КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАБОТЫ. Теория теплопередачи изучает законы переноса теплоты в твердых, жидких и газообразных телахТеория теплопередачи изучает законы переноса теплоты в твердых, жидких и газообразных телах. Различают следующие формы передачи теплоты: теплопроводность, конвекцию и излучение. Теплопроводность представляет собой процесс переноса теплоты (энергии) соприкасающимися, беспорядочно движущимися (колеблющимися) структурными частицами вещества (молекулами, атомами, электронами). Структурные частицы более нагретой части тела, обладающей большей энергией, соприкасаясь с окружающими частицами, передают им часть своей энергии. Такой теплообмен может осуществляться в любых термически неравновесных телах или системах тел. Механизм переноса энергии зависит от физического состояния тел. Конвекция представляет собой перенос теплоты при перемещении объемов текущей среды (жидкости или газа) в пространстве из области с одной температурой в область с другой. Конвекция всегда сопровождается теплопроводностью, так как при этом соприкасаются частицы, имеющие различные температуры. Совместный перенос теплоты конвекцией и теплопроводностью называется конвективным теплообменом. Конвективный теплообмен между потоком жидкости или газа и поверхностью твердого тела называется теплоотдачей. Тепловое излучение – процесс переноса теплоты в виде электромагнитных волн. На поверхности тела его внутренняя энергия превращается в энергию электромагнитных волн различной длины, распространяющихся в пространстве со скоростью света. Распространяющиеся в пространстве электромагнитные волны могут поглощаться другими телами, превращаясь при этом во внутреннюю энергию этих тел. Теплообмен излучением – это процесс превращения внутренней энергии тел в энергию излучения, переноса излучения и его поглощения телом. Рассмотренные формы переноса теплоты во многих случаях осуществляются совместно. Процессы теплопроводности и конвекции могут сопровождаться теплообменом излучения. Теплообмен в жидких и газовых смесях сопровождается переносом одного вещества в другое, т. е. массообменом. Теплообмен характеризуется выравниванием температуры, а массообмен – выравниванием концентраций компонентов. Совместное протекание процессов теплообмена и массообмена называется тепломассообменом. В основу теории теплопроводности положен закон Фурье – тепловой поток прямо пропорционален температурному градиенту и площади поверхности тела. Процесс теплопередачи состоит из процессов теплоотдачи от нагревающей криволинейную стенку (горячей) жидкости к поверхности стенки, передачи теплоты теплопроводностью через многослойную (или однослойную) стенку и процесса теплоотдачи от поверхности стенки к нагреваемой (холодной) жидкости. При установившемся процессе теплопередачи тепловой поток во всех перечисленных стадиях сохраняет неизменное значение. Теплопередачей называется передача теплоты от горячего теплоносителя к холодному теплоносителю через стенку, разделяющую эти теплоносители. Количество теплоты, проходящее через изотермическую поверхность F в единицу времени называется тепловым потоком – Q, [Вт=Дж/с]. Тепловой поток, проходящий через единицу площади называют плотностью теплового потока – q = Q / F, [Вт/м2] Для твердого тела уравнение теплопроводности подчиняется закону Фурье: Тепловой поток, передаваемый теплопроводностью, пропорционален градиенту температуры и площади сечения, перпендикулярного направлению теплового потока. Тепловой поток, переданный через стенку определяется по уравнению: Q = · (t1 – t2) · F (124) где ʎ - коэффициент теплопроводности Вт/ (м ); - толщина стенки (длина пути теплового потока) , м; - - разность температур поверхностей плоской стенки; F – площадь поверхности стенки, . Теплоотдачу принято рассчитывать по формуле Ньютона – Рихмана. Тепловой поток между жидкостью и поверхностью твердого тела определяется по формуле: Q = ( – τ) (125) где – коэффициент теплоотдачи, Вт/ – температура жидкости, С; τ - температура твердого тела и горячей или холодной жидкости, С. Коэффициент теплопроводности является физическим параметром вещества, характеризующим способность тела проводить теплоту. Она зависит от рода вещества, давления и температуры. Также на её величину влияет влажность вещества. Для большинства веществ коэффициент теплопроводности определяются опытным путем и для технических расчетов берут из справочной литературы. Процесс теплопередачи состоит из процессов теплоотдачи от нагревающей криволинейную стенку (горячей) жидкости к поверхности стенки, передачи теплоты теплопроводностью через многослойную (или однослойную) стенку и процесса теплоотдачи от поверхности стенки к нагреваемой (холодной) жидкости. При установившемся процессе теплопередачи тепловой поток во всех перечисленных стадиях сохраняет неизменное значение. Для плоской стенки выражение коэффициента теплопередачи (126)
В случае лучистого теплообмена при решении инженерных задач применяют формулу основу которой составляет закон Стефана- Больцмана: Q = СпрF1[ , Вт. (127) где (128) где = и коэффициенты поверхностей, Вт/м2 К4 Вт/м2 К4 и – степень черноты поверхностей; – площадь внешней поверхности трубы, м2; – площадь поверхности бетонного канала, м2
|