4.1. Основные понятия о тепловой обработке

При тепловом режиме рабочее тело (газ, воздух, пар) воздействует на обрабатываемый материал. Это воздействие принято называть тепло- и массообменным процессом. Тепло- и массообменный процесс — законо­ мерная совокупность теплового и массообменного воз­ действия на материал (исходное сырье) с целью прида­ ния ему заданных свойств.

Тепловые и массообменные процессы проводят в спе­ циально предназначенных для этого устройствах: печах, сушилках, камерах тепловой обработки. Так как массо­ обменные процессы зависят от количества переданной теплоты материалу, то установки, в которых проходят тепло- и массообменные процессы, в целом принято на­ зывать тепловыми установками. Главное отличие тепло­ вой установки от любого теплообменного аппарата или теплового двигателя — использование в ней тепловой энергии для технологической переработки материала. Эффективность работы тепловой установки оценивается количеством полезно использованной в ней тепловой энергии.

4.2. Классификация способов тепловой обработки

Существует много способов тепловой обработки строительных материалов (изделий). Следует выделить два. Первым способом обрабатывают материалы, из ко­ торых не надо удалять влагу для придания им строи­ тельных свойств, например бетонные и железобетонные изделия, твердеющие только во влажных условиях, ибо при их твердении требуется влага для гидратации це­ мента.

Первый способ, предусматривающий тепловую обра­ ботку материалов с сохранением в нем влаги, назы­ вают тепловлажностным.

Вторым способом обрабатывают материалы, в кото­ рых тепловая обработка начинается с удаления влаги. Процесс удаления влаги из материала называют суш­ кой. Сушка может быть конечной стадией тепловой об­ работки (например, при получении теплоизоляционных, декоративно-акустических и гипсовых изделий, запол­ нителей бетона и др.) или промежуточной, сопровож­ дающейся последующей высокотемпературной обработ­

кой (например, при обжиге, вспучивании, спекании и плавлении).

Обжигу подвергают керамические и некоторые теп­ лоизоляционные изделия. Обжигом называют тепловую обработку изделия с целью придания ему заданных свойств в результате физико-химических превращений, проходящих в изделии при высоких температурах. Так, при обжиге кирпича-сырца за счет удаления влаги и сближения в результате этого частиц материала, вследствие фазовых и физико-химических превращений, а также частичного образования жидкой фазы изделие получает новые свойства.

Вспучивание применяют для получения высокопори­ стой структуры материалов с преобладанием закрытой пористости. Вспучиванием называют процесс увеличения объема сформованного изделия (или частиц материала), происходящий за счет внутреннего газовыделения при высокой температуре; так, например, получают керам­ зит— легкий заполнитель бетона.

Спекание применяют для получения высокопористой структуры материалов с преобладанием открытой по­ ристости. Спеканием называют соединение в конгломе­ рат сыпучего материала вследствие сжигания распреде­ ленного внутри его топлива при интенсивном просасывании воздуха. Например, при сжигании топлива внутри глиняной шихты за счет фазовых, физико-химических процессов, частичного газовыделения и прососа возду­ ха образуется спекшийся конгломерат, из которого пу­ тем дробления получают аглопорит — легкий заполни­ тель бетона.

Плавление. Для тепловой изоляции широко исполь­ зуют шлаковую и минеральную вату, получаемую раз­ личными методами из расплавленного шлакового или минерального сырья. Плавлением называют перевод ми­ нерального сырья из твердого в жидкотекучее состоя­ ние в результате теплового воздействия.

4.3. Влажный материал, подвергаемый тепловой обработке

Все материалы, подвергаемые тепловой обработке, представляют собой неоднородные (гетерогенные) систе­ мы, в которых одновременно присутствуют три фазы аг­ регатного состояния. Твердая фаза — основа структуры

изделия, жидкая фаза — вода, заполняющая поры ма­ териала, газообразная — воздух, пары воды и газы.

Газы могут быть продуктом химических реакций, происходящих в материале. Они также образуются в результате испарения воды или вовлечения воздуха при перемешивании массы и формовании изделий.

Влажные материалы в зависимости от их свойств де­ лят на три вида, условно называемые телами.

Первый вид — коллоидные тела. Они характеризуют­ ся сохранением эластичных свойств даже после удале­ ния из них влаги. Эти тела (например, желатин) в строи­ тельстве пока не применяются.

Второй вид — капиллярно-пористые тела. При удале­ нии влаги из таких тел они становятся хрупкими. К ним относятся кварцевый песок и древесный уголь.

