Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
1160.pdf
Скачиваний:
20
Добавлен:
15.11.2022
Размер:
10.8 Mб
Скачать

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Пермский государственный технический университет»

А.И. Цаплин

ТЕПЛОФ ИЗИКА В М ЕТАЛЛУРГИИ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия

Издательство Пермского государственного технического университета

2008

УДК 536.7: 621.036 ББК 22.3

Ц25

Рецензенты:

доктор физико-математических наук, профессор кафедры прикладной математики и информатики Пермского государственного университета Е.Л. Тарунин,

кандидат физико-математических наук, доцент кафедры общей физики Пермского

государственного технического университета Н.А. Вдовин

Цаплин, А.И.

Ц25 Теплофизика в металлургии: учеб, пособие / А.И. Цаплин. - Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2008. - 230 с.

ISBN 978-5-398-00043-6

Рассмотрены основы теплофизики, необходимые для изучения дисциплин в техническом вузе при подготовке бакалавров по направлению «Металлургия». Да­ на математическая формулировка задач сложного теплообмена, в том числе при фазовых переходах, рассмотрены основы теории подобия, а также основы вычис­ лительного компьютерного эксперимента с применением нейтральных разностных схем. Приведены примеры и вопросы для самостоятельного изучения.

Предназначено для студентов технических вузов. Может быть полезно для ас­ пирантов и преподавателей вузов.

УДК 536.7: 621.036 ББК 22.3

Изданов рамках приоритетного национального проекта «Образование» по программе Пермского государственного технического университета «Создание инновационной системы формирования профессиональных компетенций кадров

и центра инновационного развития региона на базе многопрофильного техническо­ го университете»

ISBN 978-5-398-00043-6

© ГОУВПО

 

«Пермский государственный

 

технический университет», 2008

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................

6

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ТЕПЛО- И МАССООБМЕНА.......

9

1.1. Роль тепло-и массообмена в металлургии...............................................

9

1.2. Фазовые и структурные переходы в металлах........................................

16

1.3. Виды теплообмена........................................................................................

18

1.4. Основные понятия и определения.............................................................

20

1.5. Законы молекулярного тепло- и массообмена........................................

23

1.6. Законы конвективного теплообмена.........................................................

27

1.7. Законы теплообмена излучением...............................................................

28

Вопросы для самоконтроля........................................................................

35

2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ФОРМУЛИРОВКА КРАЕВОЙ

 

ЗАДАЧИ КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА..........................................

37

2.1. Дифференциальное уравнение неразрывности.......................................

37

2.2. Дифференциальное уравнение переноса энергии...................................

39

2.3. Дифференциальное уравнение движения................................................

43

2.4. Дифференциальное уравнение теплоотдачи в пограничном слое........

47

2.5. Условия однозначности

49

2.6. Приближение Буссинеска в задачах тепловой конвекции.....................

53

2.7. Постановка задачи тепловой конвекции

 

в динамических переменных......................................................................

55

2.8. Постановка задачи тепловой конвекции

 

в переменных завихренность-функция тока...........................................

57

Вопросы для самоконтроля........................................................................

59

3. ЗАДАЧИ ТЕПЛООБМЕНА ИЗЛУЧЕНИЕМ..................................................

60

3.1. Теплообмен между телами, произвольно

 

расположенными в пространстве..............................................................

60

3.2. Эффективное излучение.............................................................................

63

3.3. Теплообмен между параллельными бесконечными пластинами.........

64

3.4. Теплообмен излучением между телами,

 

одно из которых заключено внутри другого..................................

66

3.5. Экранирование как способ защиты от теплового излучения.......

68

3.6. Особенности излучения и поглощения энергии газами................

71

3.7. Сложный (радиационно-конвективный) теплообмен....................

77

 

79

Вопросы для самоконтроля...............................................................

 

4. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ФОРМУЛИРОВКА КРАЕВОЙ ЗАДАЧИ

 

 

80

ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ..........................................................................

 

4.1. Дифференциальное уравнение теплопроводности.......................

80

4.2. Краевые условия.................................................................................

85

4.3. Безразмерная формулировка краевой задачи теплопроводности

88

Вопросы для самоконтроля..............................................................

90

5. ЗАДАЧИ СТАЦИОНАРНОЙ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ.....................

