Глава 1 Основные понятия тепломассообмена в технологических средах и элементах технологического оборудования § 1.1. Основные понятия, законы и механизмы теплообмена

Единицы измерения, используемые в курсе:

1 кг, 1 с, 1 Вт, 1 дж, 1^oС, 1 К;

1 ккал = 4,187 кДж, 1 ккал/ч = 1,163 Вт.

Феноменологический метод -основан на использовании общих законов физики, привлечении гипотез о дополнительных связях величин, экспериментальном определении теплофизических параметров, что избавляет от необходимости изучать микроскопическую природу процесса (применяется в теории тепломассообмена).

Статиcтический метод - основан на изучении внутреннего строения вещества или среды, которые рассматриваются как система, состоящая из огромного числа элементарных носителей с заданными свойствами и законами взаимодействия (применяется в физике плазмы).

Система отсчета Эйлера - основа теории теплообмена. Сопоставление двух систем отсчета - на рис.1.1 и 1.2.

С

Рис.1.1.

истема Лагранжа:

1. Выделяется элемент объема.

2. Фиксируется его первоначальное положение.

3

Рис.1.2.

. Отсчитывается его последующее положение относительно предыдущего.

Система Эйлера:

1. Фиксируется неподвижная контрольная поверхность.

2. Рассчитываются потоки, проходящие через нее.

Теплообмен- процесс обмена тепловой энергией между двумя телами или средами.

Массообмен- процесс переноса массы вещества между двумя или более средами.

Теплопередача- наука о переносе тепла или процесс обмена теплом между средами через третью среду или тело (два смысла одного термина) (рис.1.3).

Теплоотдача- процесс обмена теплом между средой и телом.

С

Рис.1.3.

уществуют три механизма переноса тепла:конвекцией, теплопроводностью (без движения), тепловым излучением (лучистый теплообмен).

Перенос тепла теплопроводностью- молекулярный перенос тепла в неподвижных телах или между ними, обусловленный неравномерностью температуры в пространстве (диффузионный перенос).

Конвективный теплообмен- перенос тепла при перемещении объемов среды в пространстве с неравномерной температурой. Этот процесс неразрывно связан с переносом массы самой среды (молярный перенос).

Лучистый теплообмен- перенос тепла в виде электромагнитных волн с двойным взаимным превращением - тепловой энергии в лучистую и обратно.

Поле температуры

Процесс теплопроводности описывается с помощью поля температуры t = t (x, y, z, t). Оно обладает свойствами непрерывного скалярного поля, т.е. изотермические поверхности не пересекаются друг с другом и не обрываются внутри тела (из опыта, гдеt₁>t₂>t₃) (рис.1.4).

Рис.1.4.

Тепловой поток- этоколичество тепла, которое переносится через изотермическую поверхность вединицу времени (векторная величина).

Плотность теплового потока- тепловой поток, отнесенный к единице изотермической поверхности.

Основные обозначения:

Q[Вт.ч], [Дж], [ккал] - расход тепла;

Q [Вт, ккал/ч] - поток тепла, тепловой поток;

[Вт/м²], [ккал/м²ч] - плотность потока тепла (зависит от ориентации поверхности);

;

[Вт/м³], [ккал/м³ч] - объемная мощность внутренних источников тепла;

с_v[Дж/м³С] - теплоемкость при постоянном объеме на единицу объема.