Третий вид — капиллярно-пористые коллоидные тела. Для таких тел характерны процессы набухания и усад­ ки. При увлажнении они (за счет увеличения слоя воды между отдельными частицами) увеличиваются в разме­ рах— набухают. При отборе влаги эти тела уменьшают­ ся в объеме, претерпевают усадку. При погружении в жидкость они могут либо ограниченно набухать, либо растворяться в ней. К этому виду относятся все мате­ риалы, подвергаемые тепловой обработке.

Увлажнение материала и отбор от него влаги сопро­ вождают практически все технологические процессы (фор­ мование, сушку, тепловлажностную обработку и др.). Увлажняя материал или отбирая от него влагу мы из­ меняем его энергетическое состояние. Поэтому в техно­ логии широко используется энергетическая классифика­ ция форм связи влаги с материалом, предложенная ака­ демиком П. А. Ребиндером.

По этой классификации существуют три формы свя­ зи влаги с материалом.

ционной и осмотической. Адсорбционная влага захваты­ вается внешней поверхностью материала под действием некомпенсированного силового поля молекул, находя­ щихся на этой поверхности. Осмотическая влага прони­ кает в капиллярно-пористое коллоидное тело, состоящее из замкнутых пор, через стенки путем избирательной диффузии за счет сил осмотического давления.

Физико-химически связанная влага также достаточ­ но прочно удерживается материалом, однако для ее уда­ ления тратится значительно меньше энергии. Поэтому процесс удаления физико-химически связанной влаги идет при температурах, не превышающих 373 К.

Третья — физико-механическая связь влаги с мате­ риалом. Она осуществляется за счет влаги, заполняю­ щей макро- и микрокапилляры, а также влаги смачива­ ния. Макрокапилляры—капилляры с радиусом 10_5см— заполняются влагой только при непосредственном сопри­ косновении с водой, но не сорбируют влагу из воздуха. Микрокапилляры — с радиусом менее 10“5 см — вслед­ ствие сил капиллярного давления могут сорбировать влагу из воздуха. Влага смачивания связывается с ма­ териалом только при их непосредственном соприкосно­ вении.

Физико-механическая связь влаги с материалом — самая слабая, она нарушается даже при воздушном хра­ нении изделий. При парциальном давлении водяных па­ ров в окружающем воздухе меньшем, чем у поверхно­ сти материала, изделие будет отдавать влагу воздуху. При парциальном давлении водяных паров у поверх­ ности материала, меньшем чем в окружающем воздухе, изделие будет сорбировать влагу из воздуха.

Физическая модель влажного материала дана на рис. 4.1. Материал представлен твердым телом i, распо­ ложенными в нем микро-2 и макро-3 капиллярами, за­ полненными влагой. Внутри капилляров заключены пу­ зырьки воздуха 4.

Рассматривая такую модель материала, необходимо отметить, что в процессе тепловой обработки три фазы — твердая, жидкая, газообразная — в количественном от­ ношении все время меняются. Возьмем бетон и выделим частицу цементного клинкера, находящегося на поверх­ ности капилляра. Эта частица гидратируется. За счет гидратации возникают новообразования, например 2Ca0 -Si02-/zH20, 3Ca0 -Si0 2-/nH20 и др.

циклу. Сначала ее загружают материалом, затем про­ водят его тепловую обработку, после чего из установ­ ки выгружают готовую продукцию. Далее цикл повто­ ряется. В каждой пространственной точке рабочей ка­ меры периодически действующей установки температура изменяется во времени. Такой режим принято называть

нестационарным.

Установку непрерывного действия постоянно или с небольшим интервалом загружают материалом; его выгрузка также идет непрерывно или с интервалами. Материал продвигается по установке, в каждой ее точке или на каждом участке поддерживается определенная температура. Работа таких установок приближается к стационарному режиму. В практике такой режим на­ зывают стационарным или квазистационарным, т. е. при­ ближающимся к стационарному.

Принципиальная схема тепловой установки непре­ рывного действия дана на рис. 4.2. В тепловую установ­ ку 1 подается материал вагонеткой 3. Для его загрузки И выгрузки открывают двери 2 и б. Вагонетку заталки­ вают в установку, а из двери 6 выгоняют вагонетку с обработанными изделиями. После чего двери закры­ вают. Такая установка непрерывного действия будет за­ гружаться и разгружаться с небольшими интервалами.

