1. 
   Три способа переноса теплоты. Физические основы теплопередачи, основные понятия и определения. Тепловые балансы.
   

При теплопроводности перенос теплоты происходит за счет соударений и диффузии частиц тел, а также квантов упругих колебаний их кристаллических решеток –фотонов – при макроскопической неподвижности всей массы вещества. В наиболее чистом виде теплопроводность можно наблюдать в твердых телах и тонких неподвижных слоях жидкости и газа. В металлах и полупроводниках теплообмен осуществляется за счет соударений и диффузии свободных электронов, а также упругих колебаний кристаллической решетки. При конвекции перенос теплоты происходит вместе с переносом вещества за счет свободного или вынужденного макроскопического движения всей его массы. Поэтому конвекция возможна лишь в жидкостях. Свободное движение осуществляется под ействием разности плотностей нагретых и холодных частей жидкостей, вынужденное - под действием внешних сил, создаваемых с помощью насосов, компрессоров, вентиляторов и т.п.Теплообмен между твердым телом (например, стенкой трубы) и жидкостью осуществляется конвекцией в массе жидкости, расположенной вдали от стенки, и теплопроводностью с конвекцией через пограничный слой. Такой вид теплообмена в отличие от конвекции называют конвективной теплоотдачей.При теплообмене излучением (называемом также лучистой или радиационной, теплоотдачей) тела не соприкасаются друг с другом и перенос теплоты между ними при наличии разности температур осуществляется с помощью электромагнитной энергии. Происходит двойное превращение энергии – в теле с температурой T₁ теплота превращается в излучение – носитель электромагнитной энергии, а в теле с температурой Т₂ в результате поглощения излучения электромагнитная энергия снова превращается в теплотуТепловые балансыТепловой поток Q определяется из уравнения теплового баланса.Тепло Q₁, отдаваемое более нагретым теплоносителем, затрачивается на нагрев более холодного Q₂ и на компенсацию потерь Q_n в окружающую среду.Величина Q_n в тепловых аппаратах, покрытых тепловой изоляцией, принимается в диапазоне от 3 до 5%. В первом приближении ею можно пренебречь. Тогда тепловой баланс выразится равенством

---

Q=Q₁=Q₂Если расходы горячего и холодного теплоносителей составляют G₁ и G₂соответственно, а их энтальпии на входе в аппарат I_1H, I_2H и на выходе I_1K, I_2K, уравнение теплового баланса будет иметь следующий видQ=G₁*(I_1H-I_1K)=G₂*(I_2K-I_2H)Для случая теплообмена без изменения агрегатного состояния теплоносителей энтальпия последних заменяется произведением теплоемкости С на температуру t:I_1H=C_1H*t_1H I_1K=C_1K*t_1KI_2K=C_2K*t_2KI_2H=C_2H*t_2HТо есть:Q=G₁С₁(t_1Н-t_1К) = G₂С₂(t_2Н-t_2К)где С₁, С₂ – это средние удельные теплоемкости горячего теплоносителя в диапазоне изменения температур от 0 до t_1H (на входе) и t_1K (на выходе) соответственно. Для холодного теплоносителя С_2H и C_1K - средние удельные теплоемкости в температурных пределах 0–t_2H и 0–t_2K . В технических расчетах значения энтальпий обычно находят при заданной температуре из тепловых и энтропийных диаграмм или справочных таблиц. При изменении агрегатного состояния теплоносителя (конденсация пара, испарение жидкости и т.д.) или протекании химических реакций, сопровождающихся тепловыми эффектами, их необходимо учитывать. Например, при конденсации насыщенного пара, являющегося «горячим» теплоносителем, величина I_1K представляет собой энтальпию удаляемого парового конденсата. Тогда количество передаваемого тепла находят по формуле:Q=Grгде r – удельная теплота фазовых превращений, Дж/кг.

2. 
   Передача теплоты теплопроводностью. Закон Фурье. Коэффициент теплопроводности, его физический смысл, размерность.
   

Распространение тепла теплопроводностью происходит при неравенстве температур внутри рассматриваемого тела (среды).На основании опытного изучения процесса распространения тепла в твердых телах Фурье установил основной закон теплопроводности, который гласит, что количество тепла dQ, переданного теплопроводностью, пропорционально градиенту температуры dt/dn, времени dτ и площади сечения dS, перпендикулярного направлению теплового потока, т.е.Q=-λS*(dt/dn)*tКоэффициент пропорциональности в этом уравнении называют коэффициентом