91

5.1. Теплопроводность плоской стенки..................................................

91

5.2. Теплопередача через плоскую стенку

96

5.3. Теплопередача через ребристую стенку.........................................

100

5.4. Теплопроводность цилиндрической стенки.................................

102

5.5. Теплопередача через цилиндрическую стенку.............................

105

5.6. Расчет тепловой изоляции...............................................................

106

5.7. Теплопроводность тел с внутренними источниками тепла.......

108

Вопросы для самоконтроля.............................................................

112

6. ЗАДАЧИ НЕСТАЦИОНАРНОЙ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ..............

ИЗ

6.1. Постановка задач нестационарной теплопроводности................

113

6.2. Теплопроводность плоской стенки. Аналитическое решение....

114

6.3. Метод регулярного теплового режима..........................................

121

Вопросы для самоконтроля............................................................

123

7 ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПОДОБИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЯ

 

ЯВЛЕНИЙ ТЕПЛО- И МАССООБМЕНА...........................................

124

7.1. Условия подобия процессов тепло- и массообмена....................

124

7.2. Критерии подобия............................................................................

128

7.3. Безразмерная формулировка краевой задачи

 

конвективного теплообмена...........................................................

133

7.4. Консервативная форма уравнения переноса................................

138

Вопросы для самоконтроля............................................................

139

8. ЗАДАЧИ КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА............................................

140

8.1. Теплообмен при вынужденном движении теплоносителя в каналах ...

140

8.2. Теплообмен при вынужденном обтекании труб.......................................

145

8.3. Теплообмен при свободном движении теплоносителя

 

в неограниченном объеме............................................................................

151

8.4. Теплообмен при свободной конвекции в ограниченном объеме............

155

Вопросы для самоконтроля.........................................................................

159

9. ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОС ПРИ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДАХ......................

160

9.1. Математическая формулировка задачи теплопроводности при

 

плавлении-затвердевании металла.............................................................

160

9.2. Затвердевание плоского слоя......................................................................

161

9.3. Метод сквозного счета в задачах теплопроводности

 

при структурных и фазовых переходах.....................................................

163

9.4. Приближенный учет конвекции жидкого ядра

 

кристаллизующегося слитка........................................................................

167

Вопросы для самоконтроля..........................................................................

168

10. ОСНОВЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА В ЗАДАЧАХ

 

ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА...............................................................................

169

10.1. Основные понятия метода сеток...............................................................

169

10.2. Схемы аппроксимации уравнения переноса............................................

173

10.3. Анализ ошибок.............................................................................................

179

10.4. Способы аппроксимации конвективных членов.....................................

189

10.5. Устойчивость...............................................................................................

191

10.6. Аппроксимация граничных условий

194

10.7. Расщепление многомерного уравнения переноса..................................

200

10.8. Решение уравнения Пуассона...................................................................

204

10.9. Разностное уравнение как матричное уравнение..................................

206

10.10. Метод прогонки........................................................................................

207

10.11. Метод редукции........................................................................................

212

10.12. Метод последовательной линейной верхней релаксации...................

217

10.13. Алгоритм решения сопряженных уравнений конвективного

 

теплообмена..................................................................................................

220

10.14. Локальное и интегральное числа Нуссельта.........................................

225

Вопросы Для самоконтроля....................................................................

227

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.......................................................................................

229

Оптимизация технологических процессов в металлургии, связанных с переносом и использованием тепловой энергии, предъявляет все более сложные требования к расчету тепломассообмена. Для технологических схем, например, получения литого металла, в которых необходимость отво­ да или перераспределения тепла раньше вообще не принималась во внима­ ние или учитывалась упрощенно с использованием эмпирических соотно­ шений теории подобия, теперь требуется применение достаточно точных методов теплового расчета.

Детальное описание конвективного тепломассообмена, обеспечиваю­ щее надежное совпадение расчетных данных с результатами эксперимен­ тов, возможно на основе использования сопряженной системы дифферен­ циальных уравнений, описывающих перенос энергии, массы, импульса, а также хорошо подтверждающейся на практике гипотезы пограничных слоев в уравнении теплоотдачи. Такая система сопряженных уравнений мо­ жет быть реализована для конкретных задач на основе современного вычис­ лительного эксперимента с компьютером.