Для обработки материала в установку через канал 4 подается рабочее тело (газообразные продукты горения топлива или нагретый воздух), которое принято называть теплоносителем. Отработанный теплоноситель отби­ рается через канал 5.

В такой непрерывно действующей установке органи­ зован с достаточным приближением для практических расчетов стационарный режим.

Работа установки заключается в следующем: тепло­ носитель, имеющий более высокую температуру, чем ма­ териал, отдает тепловую энергию материалу, и он на­ гревается. Теплоноситель охлаждается и уже отработан­ ный удаляется из тепловой установки. Для оценки ра­ боты тепловой установки составляют материальные и тепловые балансы.

Материальные балансы. В основу материальных ба­

В действительных условиях наблюдаются необрати­ мые потери массы: при транспортировке, удалении из материала влаги, за счет химических реакций, при кото­ рых выделяются газообразные продукты и др.

Обозначим эти потери SGn, тогда конечное уравне­ ние материального баланса можно записать в виде

Для расчета применяют уравнение (4.2). Материальные балансы составляют для всей уста­

новки непрерывного действия или для ее отдельной зоны, участка. Для периодической установки материаль­ ные балансы составляют либо на цикл работы, либо на единицу перерабатываемой массы материала.

Тепловые балансы. Согласно закону сохранения энер­ гии, количество введенной в процесс энергии равно ко­ личеству энергии, полученному в результате процесса. В тепловую установку за единицу времени поступает ма­ териал, содержащий тепловую энергию QMH и теплоно­ ситель, обладающий тепловой энергией QTH. Из установ­ ки за ту же единицу времени отводится отработанный

теплоноситель с содержанием тепловой энергии QTK и прошедший тепловую обработку материал с содержа­ нием тепловой энергии QMK.

Так как в тепловой установке температура, при ко­ торой происходит обмен теплотой между теплоносите­ лем и материалом, выше, чем в окружающей среде, то значительная часть теплоты через ограждения будет те­ ряться в окружающую среду (при открывании дверей и через неплотности установки, а также на нагрев транс­ портных устройств). Хорошая теплоизоляция огражде­ ний и их герметизация позволяют улучшить работу теп­ ловых установок. Потери теплоты каждой тепловой уста­ новкой уточняются в каждом конкретном случае.

Обозначим эти потери за ту же единицу времени Qn. Тогда уравнение теплового баланса для рассмотренной тепловой установки может быть записано

или в общем виде уравнение теплового баланса записы­ вается

за единицу времени для всей установки непрерывного действия либо для ее зоны (части). Тепловой баланс периодической установки составляют на цикл работы или на единицу перерабатываемой массы.

Тепловой баланс предназначен для анализа работы тепловых установок с целью установления их КПД и определения удельного расхода теплоты на единицу перерабатываемого материала, для чего необходимо из (4.3) подсчитать значение Qтн и отнести его к количест­ ву перерабатываемого материала GM

4.5. Особенности тепло- и массообмена

Обмен теплотой между теплоносителем и материа­ лом является только частью сложного процесса, проте­ кающего в тепловой установке. Под воздействием тепло­ ты и парциального давления водяных паров у поверх­

ности материала р'пм и в теплоносителе р \ влага либо испаряется с поверхности материала либо конденсирует­ ся на ней. В редких случаях (при р'амФр'-r) процесс теплообмена не сопровождается испарением или конден­ сацией влаги.

В общем случае, когда р'хтФр'т, процесс теплообме­ на сопровождается и процессом влагообмена между теп­ лоносителем и материалом. Пусть р'Пм>р'т, в этом слу­ чае с поверхности материала влага начнет испаряться, и она будет поглощаться (ассимилироваться) теплоно­ сителем. Место испаренной влаги из материала (поровое пространство) занимает влажный воздух из тепло­ носителя. Следовательно, материал кроме теплоты будет обмениваться с теплоносителем влагой и воздухом, т. е. идет процесс взаимодействия материала и теплоносите­ ля, называемый тепло- и массообменом.

Кроме тепло- и массообмена при тепловой обработ­ ке в материале происходят процессы термического рас­ ширения, ускоряются возможные химические реакции составляющих и протекают другие сопутствующие про­ цессы. В целом процесс тепловой обработки материала достаточно сложен, поэтому сначала рассмотрим основ­ ные определения, происходящие при тепло- и массообмене.

