Излучение конвекция и теплопроводность: Ошибка 403

Содержание

Виды теплопередачи. Теплопроводность. Конвекция. Излучение.

Определение. Теплопроводность – это явление, при котором энергия передаётся от одной части тела к другой посредством движения частиц или при непосредственном контакте двух тел.

Теплопроводность свойственна веществам во всех трёх агрегатных состояниях: твёрдом, жидком и газообразном.

При этом самой высокой теплопроводностью обладают твёрдые тела (металлы), а самой низкой – газы.

У металлов теплопроводность выше, так как частицы расположены близко друг к другу.

У жидкостей молекулы хоть и близко расположены, но достаточно хорошо изолированы.

Самая низкая теплопроводность у газов: молекулы расположены далеко друг от друга, и чтобы передать энергию, им необходимо столкнуться, поэтому процесс передачи энергии происходит достаточно медленно.

Важно отметить, что при теплопроводности не происходит переноса вещества, а происходит передача энергии от частицы к частице или от одного тела к другому при их непосредственном контакте.

____________________________________________________

Определение. Конвекция – это явление переноса энергии струями, большими группами частиц жидкостей или газов.


Свободная конвекция	Вынужденная конвекция

По сравнению с явлением теплопроводности, когда при прогревании жидкостей или газов процесс передачи энергии частиц через их движение не так эффективен, как передача энергии путем движения целых групп частиц, вступает в действие более интенсивное способ теплопередачи путем конвекции.

В результате рассмотренных свойств конвекции можно заметить, что она имеет место только в том случае, если речь идет о теплопередаче в веществе (а именно в жидкости или газе), если же вещества нет, то и не имеет смысла говорить о явлении конвекции.

________________________________________________

Определение. Излучение – это перенос энергии путем испускания электромагнитных волн.
Это могут быть солнечные лучи, а также лучи, испускаемые нагретыми телами, находящимися вокруг нас.

Когда излучение, распространяясь от тела-источника, достигает других тел, то часть его отражается, а часть ими поглощается. При поглощении энергия теплового излучения превращается во внутреннюю энергию тел, и они нагреваются.

Все окружающие нас предметы излучают тепло в той или иной мере.
Тепловое ( инфракрасное ) излучение не воспринимается глазом.

При повышении температуры тела тепловое излучение увеличивается, т.е. чем выше температура тела, тем интенсивнее тепловое излучение.

Теплопередача способом излучения возможна в любом веществе и в вакууме.
Все тела излучают энергию и остывают.
Тела способны не только излучать, но и поглощать тепловое излучение, при этом они нагреваются.

Темные тела лучше поглощают излучение, чем светлые (или имеющие зеркальную, полированную поверхность), и лучше излучают.

______________________________________________

Теплопроводность. Видео.

____________________________________________

Конвекция. Видео.

____________________________________________

Излучение. Видео.

____________________________________________

Онлайн-игры. Пройди тест — проверь знания.

Тест — Виды теплообмена.

_______________________________________

Кросворд: Виды теплопередачи.

______________________________________________

Виды теплообмена » Все о металлургии

02.06.2015

Процесс теплообмена осуществляется путем теплопроводности, конвекции и теплового излучения (лучеиспускания).
Теплопроводность обусловливает последовательный переход тепла от непосредственно соприкасающихся между собой частиц тела без взаимного технического перемещения этих частиц. Передача тепла теплопроводностью наиболее характерна для твердых тел. В твердых телах — диэлектриках и жидкостях — тепло переносится упругими волнами, в металлах — диффузией электронов, а газах — диффузией атомов или молекул.
Конвекция заключается в переносе тепла движущимися частицами жидкостей, расплавов и газов; при этом очень большое значение имеют состояние и характер движения жидкости и газа. Явление конвекции всегда сопровождается явлением теплопроводности.
Излучением называется распространение тепловой энергии в виде электромагнитных волн. Оно связано с двойным превращением энергии: тепловой в лучистую и лучистой в тепловую.
В металлургических печах обычно встречаются все три вида теплопередачи, иногда в весьма сложных комбинациях. Поясним это на примере схемы теплообмена в пламенной высокотемпературной отражательной плавильной печи (рис. 12). В этом агрегате основным видом теплопередачи от газов к шихте, кладке, и ванне является излучение, передающее до 90% тепловой энергии. Теплопроводность имеет решающее значение в обмене теплом между печью и окружающей средой (потери тепла), а также в прогреве шихты и ванны на глубину. Конвекция в рабочем пространстве отражательной печи имеет ограниченное значение. Теплообмен наружной поверхности печи с окружающей средой происходит излучением и конвекцией.