Основная идея решения на компьютере неравновесных задач тепло­ массообмена заключается в замене исходных дифференциальных уравне­ ний и краевых условий, описывающих теплообмен, конечно-разностными аналогами и в последующем решении алгебраических уравнений с неиз­ вестными значениями определяемых функций в узлах сетки.

Однако численные методы только кажутся простыми и оптимистич­ ными, их применение порождает новые требования и проблемы. Одной из таких проблем является спектр неизбежных ошибок округления, ап­ проксимации, схемных ошибок, которые искажают решение, сглаживая неоднородности, проявляясь в виде фиктивных источников, стоков и т.д. Уменьшение этих ошибок - непростая задача. Так, например, сгущение конечно-разностной сетки, приводящее к снижению ошибок аппрокси­ мации, одновременно может приводить к возрастанию ошибок округле­ ния и схемных ошибок. Применение нейтральных (по отношению

к спектру ошибок) конечно-разностных схем к уравнениям тепломассопереноса позволяет не только удовлетворять требованиям адекватности вычислительного эксперимента, но и повышать устойчивость счета, эф­ фективность вычислительного алгоритма.

Проведение теплофизических расчетов предполагает знание законов тепломассообмена, инженерных методов расчета, основанных на теории подобия и моделирования. Поэтому в учебном пособии последовательно излагаются в соответствии с существующим образовательным стандартом подготовки бакалавров по направлению «Металлургия» законы теплопро­ водности, диффузии, конвективного теплообмена и теплообмена излучени­ ем. Даны аналитические решения простейших задач, рассмотрены извест­ ные инженерные методы расчета теплообмена, приведены примеры опре­ деления расходов тепла. Рассмотрены различные постановки задач теплофизики формирования слитка с учетом фазовых и структурных пере­ ходов.

Значительное внимание уделяется технологии решения задач теплооб­ мена на компьютере. Рассматривается общий алгоритм решения задач теп­ ломассообмена, обсуждаются проблемы аппроксимации, устойчивости. Показано, что многомерные задачи конвективного теплообмена могут быть сведены на основе идеи расщепления к последовательному решению одно­ мерных задач. Описаны эффективные методы решения сеточных уравне­ ний, а также даны прошедшие практическую проверку фортран-программы их реализации.

Основная задача учебного пособия состоит в том, чтобы в рамках курса общей физики не только познакомить студентов технического университе­ та с основами теплофизики для металлургов, но и побудить у них интерес

кметодам вычислительного эксперимента на компьютере, к пониманию

иумению оценки спектра ошибок, примененяя известный программный продукт и разрабатывая собственные программы для решения конкретных задач.

Небольшой объем учебного пособия обусловил ограничения при изло­ жении обширных вопросов теплофизики в металлургии и заставил прибег­ нуть к физическому уровню строгости изложения. Сознательный уход от подробного математического обоснования позволил акцентировать внима­ ние на постановке задач и основных проблемах практического решения. Уг­ лубленное изучение предмета можно продолжить, пользуясь приведенным списком литературы.

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ

ТЕПЛО- И МАССООБМ ЕНА

1.1. Роль тепло- и массообмена в металлургии

Для металлургии как отрасли хозяйствования характерны две осо­ бенности. Во-первых, масштабы производства металлов и сплавов выве­ ли металлургию по потреблению энергетических ресурсов на одно из первых мест среди других отраслей. Во-вторых, технологические про­ цессы в металлургии, связанные с переработкой сырья и получением ко­ нечных продуктов, протекают при повышенных температурах. Инжене- ру-металлургу приходится решать широкий спектр задач - от подготов­ ки шихты, выплавки металла, получения качественной готовой продукции до решения экологических проблем снижения уровня тепло­ вого и химического загрязнения окружающей среды.

