ОСНОВИ ТЕПЛОПЕРЕДАЧІ

Стр 1 из 4Следующая ⇒

Тема 1.2 (2)

ОСНОВИ ТЕПЛОПЕРЕДАЧІ

ПЛАН

1. Способи поширення тепла та види теплообміну

2. Теплопровідність

3. Конвективний теплообмін

4. Теплове випромінювання

5. Складний теплообмін

6. Теплообмінні апарати

ЛІТЕРАТУРА:

1. Гольстрем В.А., Кузнецов Ю.Л. Энергетический справочник инженера. – К.: Техника, 1983.

2. Клушин Ю.А. Тепловые електрические станции. – М.: Высшая школа, 1986.

3. Корець М.С. Лабораторний практикум з машинознавства. – К.: НПУ, 2000. – 274 с.

4. Корець М.С. Машинознавство: Основи гідравліки та теплотехніки. Гідравлічні машини та теплові двигуни: Навч. посібник для студ. вищ. пед. закл. освіти. – К.: Знання України, 2001. – 448 с.: іл. – Бібліогр.: с. 440 – 441.

5. Кузовлев В.А. Техническая термодинамика и основы теплопередачи. – М.: Высшая школа, 1983.

6. Лариков Н.Н. Теплотехника. – М.: Стройиздат, 1985.

7. Панкратов Г.Н. Сборник задач по теплотехнике. – М.: Высшая школа, 1986.

8. Резников М.И., Липов Ю.М. Котельные установки электростанций. – М.: Энергоатомиздат, 1987.

9. Тепловое оборудование и тепловые сети / Под ред. Г.В. Арсеньев, В.П. Белоусов, А.А. Дранченко и др. – М.: Энергоатомиздат, 1988.

10. Черняк О.В., Рибчинська Г.В. Основи теплотехніки і гідравліки. – К.: Вища школа, 1982.

11. Швець І.Т., Кіраковський М.Ф. Загальна теплотехніка та теплові двигуни. – К.: Вища школа, 1977.

1. Способи поширення тепла та види теплообміну

Робота всіх теплообмінних апаратів основана на теплопередачі де в залежності від їх призначення необхідно інтенсифікувати або зменшити кількість теплоти, що передається. Тому в роботі вчителя трудового навчання і технологій виробництва важливу роль відіграє знання основних закономірностей процесів тепломасообміну.

Теплопередачею називається розділ, що вивчає закономірності процесів теплообміну між тілами і поширення теплоти в самих тілах. Це необхідно для керування тепловими потоками. Необхідною і достатньою умовою теплообміну є різниця температур. Перенос теплоти може здійснюватися трьома способами: теплопровідністю, конвекцією і випромінюванням або радіацією. Ці форми теплообміну різні за своєю фізичною природою і описуються різними законами.

Теплопровідність – процес поширення енергії в твердому тілі при безпосередньому дотику частин тіл, що мають різну температуру. В металах велику участь у теплопровідності беруть вільні електрони. В рідинах та газах існує молекулярний процес передачі тепла. Таким чином, теплопровідність — це молекулярний перенос теплоти в суцільному середовищі, зумовлений наявністю градієнта температури. При теплопровідності перенос теплоти здійснюється за рахунок співударів та дифузії частинок тіла, а також квантів пружних коливань їх кристалічної ґратки — фононів — при макроскопічній нерухомості всієї маси речовини, тобто вона має атомно-молекулярний характер не пов'язаний з макроскопічним переміщенням в тілі. В чистому вигляді теплопровідність можна спостерігати лише в твердих тілах і в тонких нерухомих шарах рідини та газу. В металах і напівпровідниках теплообмін здійснюється за рахунок співудару і дифузії вільних електронів, а також пружних коливань кристалічної ґратки, тобто в теплопровідність вносять вклад дві складові: електронна і фонова. Частинки більш нагрітого об'єму тіла співдотикаються при хаотичному русі з сусідніми частинками тіла, віддаючи йому частину своєї кінетичної енергії. Такий процес поширюється по всьому тілу, в результаті чого температура більш нагрітого кінця тіла буде зменшуватися, а в інших ділянках зростатиме до певної величини. Для прикладу, якщо нагріти один кінець металевого стержня, то через певний час температура іншого його кінця також підвищиться. Нагрітий кінець має частинки з високою кінетичною енергією, які співударяються з іншими і передають частину йому своєї енергії.

Теплоносії — це рідкі або газоподібні речовини, які застосовуються для передачі теплоти від тіл з більшою температурою до тіл з меншою температурою. Вони завжди циркулюють у замкнутих системах і використовуються з метою нагрівання і охолодження в теплових і атомних енергетичних установках, системах теплозабезпечення, обладнанні технологічного призначення тощо. Як теплоносії найчастіше використовують гази, водяну пару, воду, а дещо менше — органічні і кремнієвоорганічні сполуки, розплавлені метали, солі, мінеральні масла.

При нагріванні тіла температура його в різних точках буде змінюватися з часом і теплота буде поширюватися від зон з вищою температурою до місць з нижчою температурою. У загальному випадку процес передачі теплоти теплопровідністю в твердому тілі супроводжується зміною температури як в просторі, так і в часі:

t = f(x, y, z, τ)

де х, у, z – координати точки; τ – час.

Ця функція визначає температурне поле в розглядуваному тілі.

Якщо температура у будь-якій точці тіла змінюється з часом, то температурне поле називається нестаціонарним, а коли температура з часом не змінюється, то поле в даному випадку називають стаціонарним. Поверхня, у всіх точках якої температура однакова, називається ізотермічною. Вектор направлений по нормалі до ізотермічної поверхні в сторону збільшення температури і чисельно дорівнює похідній від температури по цьому напрямку, називають градієнтом температури. За позитивний напрямок градієнта приймається напрямок зростання температури:

Частинна похідна використана тут тому, що в загальному випадку температура може змінюватися не лише у просторі, а і у часі (при нестаціонарному режимі).

Тепловий потік – це кількість теплоти, яка передається через довільну поверхню за одиницю часу.

, Вт

де Q – кількість теплоти в Дж.

Тепловий потік утворюється в результаті різниці температури поверхонь, які співдотихаються.

Питомий тепловий потік або густина теплового потоку — це кількість теплоти, яка передається за одиницю часу через одиницю площадки, яка перпендикулярна напрямку потоку в даній точці або тепловий потік, віднесений до одиниці поверхні тіла:

, Вт/м²

Конвекція – процес переносу (теплоти) енергії при переміщенні рідини або газу із області із однією температурою в область із іншою температурою. Цей процес проходить тим швидше, чим більші швидкості руху рідини чи газу. Поряд з конвекцією в рідинах та газах завжди буде здійснюватися передача теплоти через теплопровідність.

Одночасний перенос теплоти конвекцією і теплопровідністю називається конвективним теплообміном. Він може бути вимушеним та вільним (природнім за рахунок різних питомих густин газу).

Випромінювання (променевий теплообмін) — процес передачі енергії електромагнітними хвилями інфрачервоного діапазону. Тут відбувається подвійне перетворення енергії — більш нагріте тіло випромінює електромагнітні хвилі, а менш нагріте тіло поглинає енергію цих хвиль і нагрівається.

Як правило, теплообмін між тілами здійснюється всіма трьома способами одночасно, один із яких може домінувати. Процеси теплообміну можуть бути стаціонарними і нестаціонарними.

12 3 4 Следующая ⇒