ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛООБМЕНА. СПОСОБЫ ТЕПЛООБМЕНА. КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕРЕНОСА ТЕПЛОТЫ

Самопроизвольный необратимый процесс переноса теплоты в пространстве с неоднородным распределением температуры на­зывается теплообменом*.

Теплообмен в общем случае может осуществляться тремя различными способами: теплопроводностью, конвекцией и теп­ловым излучением (радиацией).

Теплопроводность (кондуктивный теплообмен) — это процесс распространения теплоты за счет непосредственного соприкос­новения тел (частиц тела) друг с другом. Она обусловлена дви­жением микрочастиц (молекул) тела и возможна в твердых, жидких и газообразных средах.

Конвекция — это перенос теплоты движущимися макрообъе­мами жидкости или газа. Чем больше скорость движения сре­ды, тем интенсивнее конвекция. Конвективный перенос теплоты всегда сопровождается теплопроводностью. Теплообмен, обу­словленный совместным действием конвекции и теплопроводно­сти, называется конвективным теплообменом.

Тепловое излучение (радиация)—это распространение теп­лоты в пространстве посредством электромагнитных волн. Оно может происходить в вакууме, а также в средах, полностью или частично пропускающих излучение. При теплообмене излучени­ем часть внутренней энергии излучателя превращается в энер­гию электромагнитных волн, которые распространяются в пространстве, а затем поглощается другим телом, превращаясь в тепловую.

Совокупность трех перечисленных выше способов теплооб­мена называется сложным теплообменом.

ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Перенос теплоты, как всякое физическое явление, происходит в пространстве и во времени, поэтому температура в той или иной среде в общем случае зависит от координат рас­сматриваемой точки и времени: t = t(x, у, z, т). Совокупность мгновенных значений температуры в пространстве называется температурным полем. Если температурное поле во времени не изменяется, то оно называется стационарным, а если изменяет­ся, то нестационарным. Тепловой режим, соответствующий ста­ционарному температурному полю, называют установившимся, а тепловой режим, соответствующий нестационарному темпера­турному полю, — неустановившимся. Если температура изменя­ется только вдоль одной координаты, то температурное поле на­зывают одномерным, если вдоль двух координат — двумерным, вдоль трех — трехмерным. Различают также однородные и не­однородные температурные поля. В первом случае температура во всех точках температурного поля в каждый момент времени одна и та же, во втором — нет.

В неоднородном температурном поле можно выделить точки с одинаковым значением температуры. Они образуют так назы­ваемую изотермическую поверхность.

В неоднородном температурном поле возникает перенос теп­лоты — по одному или нескольким описанным выше механизмам (теплопроводность, конвекция, излучение). Количество теплоты, проходящее в единицу времени через произвольную поверх­ность, называют тепловым потоком Ф, Вт. Интенсивность пере­носа теплоты характеризуется поверхностной плотностью тепло­вого потока, под которой понимают тепловой поток, равномерно распределенный на единице площади поверхности: q = Ф/А, Вт/м², где А — площадь поверхности, через которую проходит тепловой поток Ф.

Тепловой поток и плотность теплового потока могут быть вы­ражены как в векторной, так и в скалярной форме. Под векто­ром плотности теплового потока понимают вектор, проекция которого на произвольное направление есть местная плотность теплового потока, проходящего через площадку, перпендикуляр­ную к выбранному направлению.

Распространение теплоты может происходить в какой-либо среде (твердой, жидкой, газообразной) или в вакууме.

Поиск по сайту: