Конвекция

Понятие конвективного теплообмена охватывает процесс теплообмена при движении жидкости или газа.

Конвекция – это один из видов теплообмена, представляет собой передачу теплоты за счет перемешивания макрообъемов вещества из зон одной температуры в зону другой температуры.

Следует также отметить, что конвекция тепла всегда сопровождается теплопроводностью. Это обусловлено тем, что при движении жидкости или газа неизбежно соприкосновение отдельных частиц, имеющих разную температуру.

В зависимости от причин перемещения различают свободную и вынужденную конвекцию.

Свободная конвекция возможна в жидких средах. При увеличении температуры плотность уменьшается. При свободной конвекции жидкость перемещается только в вертикальном направлении. В невесомости свободная конвекция невозможна.

Вынужденная конвекция происходит в результате действия посторонних сил, перемещающих жидкость (насос, вентилятор, ветер и т.п.).

Процесс теплообмена между поверхностью твердого тела и жидкостью, омывающей поверхность, называется теплоотдачей.

При ламинарном режиме, когда жидкость движется вдоль поверхности, а тепловой поток перпендикулярен к потоку, теплоотдача осуществляется теплопроводностью.

При турбулентном режиме течения теплота передается конвекцией.

Основной закон теплоотдачи. Уравнение ньютона – рихмана.

(4)

где - температурный напор;

F – поверхность передачи тепла;

 - коэффициент конвективной теплоотдачи.

Физический смысл количество теплоты, отдаваемое в единицу времени с единицы поверхности при температурном напоре в один градус Кельвина.

Первоначально предполагалось, что коэффициент  так же как и коэффициент теплопроводности характеризует физические свойства жидкости. Однако очень скоро убедились, что  зависит от очень большого числа факторов (формы и размера тела, режима движения, скорости и температуры жидкости, ее физических параметров и т.п.).

Расчет теплоотдачи, несмотря на простоту уравнения (4), является весьма сложным делом, главная трудность которого сводится к определению величины коэффициента теплоотдачи.

Теплопередача

Процесс теплообмена между двумя жидкостями, разделенных твердой стенкой, называется теплопередачей.

Теплопередача осуществляется совокупным действием элементарных способов переноса энергии:

1. Теплоотдача от горячей жидкости к стенке.

2. Теплопроводность внутри стенки.

3. Теплоотдача с поверхности стенки холодной жидкости.

- уравнение теплопередачи.

Количество теплоты, передаваемое в единицу времени через единицу поверхности при разности температур между горячей и холодной жидкостью называется теплопередачей.

Теплообмен излучением

Тепловое излучение – это процесс распростанения тепловой энергии с помощью электромагнитных волн. При тепловом излучении происходит двойное превращение энергии: тепловая энергия излучающего тела переходит в лучистую и, наоборот, лучистая энергия, поглащаясь телом, переходит в тепловую.

При данной температуре наибольший тепловой поток излучает абсолютно черное тело. Величина его определяется законом Стефана-Больцмана:

- константа излучения абсолютно черного тела.

Тепловой поток, излучаемый нечерными телами, оценивается формулой

где ε -степень (коэффициент) черноты.

Эта величина лежит в пределах от нуля до 1 и определяется экспериментально или с помощью справочной литературы.

При лучистом теплообмене между двумя телами они одновременно облучают друг друга, посылая количества тепла, пропорциональные четвертой степени их абсолютной температуры.

Результирующее количества тепла, переданное излучением от тела с более высокой температурой к телу с более низкой, будет представлять собой разность между этими количествами тепла.

где F - взаимная поверхность облучения;

E_пр - приведенный коэффициент излучения.