1.4. Тепловое излучение.
Тепловым излучением называется процесс переноса тепла в пространстве в форме энергии электромагнитных колебаний без непосредственного соприкосновения тел. Лучистая энергия, испускаемая одним телом, проходит сквозь прозрачную среду, поглощается другим телом, превращаясь в тепло. При переносе тепла за счет теплового излучения происходит двойное преобразование энергии.
На первом этапе, тепловая энергия на поверхности первого тела в результате сложных внутриатомных процессов (переход электронов на более низкий энергетический уровень и т.д.) частично преобразуется в энергию электромагнитных колебаний, которая излучается с поверхности первого тела в пространство и распространяется в нем со скоростью света. На втором этапе энергия электромагнитных колебаний (энергия излучения) попадает на поверхность другого тела и вновь преобразуется в тепловую энергию.
Интенсивность теплового излучения определяется количеством излучаемой энергии с поверхности тела, которое, в свою очередь, увеличивается с увеличением температуры тела. Поэтому процесс теплового излучения наиболее эффективно может быть использован при высоких температурах тел (топки котлов, печей и др.).
Суммарный процесс взаимного испускания, поглощения, отражения и пропускания энергии теплового излучения в системах тел называется лучистым теплообменом.
1.5. Сложный теплообмен.
На практике теплообмен между телами осуществляется с использованием нескольких видов переноса тепла в различных сочетаниях. Такой вид теплообмена называется сложным теплообменом.
Наибольшее практическое значение имеет теплопередача, при которой тепло передается от одного теплоносителя к другому через разделяющую их стенку.
Одним из видов сложного теплообмена является также теплоотдача, а в газах конвективная теплоотдача дополняется, одновременно протекающей, теплоотдачей излучением от газов к стенке.
2. Теплопроводность.
2.1. Температурное поле и его характеристики.
Процесс распространения тепловой энергии (теплопроводность) в твердом теле есть функция изменения температуры внутри этого тела.
В свою очередь, температура в любой точке тела при установившемся режиме есть функция координат этой точки
Т
емпературным
полем
называется совокупность всех значений
температур во всех точках рассматриваемого
тела.
Изотермической поверхностью называется поверхность, соединяющая в пространстве все точки с одинаковой температурой. Изотермические поверхности не пересекаются между собой, не имеют разрывов и скачков и в общем случае имеют произвольную форму.
Температурное поле в общем случае трехмерное.
В простейшем случае температурное поле одномерное, т.е. температура изменяется в направлении одной оси, изотермические поверхности есть плоскости перпендикулярные оси, температурный градиент направлен вдоль оси в положительную сторону. Распространение тепла идет всегда в сторону убывания температуры.
Характеристиками температурного поля в любой его точке А, (Рис. 1) являются две величины:
градиент температуры (grad t), характеризующий интенсивность изменения температуры по расстоянию;
удельный тепловой поток (q), характеризующий интенсивность переноса тепловой энергии по направлению.
Температурным
градиентом
называется вектор, показывающий
интенсивность изменения температуры
в направлении нормали к изотермической
поверхности в данной точке А и равный
где t - изменение температуры,
а n - соответствующее этому изменение расстояния, между изотермическими поверхностями по нормали в точке А.
Этот вектор направлен в сторону увеличения температуры.
Удельным тепловым потоком или поверхностной плотностью теплового потока называется вектор, определяющий количество тепловой энергии, проходящей в единицу времени через единицу площади изотермической поверхности в направлении нормали в данной точке А.
В общем случае
,
Дж/с м2=Вт/м2,
где Q - количество тепловой энергии, проходящей в единицу времени (1 сек) через участок площади изотермической поверхности F.
Этот вектор направлен в сторону понижения температуры.