Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Лекции Теплообмен

.pdf
Скачиваний:
26
Добавлен:
01.06.2015
Размер:
1.53 Mб
Скачать

1

Разделы курса

Теория теплообмена

Термодинамика

Тепловое оборудование предприятий общественного питания

2

Основные понятия и определения

Теплообмен (ТО) − процесс переноса теплоты в пространстве с неоднородным распределением температур.

Массообмен − перенос вещества в пространстве.

3

Замечание о жидкости

Жидкость − понятие более широкое, включающее в себя как собственно жидкость, так и газ.

Если будет существенно, то: 9«несжимаемая» или «капельная» жидкость − это обычная жидкость, 9«сжимаемая» жидкость − это газ.

Обозначается индексом f.

4

Расходы жидкости

G = dmdτ – массовый расход − масса жидкости проходящая через какое-либо поперечное сечение (какой-либо канал) в единицу времени [кг/с].

V

=

τ – объемный расход − объем жидкости

 

dV d

проходящий через какое-либо поперечное сечение (какой-либо канал) в единицу времени [м3/с].

G = ρV = ρwF

ρ плотность жидкости; w – средняя скорость течения; F – площадь сечения.

5

Обозначения потоков тепла

Qτ количество теплоты, передаваемое за время Δτ через поверхность F [Дж].

Q = dQτ dτ тепловой поток, или количество теплоты, передаваемое за единицу времени через поверхность F [Вт = Дж/с].

q = dQdF плотность теплового потока, или количество теплоты, передаваемое в единицу времени через единицу поверхности [Вт/м2];

6

Внутренние источники тепла

Тепло может выделяться внутри тела, например за счет химических реакций.

Qv количество теплоты, выделяемое за единицу времени внутри объема V [Дж/с].

qv = dQv dV удельная мощность внутренних источников теплоты – количество теплоты,

выделяемое внутренними источниками в единицу времени в единице объёма среды (индекс « v » означает «внутри объёма») [Вт/м3].

7

Теплоемкость

C полная теплоемкость − количество теплоты, которое необходимо подвести для нагрева всего тела на 1К или 1°С (характеристика тела) [Дж/К = Дж/°C] ;

c = dCdm удельная массовая теплоемкость –

количество теплоты, которое необходимо подвести для нагрева 1 кг вещества на 1К или на 1°С (характеристика вещества, из

которого состоит тело) [Дж/(кг·К) = Дж/(кг·°С)]

8

Теплоемкости при различных процессах

cv изохорная теплоемкость − если процесс происходит при постоянном объеме;

cp изобарная теплоемкость − если процесс происходит при постоянном давлении.

Для твердых тел и несжимаемых жидкостей эти теплоемкости равны.

9

Нагрев вещества

Количество теплоты, необходимое для нагрева массы m какого-либо вещества от температуры t1 до температуры t2 , определяется выражением:

Qτ = mc(t2 t1)

Тепловой поток, необходимый для нагрева жидкости от температуры t1 до температуры t2 , при движении её в канале с расходом G, равен:

Q =Gc(t2 t1)

10

Температура

Температура – мера нагретости тела.

Единицы измерения и обозначения температуры:

• Градусы Цельсия:

°С

(обозначение t)

• Градусы Кельвина:

K

(обозначение T)

Связь температуры в различных единицах:

T =t +273,15

Связь изменения температур:

T = t

11

Температурное поле

Температурное поле – совокупность значений температур во всех точках (x, y, z) изучаемого пространства в каждый момент времени τ.

В общем случае

t = f (x, y, z, τ)

Для стационарного (установившегося) температурного поля:

t = f (x, y, z)

12

Способы задания температурного поля

Температурное поле может быть задано функционально, таблично или графически (график или карта)

t = ax +by +c

Город

Температура

Температура

 

днем

ночью

Казань

+ 3 °С

– 2 °С

 

 

 

Елабуга

+ 2 °С

– 1 °С

 

 

 

Заинск

0 °С

– 4 °С

T

x

14

12

10

8

6

4

2

0

-2

-4

-6

-8

-10

-12

-14

-16

-18

13

Изотермическая поверхность и изотермы

Изотермическая поверхность

геометрическое место точек с одинаковой температурой.

Изотермические линии (изотермы)

следы пересечения какой-либо плоскости и изотермических поверхностей. Чем гуще (ближе друг к другу) расположены изотермы, тем выше интенсивность изменения температуры в пространстве.

14

Градиент температуры

t = gradt = t ; t ; t

x y z

Градиент температуры − вектор, направленный по нормали (перпендикуляру) к изотермической поверхности в сторону возрастания температуры. Градиент указывает направление наискорейшего роста температуры в каждой точке.

Модуль градиента равен отношению изменения температуры вдоль этого направления к расстоянию, на котором происходит это изменение (в малом).

15

Виды ТО (способы передачи теплоты)

Элементарные (простые): ¾Теплопроводность ¾Конвекция ¾Излучение

Сложные (состоят из простых): ¾Теплоотдача ¾Теплопередача ¾Радиационно-конвективный ¾и др.

16

Теплопроводность

Теплопроводность − перенос теплоты в пространстве за счет теплового движения структурных частиц вещества (микрочастиц): атомов, молекул, электронов.

Может происходить в любых телах (твердых, жидких или газообразных). В чистом виде возможна лишь в твердых телах.

17

Механизм теплопроводности

При теплопроводности теплота передается вследствие теплового движения структурных частиц вещества из области с большей температурой в область с меньшей. Чем выше температура, тем больше энергия частиц.

Вгазах теплопроводность происходит при соударениях микрочастиц с различной энергией.

Вжидкостях и твердых телах-диэлектриках теплопроводность осуществляется за счет передачи колебательного движения микрочастиц, обладающих большей энергией, частицам с меньшей энергией.

Вметаллах теплопроводность происходит за счет движения свободных электронов.

18

Гипотеза Био-Фурье

Количество теплоты, проходящее через элемент изотермической поверхности dF за промежуток времени dτ пропорционально:

температурному градиенту;

размеру элемента поверхности dF;

длительности промежутка времени dτ.

d 2Qτ = −λ gradt dF dτ

Знак «–» указывает на то, что тепло идет от более нагретой области в более холодную

 

 

 

19

 

Закон теплопроводности Фурье

С высокой степенью точности процесс

теплопроводности описывается законом Фурье:

 

 

q = −λ gradt

 

Тепловой поток направлен против градиента

температуры, а количество теплоты, проходящее

через единицу площади изотермической поверх-

ности за единицу времени, пропорционально

модулю температурного градиента

 

 

 

20

 

Закон Фурье. Одномерный случай

tлев

q

tправ

qx = λ tлев tправ

 

 

 

L

 

L

 

 

В одномерном случае тепловой поток

пропорционален разности температур и обратно

пропорционален расстоянию.

 

Тепловой поток всегда направлен от горячей

температуры к холодной.

 

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.