Одним из важнейших этапов в этом спектре задач является получение качественного слитка. Именно при затвердевании происходит формиро­ вание кристаллической структуры слитка, возникновение в нем физиче­ ской и химической неоднородности и других дефектов, переходящих в го­ товые изделия. По сравнению с разливкой в изложницы значительно по­ высить производительность и выход годной продукции позволяет переход к непрерывному литью металлов. Технология производства слитков на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) состоит в том (рис. 1.1), что расплав из промежуточного ковша подается в верхнюю часть кристалллизатора, где при интенсивном первичном охлаждении затвердева­ ют лишь поверхностные слои металла, поэтому вытягиваемый слиток имеет под кристаллизатором не затвердевшую часть (жидкое ядро) и вы­ сокую температуру поверхности. Сформировавшаяся твердая корка слит­ ка, способная выдержать ферростатическое давление столба жидкой стали высотой 1... 1,5 м, имеет толщину на выходе из кристаллизатора 2.. .4 см. Затвердевающий слиток непрерывно извлекается из кристаллизатора при

еле чего слиток перемещается в гори­ зонтальной плоскости, разрезается на мерные заготовки и поступает в даль­ нейший передел.

Процессы формирования стального слитка протекают при высоких темпера­ турах, при больших градиентах темпера­ тур как в самом слитке, так и в элемен­ тах технологического оборудования, со­ провождаются фазовыми и структурны­ ми превращениями, появлением темпе­ ратурных напряжений, которые приво­ дят к появлению трещин и других де­ фектов.

 

На рис. 1.3 показано температурное

 

поле и возникающие в твердой фазе тер­

Рис. 1.3. Изотермы (слева)

моупругие напряжения в растущем плос­

ком слое, моделирующем затвердевание

и термоупругие напряжения при

стального сляба от его поверхности до

кристаллизации и остывании

плоского слитка

плоскости симметрии. При температуре

 

выше изотермы ликвидуса (1773 К) ме­

талл находится в жидком состоянии. В интервале температур ликвидуса и солидуса (1703 К) - двухфазное состояние стали. При температуре ниже солидуса металл находится в твердом состоянии. На расстоянии 6,5 м по технологической линии непрерывного слитка затвердевание завершается, однако температурное поле остается неоднородным. Видно, что в слитке с неизотермической поверхностью у границы затвердевания (изотерма соли­ дуса) появляются сжимающие температурные напряжения, которые ком­ пенсируются растяжением поверхностных слоев слитка. После окончания затвердевания в процессе остывания слитка напряжения перераспределя­ ются: растянутой становится его центральная часть и сжатой - поверхность. Появление растягивающих напряжений в осевой зоне после окончания кри­ сталлизации типично для непрерывных слитков и приводит на практике к возникновению центральных (паукообразных) трещин, которые не залечи­ ваются при дальнейшей обработке слитка давлением.

Температурные градиенты и напряжения в твердой фазе умень­ шают не только выбором рациональных режимов охлаждения поверх-

ности слитка, но и увеличением теплоотдачи на фронте кристаллиза­ ции от жидкого ядра. На рис. 1.4 показана схема перемешивания жид­ кого ядра слитка в кристаллизаторе специальным рабочим телом - вращающимся активатором, вводимым в расплав. Охлаждение погру­ женного в расплав активатора приводит к образованию на его поверх­ ности гарнисажа - тонкой корки затвердевшего металла. Тепловая эрозия гарнисажа струей подаваемого расплава приводит к уменьше­ нию перегрева последнего и образованию из обломков дендритов но­ вых центров кристаллизации неориентированно растущих кристал­ лов. Циркуляция расплава в жидком ядре в виде торообразных вихрей (вихри Тейлора) приводит к снижению температурных градиентов.

Потоки расплава в жидком ядре приводят не только к уменьше­ нию температурных градиентов, но и к переносу легирующих компо­ нентов примесей по всему объему слитка. Явление неоднородного распределения примесей в объеме слитка называется сегрегацией при­ меси. На рис. 1.5 показан пример неоднородного распределения при­ меси в жидком ядре непрерывного горизонтального слитка. Полый слиток вытягивается из неподвижного кристаллизатора длиной Ь2 и дорна длиной L\ с постоянной скоростью W. Течение в жидком ядре слитка симметрично относительно вертикального диаметра. Частицы расплава, охлаждаясь у границ затвердевания, опускаются в нижнюю часть слитка, образуя зоны нисходящих потоков. Восходящие потоки имеют место в центральной части жидкой фазы. Свободная конвекция приводит к искривлению изотерм: более теплые слои расплава скап­ ливаются в верхней части слитка, а холодные - в нижней с образова­ нием здесь застойной зоны.