4.5.1. Основные определения

Для анализа условий тепло- и массообмена восполь­ зуемся тем же рис. 4.2. Пусть в установку поступает из канала 4 нагретый воздух с температурой Тв, которая выше температуры материала Ти, т. е. 7’в> ? „ . Парци­ альное давление водяных паров вблизи поверхности ма­ териала р'им больше парциального давления водяных паров в теплоносителе Р'В) т. е. р'пм^>р'в-

Несмотря на приближенно стационарный режим даже в одном сечении установки (например, в сечении KL) в ней наблюдаются неодинаковые температуры.

Выделим в сечении KL три слоя, условно обозначен­ ные а, Ь, с, и изобразим их отдельно (см. узел М). Слой, окружающий точку а, отдает теплоту материалу и, следовательно, должен иметь температуру несколько меньшую, чем температура у слоя Ь, который отдает теплоту слою а. Слой с обменивается теплотой со сло­ ем b и с другими слоями, причем крайний слой отдает

мой теплоты называют тепловым потоком. Тепловой по­ ток, отнесенный к единице поверхности, называют плот­ ностью теплового потока и обозначают qт. Градиент тем­ ператур, как и тепловой поток,— векторная величина. Учитывая, что теплота распространяется от более на­ гретых тел к менее нагретым, вектор qv на рис. 4.3 по­ казан в направлении от Т к Т—АТ. Вектор градиента температур VT принято изображать в направлении, противоположном направлению вектора qт.

Очевидно, что при расслоении температур в потоке должно существовать и расслоение влагосодержания d. В потоке имеется какое-то среднее парциальное давле­ ние водяных паров р'вп- С уменьшением температуры в потоке необходимо уменьшить парциальное давление водяного пара р'п, чтобы сохранить в воздушной среде установки ту же относительную влажность.

Возвращаясь к потокам нагретого воздуха, обтекаю­ щим точки а, Ь, с, с различной температурой в них (см. рис. 4.2), отметим, что парциальное давление водяных паров в слоях также должно быть неодинаково. Если

в первый период влага из теплоносителя конденсирует­ ся на поверхности изделия, т. е. парциальное давление водяных паров в точке а меньше, чем в точке Ь; р'ща)<.р'пф). Следовательно, в установке существуют ка­ кие-то поверхности, в которых парциальное давление будет одинаково и по аналогии с изотермическими по­ верхностями можно представить поверхности с равным парциальным давлением водяных паров (рис. 4.4).

За счет разности парциальных давлений слои нагре­ того воздуха будут обмениваться со слоем водяного пара. Причем водяной пар будет двигаться от слоев с большим парциальным давлением к слоям с меньшим парциальным давлением. Вектор потока водяного пара <7п, как и вектор градиента давления водяного пара Vp'n, показаны на рис. 4.4. Механизм расслоения тем­ ператур и влагосодержаний в потоке носит условный характер. В реальных условиях за счет скорости движе­ ния теплоносителя происходит естественная циркуляция, и такого резкого расслоения не наблюдается.

Мы условились, что в установку (см. рис. 4.2) по­ дается теплоноситель с парциальным давлением водя­ ных паров р'в, отличным от парциального давления во­

дяных паров вблизи поверхности материала р'ам. Сле­ довательно, кроме нагрева материала происходит про­ цесс обмена влагой между теплоносителем и влажным материалом. Причем этот процесс может идти как от нагретого теплоносителя к материалу, так и наоборот. Если р,пм>р'в, материал начнет отдавать влагу нагре­ тому теплоносителю. Процесс удаления влаги из мате­ риала называют его сушкой.

Если парциальное давление водяного пара у поверх­ ности материала р'пм меньше парциального давления водяного пара теплоносителя р'в, т. е. р'Пм<р'в. то теп­ лоноситель будет отдавать влагу материалу. В этом случае идет процесс увлажнения материала. Если р'т1 =р'в> влагообмен между материалом и теплоноси­ телем не происходит.

При отдаче влаги материалом его поры освобож­ даются. Место влаги (освобожденные поры) занимает газообразный теплоноситель. Наоборот, при конденса­ ции влаги на поверхности материала влага диффунди­ рует в поры материала, вытесняя из них газообразный теплоноситель и находившийся в них ранее воздух.

Вцелом переход вещества из одной фазы в другую через разделяющие их поверхности, или передвижение вещества в пределах одной фазы, называют массообмен­ ным процессом.

Вмассообменных процессах различают массоотдачу

имассопередачу. Под массоотдачей понимают перенос вещества в объеме одной фазы. Массопередачей назы­ вают переход вещества из одной фазы в другую через разделяющую их поверхность.