В низкотемпературных печах и тепловых устройствах (воздухоподогреватели и др.) с большими скоростями газовых потоков конвекция играет значительную роль и ею может передаваться до 50—70% от всего количества тепла. Конвекция имеет также большое значение для теплообмена между газами и шихтой шахтных печей. В электрических рудоплавильных печах, работающих с электродами, погруженными в толстый слой расплавленного шлака, теплопередача к шихте происходит главным образом путем конвекции шлака. В муфельных печах, воздухоподогревателях и паровых котлах большую роль играет теплопроводность через стенку муфеля или трубки.
Для наиболее распространенного в технике случая плоской многослойной стенки передача тепла теплопроводностью при стационарном режиме рассчитывается по формуле (29), выведенной на основании закона Фурье:

Передача тепла теплопроводностью при нестационарном режиме рассчитывается по формулам и графикам, полученным частными решениями общего дифференциального уравнения теплопроводности Фурье:

Этим решениям было посвящено большое число математических исследований советских и иностранных ученых (Гребер, Мак-Адамс, Шак, Тайн, Будрин, Шмидт и др. ). Решение производится при помощи рядов Фурье и Бесселевых функций для одномерного поля, исходное дифференциальное уравнение которого имеет вид

Результаты решения наиболее удобно выражаются при помощи теории подобия в виде безразмерных критериальных уравнений, составленных из безразмерной температуры и критериев Био (Вi), Фурье (Fо), геометрического подобия.
Наибольший интерес представляют решения дифференциального уравнения, позволяющие рассчитывать нагрев и охлаждение тел с определением значений температуры различных точек тела и количества переданного тепла в зависимости от времени. Одно из таких решений было получено при следующих краевых (начальных и граничных) и упрощающих условиях:
1) температурное поле одномерно;
2) геометрические формы тела элементарно просты и представлены пластиной, цилиндром бесконечной длины или шаром;
3) физические свойства тела не зависят от температуры;
4) все точки тела в начале нагрева (охлаждения) имеют одинаковую температуру;
5) газовая или жидкая среда, в которой происходит нагрев или охлаждение тел, имеет во всех точках одинаковую и постоянную во времени температуру:
6) коэффициент теплоотдачи между средой и телом постоянен во времени;
7) тела нагреваются или охлаждаются одновременно со всех сторон.
При этих условиях были найдены следующие расчетные формулы в виде критериальных уравнений:

Формулы (30) применяются для расчета нагрева и охлаждения массивных тел, для которых величина Bi > 0,5. Для расчета времени нагрева тонких изделий (к которым относится большинство изделий из цветных металлов и сплавов), характеризующихся значением Si

Для случая теплоотдачи конвекцией при вынужденном турбулентном движении газов применяется формула М.А. Михеева:

Индексы f и w у критериев обозначают, что значение критериев вычисляются соответственно при температуре газа и температуре поверхности тела.
Передачу тепла излучением применительно к рабочему пространству пламенных печей рассчитывают по формуле (33), основанной на законе Стефана-Больцмана и являющейся частным случаем решения этой задачи:

Значение Сг.к.м может приближенно определяться по формуле, выведенной В.Н. Тимофеевым:

Стационарное и нестационарное температурное поле
Движение газов и расплавов в ванне
Движение газов и материалов в слое
Движение газов и материалов в свободном пространстве
Выбор рациональной конструкции печей
Определение размеров печей по скорости металлургических процессов
Определение удельной производительности печей
Определение теплопотребления исходной шихты
Выбор и обоснование теплового и газового режимов печей
Общие положения о физико-химических превращений материалов

Теплопередача Примечания Излучение, проводимость, конвекция в материалах Сары STEM

Материалы Сары STEM

2,6 тыс. последователей

Также включены в

Комплект теплопередачи для средней школы
90 002 Попробуйте эти увлекательные и забавные ресурсы, включенные в мой Heat Трансферный пакет. Разнообразные интерактивные ресурсы, которые помогут учащимся лучше понять тепло и то, как тепло передается между объектами. Этот комплект охватывает следующие темы: Что такое тепло? Как тепло передается излучением, теплопроводностью и т. д.
8
Продукция
23,20 $Цена 23,20 $29,00Первоначальная цена 29,00$Сэкономьте 5,80 $ School Bundle
Этот согласованный с NGSS годовой пакет ресурсов по физическим наукам предназначен для вовлечения и поддерживать учащихся средней школы всех способностей. Благодаря широкому спектру ресурсов, охватывающих такие темы, как сила и движение, законы Ньютона, химические взаимодействия, волны и теплопередача, этот набор предлагает ди
74
Продукция
175,00 $Цена 175,00 $239,00Первоначальная цена 239,00$Сэкономьте 64,00 $
View Bundle

9000 2 Описание

Стандарты

Обзоры

Вопросы и ответы

Еще из материалов Сары STEM

Быстрый и простой способ представить и/или просмотреть теплообмен: излучение, проводимость и конвекция с помощью этой презентации, пошаговых заметок и обзора карточек с заданиями. Охватывает температуру и кинетическую / тепловую энергию, то, как тепло передается с использованием диаграмм теплопередачи, излучения, проводимости, конвекции, а также теплоизоляторов и проводников.

Что включено:

— Презентация из 30 слайдов, которая охватывает: взаимосвязь между тепловой энергией и движением частиц, демонстрацию, показывающую эту взаимосвязь, то, как тепло течет между объектами, 3 типа теплопередачи, а также теплоизоляторы и проводники.

