Раздел 2. Т Е П Л О П Е Р Е Д А Ч А

В природе, технике, быту происходят процессы переноса теплообмена. При подводе теплового потока тело нагревается, при отводе теплоты - охлаждается. М.В.Ломоносов писал: «Природа тепла и холода одинакова, а сами понятия относительны».

Тепловой поток может распространяться в любых веществах и даже в вакууме.

Теплообмен (тепловой поток) осуществляется либо элементарными процессами: теплопроводностью, конвекцией и тепловым излучением, либо сложным процессом, когда в процессе участвуют два или три элементарных вида теплообмена. Сложным, но имеющим большое применение в промышленности является процесс теплопередачи, в котором тепловой поток от горячего источника к холодному передается через поверхность любой конфигурации

Теплопроводность обусловлена движением микрочастиц тела и представляет процесс распространения тепловой энергии при непосредственном соприкосновении отдельных частиц тела, имеющих различные температуры.

Конвекция обусловлена перемещением объемов жидкости или газа в пространстве при наличии разности температур. Конвекция возможна только в жидкой или газообразной среде.

Конвективным теплообменом называется совместный процесс тепломассообмена конвекцией и теплопроводностью.

Тепловое излучение – это процесс распространения тепловой энергии путем электромагнитных волн.

Элементарные виды теплообмена в чистом виде встречаются редко. Обычно один вид теплообмена сопровождается другими видами. Это сложный теплообмен.

Теплопередачей называется процесс теплообмена между горячей жидкостью к холодной через разделяющую их стенку.

Массообмен возникает при наличии разности концентраций рассматриваемого вещества. Способы переноса массы различны. Если масса переносится только за счет движения атомов и молекул, то такой процесс называется диффузией. При перемещении макроскопических объемов происходит конвективная массоотдача (при сублимации, сушке, химических реакциях).

Процессы массопереноса аналогичны соответствующим процессам теплопереноса: диффузия – теплопроводности, конвективный массоперенос – конвективному теплопереносу, и описываются одинаковыми по форме математическими уравнениями.

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

Тепловой поток, передаваемый в единицу времени через произвольную поверхность, обозначается Q, измеряется Вт=Дж/с.

Интенсивность теплопереноса теплоты характеризуется плотностью теплового потока

2.1

Температура есть мера нагретости тела. Поверхность, во всех точках которой температура одинакова, называется изотермической. Рассмотрим две изотермы с температурами t и t + Δt (рис.2.1) Интенсивность изменения температуры по различным направлениям неодинакова. Температура быстрее всего изменяется в направлении, перпендикулярном изотермической поверхности. Вектор, направленный по нормали к изотермической поверхности в сторону увеличения температуры и численно равный производной от температуры по этому направлению называется градиентом температуры – grad t.

За положительное направление градиента принимается направление возрастания температур.

2.2.

Рис 2.1 Интенсивность изменения температуры

Для измерения температуры наиболее широко используют шкалу Цельсия, в которой за нулевую температуру принята точка замерзания воды при барометрическом давлении 760 мм рт ст. В ряде случаев используют шкалу Кельвина, при которой температура ноль градусов соответствует абсолютному нулю.

Т = t⁰C + 273,15

Совокупность значений температуры во всех точках тела в данный момент времени называется температурным полем. Если температура изменяется во времени, то температурное поле нестационарно t = ƒ (τ). Если температура во всех точках тела не изменяется с течением времени, то поле стационарное. Температура является функцией координат и соответственно поле бывает трехмерным, двухмерным и одномерным.