Врассмотренном на рис. 4.2 примере имеется две фазы: твердая — обрабатываемый материал и газооб­ разная— теплоноситель. Поверхностью раздела фаз яв­ ляется поверхность материала. Разность концентраций вещества в данном случае определяется разностью пар­ циальных давлений у поверхности материала водяного пара и теплоносителя. Следовательно, испарение влаги с поверхности материала или ее конденсация на поверх­ ности материала при соприкосновении с теплоносителем будет массопередачей между материалом и теплоноси­

телем. Движение влаги внутри материала, сопровождаю­ щееся вытеснением из пор материала воздуха, а также подсасыванием в поры материала теплоносителя или воздуха — массоотдача.

В дальнейшем, рассматривая массообменные пронес* сы, будем говорить только о движении влаги, движение воздуха внутри материала в этом случае будет подразумеваться как обязательное.

Практически массообмен происходит при всех видах тепловой обработки строительных изделий. Например, в процессе сушки влажных материалов влага с поверх* ности испаряется и ассимилируется теплоносителем, при этом влага внутренних слоев продвигается к поверхно­ сти испарения. В процессе тепловлажностной обработки пар конденсируется на более холодной поверхности из­ делий и увлажняет их с дальнейшим продвижением вла­ ги в центральные слои изделия. В процессах обжига, спекания, вспучивания и плавления при повышении тем­ пературы от 873 до 973 К сначала удаляется из материа­ ла в теплоноситель химически связанная влага, далее выгорают органические примеси, продукты горения пе­ реходят в теплоноситель и т. д. Поэтому в теплоносите­ ле, за счет которого происходит тепловая обработка, все время происходит обмен массы через поверхность обра­ батываемого материала.

Для того чтобы процесс массообмена между тепло­ носителем и поверхностью материала не прекращался, необходимо, чтобы масса (влага, продукты разложения) передвигалась от центральных слоев материала к его поверхности, т. е. чтобы проходил процесс массоотдачи. Способность тела (материала) пропускать массу к по­ верхности раздела фаз называется массопроводностью тела. Таким образом, процесс нагревания влажного тела (материала) теплоносителем сопровождается их массообменом. Поэтому процесс тепловой обработки влаж­ ных материалов и получил название процесса тепло- и массообмена.

Различают внешний и внутренний тепло- и массо­ обмен. Процесс взаимодействия теплоносителя с поверх­ ностью материала называют внешним тепло- и массообменом. Процесс распространения теплоты в теле мате­ риала, сопровождающийся его массоотдачей, называет­ ся внутренним тепло- и массообменом.

4.5.2. Виды теплообмена

Процесс передачи теплоты работающего в тепловой установке теплоносителя материалу может осуществлять­ ся соприкосновением и излучением. При непосредствен­

ном соприкосновении теплоносителя Ггаза, жидкости, пара) с твердым телом (материалом) передача ему теплоты осуществляется путем теплопроводности и кон­ векцииСовместная передача теплоты теплопроводностьЮ и конвекцией называют конвективным тепло­ обменом.

Теплообмен, обусловленный превращением внутрен­ ней энергии тела в энергию электромагнитных волн пе­ реносом ее и поглощением другими менее нагретыми те­ лами, называют теплообменом излучением.

Конвективный теплообмен зависит от природы дви­ жений теплоносителя. Различают свободное и вынуж­ денное движение теплоносителя. Свободным называют движение, которое возникает вследствие разности плот­ ностей более и менее нагретых частиц теплоносителя. Вынужденным называют движение теплоносителя от по­ сторонних возбудителей, например вентилятора. В об­ щих случаях существует свободное и вынужденное дви­ жение теплоносителя.. Однако при существующих ско­ ростях тепловой обработки материала роль свободного движения чрезвычайно мала и им пренебрегают.

При вынужденном движении теплоносителя различа­ ют ламинарный и турбулентный режим его движения. При ламинарном режиме движения создается достаточ­ но большой пограничный слой, обтекающий восприни­ мающую теплоту поверхность материала и резко тормо­ зящий теплопередачу. В турбулентном режиме движе­ ния пограничный слой очень тонок, теплоноситель но­ сит неупорядоченный характер движения, и теплоотда­ ча с поверхности материала конвективным путем резко возрастает.

Для расчетов теплоотдачи конвекцией применяют формулу Ньютона

где Q — количество переданной теплоты; а к — коэффициент тепло­ отдачи конвекцией; А — площадь поверхности теплоотдачи; Гт и Г,, — соответственно температуры теплоносителя и материала; t — время.

