Раздел 6. Теплообмен.

Глава 14. Законы теплообмена.

РАСЧЕТЫ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ.

Основные понятия теории теплообмена. Тепловой поток. Стационарные

и нестационарные процессы.

Формы передачи тепла, их сущность.

Основной закон теплопроводности ― закон Фурье. Физический смысл

коэффициента теплопроводности, его зависимость от температуры. Закон Фурье

для плоских и криволинейных, одно и многослойных стенок.

Конвективный теплообмен. Закон Ньютона-Рихмана, физический смысл

коэффициента теплоотдачи, его зависимость от различных факторов. Методы

определения коэффициента теплоотдачи.

Законы лучистого теплообмена, их сущность. Закон Стефана-Больцмана.

Особенности лучистого теплообмена.

Методические указания

В данном разделе выложены основные законы, соответствующие формам передачи тепла, приведены формулы и методика решения задач. Четко выделены различия между тепловым потоком и плотностью теплового потока с указанием единиц измерения, и все коэффициенты, соответствующие формам передачи тепла.

14.1. Виды теплообмена. Формы передачи тепла.

Теплопроводность ― процесс распределения теплоты в рабочем теле

посредством передачи кинетической энергии от более нагретых молекул

к менее нагретым, находящимися с ними в соприкосновении.

В жидкостях, в твердых телах — диэлектриках перенос теп­лоты осуществляется путем непосредственной передачи теплового движения молекул и атомов соседним частицам веще­ства.

В металлах перенос теплоты осуществляется путем движе­ния (диффузии) свободных электронов; передача теплоты за счет упругих колебаний кристаллической решётки второстепенна.

В газообразных телах распространение теплоты теплопро­водностью происходит вследствие обмена энергией при соуда­рении молекул, имеющих различную скорость теплового дви­жения (путем диффузии молекул и атомов).

Конвекция представляет собой перенос теплоты при пере­мещении объемов текущей среды (жидкости или газа) в про­странстве из области с одной температурой в область с другой.

Тепловое излучение — процесс переноса теплоты в виде электромагнитных волн. На поверхности тела его внутренняя энергия превращается в энергию электромагнитных волн раз­личной длины, распространяющихся в пространстве со ско­ростью света. Распространяющиеся в пространстве электро­магнитные волны могут поглощаться другими телами, превра­щаясь при этом во внутреннюю энергию этих тел. Теплообмен излучением — это процесс превращения внутренней энергии тел в энергию излучения, переноса излучения и его поглоще­ния телом.

Процесс передачи теплоты от горячей текучей среды холодной через разделяющую стенку называется теплопередачей.

Теплообмен в жидких и газовых смесях сопровождается пе­реносом одного вещества в другое, т. е. массообменом. Тепло­обмен характеризуется выравниванием температуры, а массообмен — выравниванием концентраций компонентов. Совмест­ное протекание процессов теплообмена и массообмена называ­ется тепломассообменом.

Существуют стационарные (установившиеся) и нестацио­нарные (неустановившиеся) процессы теплообмена.

Стационарными называются такие процессы теплообмена, при которых распределение температуры точек тела не зави­сит от времени, а зависит только от положения (координат) точек.

Нестационарными называются такие процессы теплообмена, при которых распределение температуры в теле зависит от по­ложения точек и от времени (например, при нагревании и ох­лаждении тел).