Потоки расплава вызывают и неосесимметричное распределение примеси: обогащенные примесью слои расплава опускаются в ниж­ нюю часть жидкого ядра. Нерастворимая в твердой фазе примесь (в данном случае углерода) вытесняется в расплав, что приводит к воз­ никновению у границ затвердевания диффузионных погранслоев, обогащенных примесью. Вращение слитка в процессе его вытягива­ ния позволяет достичь положительных металлургических эффектов.

Дальнейший прогресс в производстве качественной металлопро­ дукции связан с разработкой агрегатов, в которых совмещены МНЛЗ и устройства дальнейшего передела слитка - прокатные станы. Такие совмещенные агрегаты позволяют значительно экономить тепловую

и

Рис. 1.5. Схема получения горизонтального слитка (слева), поля функции тока и окружной скорости (в центре), концентрации примеси и температуры

энергию за счет сокращения промежуточных подогревов слитка

впрокатных станах.

Всовременных технологических процессах бесслитковой прокатки

корочки металла намораживают из расплава непосредственно на вал­ ках-кристаллизаторах и обрабатывают давлением. Этим достигается дальнейшая минимизация тепловых потерь и энергоресурсов.

Для активного воздействия на процесс кристаллизации слитка при­ меняют электромагнитное перемешивание его жидкого ядра. Вводимая извне энергия электромагнитного поля расходуется на измельчение пер­ вичного литого зерна, повышение степени физической и химической не­ однородности слитков, улучшение их поверхности. Устройства электро­ магнитного перемешивания разнообразны как по виду применяемых электромагнитных полей (бегущих, вращающихся, пульсирующих), так и по способу конкретной технической реализации. Перспективными с точки зрения экономии вводимой в тело слитка энергии следует при­ знать резонансные режимы перемешивания, при которых частота элек­ тромагнитного поля совпадает с частотой собственных колебаний жид­ кого ядра слитка.

Масштабы и характер металлургических процессов производства слитков неразрывно связаны с необходимостью постоянного совершен­ ствования конструкций металлургических агрегатов, режимов их рабо­ ты, повышения качества продукции и снижения расхода подводимой энергии.

Врешении этих задач особая роль принадлежит теплофизике - нау­ ке о переносе тепловой энергии и массы вещества, позволяющей проник­ нуть в сущность физических явлений тепло- и массопереноса.

Впредлагаемом курсе лекций изложены основы теплофизики. Свое­ образие предлагаемого материала определяется образовательным стан­ дартом подготовки бакалавров по направлению «Металлургия». Данный курс является разделом общей физики и читается в вузе на втором году обучения. Поэтому лекции включают только фундаментальные, осново­ полагающие положения теплофизики, конкретизация и углубленное изучение предполагаются в специальных дисциплинах.

Вотличие от курсов лекций подобного типа в данном пособии дос­ таточно подробно описаны математические формулировки задач тепло-

имассообмена, а также методы вычислительного эксперимента на ком­ пьютерах и анализ спектра возникающих ошибок.

Курс лекций предназначен для студентов младших курсов, изучаю­ щих параллельно разделы общей физики, высшей математики, информа­ тики, однако приводимые здесь сведения могут оказаться полезными и для студентов старших курсов, аспирантов в их самостоятельной науч­ ной работе.

1.2. Фазовые и структурные переходы в металлах

Формирующийся металлический слиток является термодинамиче­ ской системой, которая может взаимодействовать с окружающей средой. Это взаимодействие проявляется в виде обмена массой и энергией. Систе­ ма называется открытой или закрытой в зависимости от того, обменива­ ется она с окружающей средой массой или не обменивается. Таким образом, непрерывный слиток, вытягиваемый из кристаллизатора, являет­ ся примером открытой системы, а слиток, затвердеваемый в изложнице, заполненной расплавом, - пример закрытой системы. Система, обмени­ вающаяся с окружающей средой тепловой энергией, называется нетепло­ изолированной. На части границы системы с окружающей средой тепло­ обмен может отсутствовать (например, на плоскости симметрии). Такая граница называется теплоизолированной или адиабатной.

