XV. Тепловые процессы, их роль в химтехнологии. Тепловые балансы. Теплопроводимость. Конвекция. Излучение. Пограничный слой. Подобие процессов теплоотдачи Основные определения

Процессы, скорость которых определяется скоростью подвода или отвода теплоты (нагревание, охлаждение, испарение, кипячение, конденсация), называют тепловыми.

Движущей силой тепловых процессов является разность более нагретого и менее нагретого тела. Аппараты, в которых осуществляются тепловые процессы, называются теплообменниками.

Различают 3 вида переноса теплоты теплопроводность, тепловое излучение, конвенция.

Теплопроводностью называют процесс распространения тепла между частицами тела, находящимися в соприкосновении, при этом тепловая энергия передается внутри тела от одних частичек к другим вследствие их колебательного движения. Процесс теплопроводности наблюдается в твердых телах. В подвижных средах (жидкость, газ) при турбулентном режиме движения потока молекулярный механизм переноса теплоты, т.е. теплопроводность, имеет существенное значение в тонких, пограничных с твердой стенкой слоях. При ламинарном движении потока или в неподвижной жидкости теплопроводность может быть основным видом переноса теплоты.

Явление конвекции состоит в том, что перенос теплоты осуществляется вследствие движения и перемешивания макроскопических объемов жидкости или газа. При этом большое значение имеют состояние или характер движения жидкости или газа. Различают естественную и вынужденную конвекцию.

Явление теплового излучения – это процесс распространения энергии с помощью электромагнитных колебаний. Источником этих колебаний являются заряженные частицы – электроны и ионы, входящие в состав излучающего вещества. Твердые тела и жидкости излучают волны всех длин, т.е. дают сплошной спектр излучения. При переносе тепла излучением тепловая энергия вначале превращается в лучистую, а затем обратно: встречая на своем пути какое-либо тело, лучистая энергия превращается в тепловую.

Процесс переноса теплоты от более нагретой среды к менее нагретой через разделяющую их стенку называют теплопередачей. Оба вещества, участвующие в теплопередаче, называют теплоносителями.

Различают установившийся и неустановившийся процессы теплопередачи. При установившемся (стационарном) процессе температура является функцией только системы координат и не зависит от времени (соответствует непрерывной работе аппаратов с постоянным режимом). При неустановившемся (нестационарном) процессе температура изменяется в пространстве и времени , например, аппараты периодического действия, периоды пуска и остановки аппаратов непрерывного действия.

Необходимым условием передачи тепла является неравенство температур в различных точках данного тела или пространства. Поэтому величина теплового потока, возникающего в среде, зависит от распределения температур в среде или характера температурного поля. Температурное поле - совокупность мгновенных значений температур во всех точках рассматриваемой среды.

Изотермическая поверхность представляет собой геометрическое место всех точек с одинаковой температурой. Изотермические поверхности не пересекаются друг с другом, замыкаются или кончаются на границах рассматриваемого тела.

Рассмотрим 2 близлежащие изотермические поверхности, температура первой – t , второй t + ∆t.

Предел отношения разности температур ∆t этих двух поверхностей к расстоянию по нормали между ними ∆l называют температурным градиентом.

– производная от температуры по нормали к изотермической поверхности.

Температурный градиент является мерой интенсивности изменения температуры в данной точке. Направление теплового потока всегда совпадает с направлением падения температуры в данной точке.

При наступает равновесие, и поток теплоты прекращается.