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 теплоту

Тепловые балансы

Тепловой 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=Q₂

Если расходы горячего и холодного теплоносителей составляют G₁ и G₂

соответственно, а их энтальпии на входе в аппарат I_1H, I_2H и на выходе I_1K, I_2K, уравнение теплового баланса будет иметь следующий вид

Q=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_1K

I_2K=C_2K*t_2K

I_2H=C_2H*t_2H

То 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=Gr

где 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)*t

Коэффициент 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 энергию
электромагнитных колебаний. При попадании тепловых лучей (волн) на другое тело их
энергия частично поглощается им, снова превращаясь во внутреннюю. Так
осуществляется лучистый теплообмен между телами.
Твердые тела, жидкости и газы излучают по-разному. Твердые тела и жидкости
практически 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 излучения
линейчатый. 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 общем
случае телом поглощается с превращением в тепловую энергию только часть ее QА; часть
лучистой 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. Такое
тело 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. Однако
твердые тела и жидкости практически нетеплопрозрачны. Газы в большинстве своем
диатермичны.

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 к
спектральной 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 излучает
энергии на определенной частоте, тем больше на этой же частоте оно и поглощает. Из
всех тел находящихся при одинаковой температуре наибольшим излучением обладает
абсолютно черное тело.
Из того, что функция Кирхгофа носит универсальный характер, следует, что в
основе теплового излучения тел лежит некий фундаментальный, общий для тел любой
природы физический закон. Именно этим обусловлен интерес к проблеме нахождения
такой 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