Процессы, происходящие в термодинамической системе, называются неравновесными, если в результате протекания этих процессов система не находится в состоянии равновесия. Это состояние не может быть описано одним значением параметра состояния (температуры, концентрации при­ меси, давления). Здесь следует определять поля значений этих параметров в пределах системы. Процесс перехода термодинамической системы из неравновесного состояния в равновесное называется релаксацией, а время перехода в состояние равновесия - временем релаксации.

Термодинамическая система может быть гомогенной (однородной), обладающей одними и теми же свойствами, либо гетерогенной, состоя­ щей из нескольких разнородных частей в различных агрегатных или структурных состояниях. Гомогенные части гетерогенной системы, разде­ ленные видимыми границами, называются фазами. Переход вещества из одной фазы в другую (фазовый переход) связан с качественным изменени­ ем свойств вещества, его агрегатного состояния и сопровождается поэто­ му выделением или поглощением скрытой энергии фазового перехода. Терминология фазовых переходов представлена на рис. 1.6.

На рис. 1.7 показана фазовая диа­ грамма в координатах давление-темпе­ ратура. В интервале давлений и темпе­ ратур от тройной точки А , в которой все три фазы существуют одновременно, до критической точки К , выше которой су­ ществует только газовая фаза, сущест­ вование конкретной фазы зависит от па­ раметров состояния. Так, при изобар­ ном нагреве при давлении р х любое вещество переходит из твердой фазы в жидкую при температуре плавления /пл,

азатем из жидкой фазы в газовую при температуре испарения *11СП.

Втабл. 1.2 представлены удельные теплоты фазовых переходов при плавлении-затвердевании и конденсации-испарении для некоторых ма­ териалов при нормальных условиях.

 

 

 

 

Т а б л и ц а 1 .2

 

 

Удельная теплота фазовых переходов

 

 

 

при атмосферном давлении

 

Вещество

Плавление-затвердевание

Испарение-конденсация

п/п

t X

L , кДж/кг

Г,°С

Я, кДж/кг

 

1

Вода

0

334

100

2260

2

Железо

1536

272

2880

6726

3

Алюминий

660

400

2520

1074

4

Медь

1083

205

2543

4756

5

Магний

650

352

1107

5267

1.3. Виды теплообмена

Теплообменом или теплопередачей называют учение о самопро­ извольных необратимых процессах распространения теплоты в про­ странстве.

Различают три способа (механизма) распространения теплоты в про­ странстве:

теплопроводность (кондукция, диффузия);

конвекция;

тепловое излучение (радиация).

Явление теплопроводности состоит в переносе теплоты микроскопи­ ческими структурными частицами вещества (молекулами, атомами, элек­ тронами) в процессе их теплового движения в телах с неоднородным рас­ пределением температуры.

Механизмы теплопроводности:

в газах - вследствие обмена энергией при упругом соударении молекул, имеющих различную скорость теплового движения;

в жидкостях и твердых диэлектриках - путем непосредственной передачи теплового движения молекул и атомов соседним части­ цам вещества, передачей упругих волн колебаний кристалличе­ ской решетки;

в металлах - главным образом движением свободных электро­ нов, а также передачей колебаний кристаллической решетки.

Таким образом, в основе теплопроводности лежит молекулярный (кондукционный, диффузионный) механизм переноса тепла.

Явление конвекции наблюдается в текучих теплоносителях (жидко­ стях, газах) и состоит в переносе теплоты крупными (макроскопически­ ми) частицами вещества (молями). Конвекция сопровождается тепло­ проводностью.

Виды конвекции:

свободная - в неоднородном поле массовых или поверхностных сил, например, тепловая, термокапиллярная конвекция;

вынужденная - под действием внешних вынуждающих сил (пере­ пада давлений, электромагнитных сил, вибраций и пр.).

Теплообмен излучением (радиация) представляет перенос теплоты посредством электромагнитного поля. При этом происходит двойное превращение энергии: внутренняя энергия излучающего тела переходит в энергию электромагнитного поля, которая вновь переходит во внут­ реннюю энергию поглощающего тела. Особенность теплообмена излу­ чением: теплом могут обмениваться тела, разделенные вакуумом.

В природе все три вида переноса теплоты осуществляются одно­ временно. Их совокупность называют сложным теплообменом.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]