Основные понятия теплообмена
Количество теплоты (обозначают) — это количество тепловой энергии, полученное или отданное телом или проходящее через это тело за некоторое время ф в результате теплообмена. измеряют в джоулях или калориях. Тепловой поток (обозначают Q) — это количество теплоты, проходящее через заданную и нормальную к направлению распространения теплоты поверхность в единицу времени. В нашем курсе мы будем… Читать ещё >
Основные понятия теплообмена (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Температурное поле — это совокупность значений температуры во всех точках данной расчетной области и во времени.
В зависимости от числа координат различают трехмерное, двумерное, одномерное и нульмерное (однородное) температурные поля.
Температурное поле, которое изменяется во времени, называют нестационарным температурным полем. И наоборот, температурное поле, которое не изменяется во времени, называют стационарным температурным полем.
Примеры записи температурных полей: T (x, y, z, ф) — трехмерное нестационарное температурное поле (ф — время); T (ф) — нульмерное нестационарное температурное поле; T (x) — стационарное одномерное температурное поле; T = const — нульмерное стационарное температурное поле.
Изотермическая поверхность — это поверхность равных температур. Свойства изотермических поверхностей: а) изотермические поверхности не пересекаются; б) в нестационарных процессах изотермические поверхности перемещаются в пространстве.
В нашем курсе мы будем рассматривать тела, так называемой, простой или классической формы. Таких тел три: бесконечная или неограниченная пластина (это пластина, у которой толщина в несколько раз меньше длины и ширины); бесконечный цилиндр (это цилиндр, у которого диаметр в несколько раз меньше длины цилиндра) и шар.
Изотермические поверхности в бесконечной пластине — это параллельные плоскости; в бесконечном цилиндре — это вложенные друг в друга цилиндры меньшего диаметра; в шаре — это вложенные друг в друга сферы.
Градиент температуры (обозначается grad T или) — вектор, направленный по нормали к изотермической поверхности, в сторону увеличения температуры и численно равный изменению температуры на единице длины:
.
где — единичные векторы или орты в декартовой системе координат.
Для одномерных температурных полей градиент температуры равен:
.
Количество теплоты (обозначают) — это количество тепловой энергии, полученное или отданное телом или проходящее через это тело за некоторое время ф в результате теплообмена. измеряют в джоулях [Дж] или калориях [кал]. Тепловой поток (обозначают Q) — это количество теплоты, проходящее через заданную и нормальную к направлению распространения теплоты поверхность в единицу времени.
где — единичный вектор; ф — время, с При стационарном режиме теплообмена тепловой поток не изменяется во времени и его рассчитывают по формуле:
Вт.
В расчетах теплообмена используют три удельных тепловых потока: поверхностную плотность теплового потока, линейную плотность теплового потока и объемную плотность теплового потока.
Поверхностная плотность теплового потока (обозначают: q, Вт/м2) — это тепловой поток, отнесенный к площади поверхности тела.
Вт/м2,.
где F — площадь, м2.
В стационарном режиме теплообмена:
.
Линейная плотность теплового потока (обозначают:, Вт/м) — это тепловой поток, отнесенный к длине протяженного тела.
В стационарном режиме теплообмена:
.
откуда следует, что.
.
где ф — время, с; - длина протяженного объекта, м.
Объемная плотность теплового потока (обозначают: qv, Вт/м3) — это тепловой поток, отнесенный к объему тела.
В стационарном режиме теплообмена:
откуда следует.
и .
V — объем, м3.
Существуют три элементарных способа передачи теплоты: теплопроводность (кондукция); конвекция; тепловое излучение (радиационный теплообмен).
Теплопроводность (кондукция) — способ передачи теплоты за счет взаимодействия микрочастиц тела (атомов, молекул, ионов, электронов) в переменном поле температур. Теплопроводность имеет место в твердых, жидких и газообразных телах. В вакууме теплопроводность отсутствует.
Конвекция — способ передачи теплоты за счет перемещения макрообъемов текучей среды из области с одной температурой в область с другой температурой. В вакууме конвекция теплоты невозможна.
Тепловое излучение (радиационный теплообмен) — способ передачи теплоты за счет распространения электромагнитных волн в определенном диапазоне частот. Все тела с температурой выше 0 К обладают собственным тепловым излучением. Лучистая энергия может передаваться и в вакууме.
В природе и в технических устройствах, как правило, все три способа передачи теплоты происходят одновременно. Такой теплообмен называется сложным теплообменом.
Передачу теплоты совместно теплопроводностью и конвекцией называют конвективным теплообменом.
В природе и технике наиболее часто встречаются следующие два варианта сложного теплообмена: теплоотдача и теплопередача.
Теплоотдача — процесс теплообмена между непроницаемой твёрдой стенкой и окружающей текучей средой.
Рис. 1 Схема процесса теплоотдачи: Tw — температура стенки; Tf — температура текучей среды; дq — толщина теплового пограничного слоя
Теплопередача — передача теплоты от одной текучей среды к другой текучей среде через непроницаемую твёрдую стенку.