— соответствующий рабочий лист для заметок, чтобы студенты могли делать заметки во время презентации. Заметки спроектированы таким образом, что их можно распечатать встык и сложить, чтобы они поместились в интерактивный блокнот.

— 12 карточек с заданиями на повторение, которые можно использовать в качестве разминки, распечатать в виде колоды, чтобы учащиеся могли опросить друг друга, собрать вместе для игры на повторение и т. д.

Переход на цифровые технологии в этом году??? Ознакомьтесь с моим теплообменом: цифровые станции — этот ресурс содержит аналогичную информацию и предназначен для дистанционного обучения и цифровых классов. и представить аргументы в поддержку утверждения о том, что при изменении кинетической энергии объекта энергия передается объекту или от него. Примеры эмпирических данных, используемых в аргументах, могут включать инвентаризацию или другое представление энергии до и после передачи в виде изменений температуры или движения объекта. Оценка не включает расчеты энергии.

Вопросы и ответы

Потоки тепловой энергии в зданиях

Понимание фундаментальных тепловых потоков в результате теплопроводности, конвекции и излучения является ключом к созданию энергоэффективных зданий. Потоки влаги также важны, потому что влага удерживает энергию в виде «скрытого тепла».

Потоки явного и скрытого тепла

Существует две формы потоков тепла: явное тепло и скрытое тепло . Поток явного тепла приводит к изменению температуры. Поток скрытого тепла приводит к изменению содержания влаги (часто влажности воздуха). Общий тепловой поток представляет собой сумму явного и скрытого потоков. Комфорт человека зависит от обеспечения приемлемых уровней как температуры (явное тепло), так и влажности (скрытое тепло).

«…но это сухая жара.»

Горячий сухой воздух на самом деле менее дискомфортен, чем горячий влажный воздух, потому что влага удерживает энергию в виде скрытого тепла.

Явное тепло: Тепло, связанное с изменением температуры вещества/материала/пространства.

Скрытая теплота: Высвобождение или накопление теплоты, связанное с изменением фазы вещества без изменения температуры вещества. В проектировании зданий часто требуется тепло для добавления/удаления влаги (влажности) в воздухе.

Явная и скрытая теплота: для превращения воды в пар при той же температуре требуется в пять раз больше тепла, чем для нагрева жидкой воды от температуры замерзания до температуры кипения.

Всякий раз, когда температура объекта отличается от температуры окружающей среды, тепло переходит от горячего к холодному. Точно так же влага течет из областей с большей концентрацией в области с меньшей концентрацией.

Дополнительную информацию о контроле влажности см.: Инфильтрация и контроль влажности

Теплопроводность, конвекция и излучение

Здания отдают явное тепло в окружающую среду (или получают от нее ощутимое тепло) тремя основными способами:

1) Теплопроводность: Передача тепла между веществами, которые находятся в непосредственном контакте с друг друга. Теплопроводность возникает, когда тепло проходит через твердое тело.

2) Конвекция: Движение газов и жидкостей, вызванное теплопередачей. Когда газ или жидкость нагреваются, они нагреваются, расширяются и поднимаются вверх, потому что они менее плотные, что приводит к естественной конвекции.

3) Излучение: Когда электромагнитные волны распространяются в пространстве, это называется излучением. Когда эти волны (например, от солнца) попадают на объект, они передают свое тепло этому объекту.

То, как вы ощущаете тепло от огня, является хорошим примером теплопроводности, конвекции и излучения.

Тепло проходит через материалы, помещенные в огонь, как металлическая кочерга. Вы можете остановить проводимость к руке, используя изолирующую прокладку.

Тепло (и дым) распространяется от огня по воздуху. Направление его движения зависит от ветра и разницы давлений (конвекция).

Тепло исходит от огня туда, где вы находитесь. Вы можете избежать радиации, поместив материал между собой и огнем или отойдя в сторону.

Теплопроводность, конвекция и теплопередача излучением происходят почти везде, куда бы мы ни посмотрели. В ограждающих конструкциях теплопроводность в основном происходит через непрозрачные элементы ограждающих конструкций, конвекция обычно является результатом движения воздуха под действием ветра или давления, а лучистая теплопередача происходит в основном от солнца через оконные проемы. Системы отопления, вентиляции и кондиционирования зданий обычно проектируются для обеспечения комфорта с использованием конвективного или лучистого способов теплопередачи.

Динамические тепловые эффекты

Хотя общие принципы остаются теми же, анализ теплового потока в динамических (быстро меняющихся) условиях является более сложным, чем в статических или «стационарных» (неизменных) условиях.

Эффекты накопления тепла в материалах становятся более серьезной проблемой в динамических условиях. В статических условиях тепловой поток в первую очередь зависит от разницы температур (движущая сила) и теплового сопротивления (сила сопротивления). В динамических условиях эти два фактора по-прежнему важны, но аккумулирование тепла в узле оболочки сглаживает колебания температуры, которые в противном случае произошли бы, если бы узел не мог поглощать или отдавать тепло.

Аккумулирование тепла является функцией плотности материала и его удельной теплоемкости ; произведение этих двух свойств известно как теплоемкость (или тепловая масса) .