Если количество теплоты определять за единицу вре­ мени и отнести его к единице площади, то такую вели­ чину называют удельным тепловым потоком, или, дру­ гими словами, тепловым потоком, и обозначают q\

в этом случае формулу Ньютона для теплового потока записывают в виде

Теплообмен излучением. Носителем лучистой энергии являются электромагнитные колебания. Излучение свой­ ственно всем телам. Наряду с потоком лучистой энер­ гии от более нагретых тел к менее нагретым всегда происходит и обратный поток — от менее нагретых к бо­ лее нагретым телам. Конечный результат такого обмена и представляет собой количество теплоты, переданной посредством излучения Q, которое называют эффекте-

ным излучением.

Количество излучаемой энергии единицей поверхно­ сти тела за единицу времени называют поверхностной плотностью излучения и обозначают Е, Вт/м2. При пло­ щади поверхности излучаемого тела А, общее количе­

либо тело, частично поглощается им, частично прохо­ дит сквозь тело, а частично отражается. Законы, опре­ деляющие распространение, преломление и отражение видимого света, справедливы и для невидимых тепло­ вых лучей.

Если отраженную часть лучистого потока тела обо­ значить Qo, поглощаемую часть Qn и проходящую часть сквозь тело Qc, то очевидно, что сумма Q0+Qn+Qc со­ ставляет общее количество лучистой энергии, получае­ мой телом Q, т. е.

Если тело отражает всю полученную лучистую энер­ гию, его называют абсолютно белым. Если тело погло­ щает всю лучистую энергию, его называют абсолютно черным. Тело, пропускающее всю лучистую энергию,—

абсолютно прозрачное.

Все реальные тела поглощают и отражают лучистую энергию при любых температурах, и их принято назы­ вать серыми телами.

Поверхностная плотность излучения абсолютно чер­ ного тела Е0 по закону Стефана — Больцмана пропор­

циональна его абсолютной температуре в четвертой сте­ пени и выражается в виде

Интенсивность излучения серых тел Е выражается также формулой (4.10), но с коэффициентом излучения реального тела С

Для определения коэффициента С пользуются поня­ тием степень черноты. Под степенью черноты тела е по­ нимают отношение коэффициента излучения серого тела С к коэффициенту излучения абсолютно черного тела С0, взятых при одной и той же температуре,

В качестве рабочего тела в тепловых установках при­ меняют продукты горения топлива, нагретый воздух, во­ дяной пар. Все они являются газообразными теплоно­ сителями. Известно, что одноатомные и большая часть двухатомных газов почти идеально прозрачны, и их излучательная способность практического значения не

имеет.

Излучательной способностью обладают газы и пары с тремя и большим числом атомов (Н20, С02, S02, NH3 и др.). Излучение газов наблюдается по всей глу­ бине слоя в отличие от твердых тел, которые излучают энергию поверхностными слоями. Поэтому излучатель­ ная способность газов и паров ЕГ зависит от температу­ ры Г, толщины излучающего слоя t и количества газа в данном объеме. Количество газа в данном объеме оп­ ределяется его парциальным давлением. Тогда в общем виде излучающая способность газа или водяного пара может быть представлена в виде

Для определения плотности полного излучения наибо­ лее распространенных в теплоносителе углекислого газа С02 и водяного пара существуют следующие формулы:

Рис. 4.5. Схема сечения ограж­ дающей конструкции тепловой установки

роны, то молекулы в местах нагрева приходят в коле­ бательное движение и передают свою энергию соседним молекулам. Таким образом теплота постепенно распро­ страняется по всему рабочему телу. Следовательно, теплопроводностью называют молекулярный перенос теплоты в сплошной среде, обусловленный наличием пе­ репада температуры.

Изучая явление теплопроводности в твердых телах, Фурье установил, что количество переданной теплоты теплопроводностью пропорционально изменению темпе­ ратуры, времени процесса и площади сечения, перпенди­ кулярного направлению распространения теплоты. Если переданное количество теплоты отнести к единице вре­ мени и единице площади, то закон Фурье записывается в виде

где q — удельный поток теплоты; X— коэффициент пропорциональ­ ности, называемый теплопроводностью. Этот коэффициент является параметром вещества и характеризует его способность проводить теплоту; V7" — градиент температуры.

Передача теплоты через ограждающие конструкции (потери теплоты в окружающую среду). Для определе­ ния потерь теплоты в окружающую среду вернемся к рис. 4.2. Через ограждающую конструкцию 7 опреде­ ленное количество теплоты теряется в окружающую