---

теплопроводности. Он характеризует способность тел проводить тепло и имеет следующую размерность:λ=(Qdn/Ftdt)=(Дж*м/м²*с*К)=(Вт/м*К)Коэффициент теплопроводности показывает, какое количество тепла проходит вследствие теплопроводности через 1 м² поверхности в единицу времени при разности температур 1 град, приходящейся на 1 м длины нормали к изотермической поверхности.Коэффициент теплопроводности веществ зависит от их природы и агрегатного состояния.Коэффициент теплопроводности [Вт/(м*град)] лежит в пределах: для газов от 0,005 до 0,5, для жидкостей от 0,08 до 0,7, для теплоизоляционных и строительных материалов от 0,02 до 3,0, для металлов от 2,3 до 458.Коэффициенты теплопроводности веществ зависят от температуры и давления. Для газов они возрастают с повышением температуры и мало зависят от давления; для жидкостей с увеличением температуры, как правило, уменьшаются (исключение составляют вода и глицерин). Теплопроводность твердых тел в большинстве случаев увеличивается с повышением температуры.4. Уравнения теплопроводности плоской и цилиндрической стенок.5. Уравнения теплопроводности плоской многослойной и цилиндрической многослойной стенок. 6. Тепловое излучение. Закон Стефана-Больцмана. Закон Кирхгофа.Тепловое излучение есть результат превращения внутренней энергии тел в энергиюэлектромагнитных колебаний. При попадании тепловых лучей (волн) на другое тело ихэнергия частично поглощается им, снова превращаясь во внутреннюю. Такосуществляется лучистый теплообмен между телами.Твердые тела, жидкости и газы излучают по-разному. Твердые тела и жидкостипрактически все поглощают и выделяют тепловую энергию; излучают волны всех длин

---

при любой температуре только с поверхности; спектр излучения сплошной.Газы излучают определенные длины волн по всему объему, спектр излучениялинейчатый. Водород, кислород, азот – не излучают и не поглощают тепло –диатермичны. Активными являются трехатомные газы, например СО2.Если на поверхность тела попадает лучистая энергия в количестве Q, то в общемслучае телом поглощается с превращением в тепловую энергию только часть ее QА; частьлучистой энергии QR отражается от поверхности тела, а часть QD проходит сквозь тело.Очевидно, что

Q = QR + QА + QD. (3.9)
Первое слагаемое равенства (3.9) характеризует поглощательную способность тела, второе – отражательную, третье – пропускательную. Обозначив QА/Q = A, QR/Q = R, QD/Q = D, получим:
QR / Q + QА / Q + QD / Q = R+A+D=1. (3.10) Между величинами A, R и D возможны различные соотношения. Если А = 1 и, следовательно, R = D = 0, то
вся лучистая энергия, падающая на тело,

поглощается им. Такое тело называют абсолютно черным.Если R = 1 (A = D = 0), то вся лучистая энергия, падающая на тело, отражается им. Такоетело называют абсолютно белым.Если D = 1 (A = R = 0), то сквозь тело проходит вся падающая на него лучистая энергия.Такое тело называют абсолютно прозрачным, или диатермичным.В природе нет абсолютно черных, белых и прозрачных тел. Соотношения между A,R и D зависят от природы тела, его температуры и характера поверхности. Однакотвердые тела и жидкости практически нетеплопрозрачны. Газы в большинстве своемдиатермичны.Закон Стефана-Больцмана: Стефан эмпирически, анализируя экспериментальные результаты, а затем Больцмана на основе термодинамического анализа сформулировали следующий закон: энергетическая светимость абсолютно черного тела пропорциональна четверной степени термодинамической температуры,

---

коэффициент пропорциональности называется коэффициентом Стефана – Больцмана и

имеет численное значение σ = 5,67

Закон Кирхгофа: отношение спектральной плотности энергетической светимости кспектральной поглощательной способности не зависит от природы тела и является универсальной функцией только частоты и температуры.Функцию также называют универсальной функцией Кирхгофа.Применяя закон Кирхгофа для абсолютно черного тела, спектральная поглощательная способность которого , , получаем, что его спектральная плотностью энергетической светимости совпадает с универсальной функцией Кирхгофа Из закона Кирхгофа следует ряд важных выводов. Чем больше тело излучаетэнергии на определенной частоте, тем больше на этой же частоте оно и поглощает. Извсех тел находящихся при одинаковой температуре наибольшим излучением обладаетабсолютно черное тело.Из того, что функция Кирхгофа носит универсальный характер, следует, что воснове теплового излучения тел лежит некий фундаментальный, общий для тел любойприроды физический закон. Именно этим обусловлен интерес к проблеме нахождениятакой функции.7)Конвективный теплообмен. Коэффициент теплоотдачи, его физический смысл, размерность. От каких факторов зависит коэффициент теплоотдачи.Под конвекцией понимают распространение теплоты в среде с неоднородным распределением температуры, осуществляемое макроскопическими частицами жидкости при ее перемещении.Как мы уже с вами отмечаем, в чистом виде конвекция в природе не встречается, а всегда сопровождается теплопроводностью. Поэтому можно дать следующее определение конвективному теплообмену.Конвективный теплообмен -это совместный процесс переноса теплоты теплопроводностью и конвекцией в движущейся жидкости или газе.

---

Смотрите также файлы

• Протокол 10 04.docx

• Предмет исследования механические свойства полиэтиленовых пакетов. Цель исследование механических свойств полиэтиленовых пакетов.pptx

• Внеклассное мероприятие по биологии Планета Зоологическая.doc

• Утверждаю начальник 11опс.doc

• Письменное задание replace the abstracts of the letter in the correct order.docx