизвольный необратимый процесс переноса массы данного компонента в пространстве с неоднородным полем концентрации. Плотность теплового потока за счет лучеиспускания прямопропорциональна разности четверых степеней абсолютных температур поверхностей излучателя и поглощателя (закон Стефана Больцма):
Плотность потока вещества (количество вещества, проходящее в единицу времени через единицу площади изоконцентрационной поверхности) прямо пропорциональна разности концентрации вещества у поверхности массообмена и вдали от нее:
