Передача тепла конвекцией (конвективный теплообмен). Передача тепла

Передача тепла конвекцией (конвективный теплообмен)

Перенос тепла конвекцией тем интенсивней, чем более турбулентно движение массы жидкости. В ядре потока перенос тепла осуществляется одновременно теплопроводностью и конвекцией, причем совместный перенос тепла этими средствами называется конвективным теплообменом. Вблизи стенки образуется тепловой пограничный слой, здесь тепло передается только теплопроводностью. В самом ядер благодаря турбулентным пульсациям температура массы жидкости становится равна tж.

Подобно тому, как возрастание вязкости приводит к увеличению гидродинамического пограничного подслоя, возрастание теплопроводности приводит к увеличению теплового пограничного подслоя.

Плотность турбулентного теплообмена:

где λТ – коэффициент турбулентной теплопроводности.

 

Величина λТ во много раз больше чем λ..

Интенсивность переноса тепла в ядер потока за счет коэффициента турбулентной теплопроводности определяется коэффициентом турбулентной температуропроводности:

 

 

Величина αТ уменьшается вблизи стенки.

 

Закон теплоотдачи или закон охлаждения Ньютона:

Согласно этому закону, количество тепла dQ, отдаваемое за время dτ поверхностью стенки dF, имеющей температуру tж, жидкости с температурой tж, прямо пропорционально dF и разности температур tст – tж

α – коэффициент теплоотдачи характеризует интенсивность переноса тепла между поверхностью тела (стенкой) и окружающей средой (жидкостью).

 

α – показывает, какое количество тепла передается от 1м2 поверхности стенки к жидкости (или от жидкости к 1м2 поверхности стенки) в течении 1сек при разности температур между стенкой и жидкостью в 1град.

Коэффициент теплоотдачи зависит от следующих факторов:

– скорости жидкости ω, ее плотности ρ и вязкости μ, т.е. от переменных, определяющих режим течения;

– тепловых свойств жидкости, а также коэффициента объемного расширения β;

– геометрических параметров – формы и определяющих размеров стенки, а также шероховатости ε стенки.

Дифференциальное уравнение конвективного теплообмена – или уравнение Фурье – Кирхгофа. Это уравнение выражает в наиболее общем виде распределение температур в движущейся жидкости:

Теплопередача

Плоская стенка. Определяющим количество тепла, которое передается в единицу времени от более нагретой среды с температурой t1 к менее нагретой с температурой t2 через разделяющую их стенку.

Стенка состоит из двух слоев с различной теплопроводностью толщина стенки δ1, с коэффициентом теплопроводности λ1 и слоя тепловой изоляции толщиной δ2, с коэффициентом теплопроводности λ2. Рабочая поверхность стенки F.

Процесс теплообмена установившийся. Следовательно, от более нагретой среды к стенке, сквозь стенку и от стенки к менее нагретой среде за одинаковое время передается одно и то же количество тепла.

Количество тепла, передаваемого за время τ от более нагретой среды, к стенке, по уравнению теплоотдачи составляет:

 

 

 

 

Количество тепла, проходящего путем теплопроводности через слои стенки:

Количество тепла, отдаваемое стенкой менее нагретой среде:

 

Полученные выражения для Q, могут быть представлены в следующем виде:

Сложив эти уравнения, получим:

 

Соответственно при τ = 1

 

К – коэффициент теплопередачи:

 

Соответственно уравнение теплопередачи для плоской стенки при постоянных температурах теплоносителей имеет вид:

 

для непрерывных процессов:

 

Коэффициент теплопередачи К показывает, какое количество тепла переходит в единицу времени от более нагретого к менее нагретому теплоносителю через разделяющую их стенку поверхностью 1м2 при разности температур между теплоносителей на 1град.

Величина, обратная К, называется общим термически сопротивлением:

где

– термическое сопротивление более нагретой и мене нагретой среды;

– термическое сопротивление многослойной стенки.

 

Цилиндрическая стенка. Допустим, внутри трубы находится более нагретый теплоноситель с температурой t1 и коэффициент теплоотдачи от него к внутренней поверхности цилиндрической стенки αВ. Снаружи трубы – более холодный теплоноситель, имеющий температуру t2. Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стенки к более холодному теплоносителю αН

Проводя аналогичные расчеты, получим:

 

где КR – линейный коэффициент теплопередачи, отнесенный к единице длины трубы, а не к единице поверхности.

 

На практике это уравнение применяется только для толстостенных цилиндрических стенок, трубопроводов покрытых толстым слоем тепловой изоляции.

Процессы теплопередачи при постоянных температурах распространены редко (с одной стороны кипит жидкость, с другой стороны стенки конденсируется пар). Наиболее часто теплопередача в промышленной аппаратуре протекает при переменных температурах теплоносителей.

Температура теплоносителя измеряется обычно вдоль поверхности

стенки F.

Теплопередача при переменных температурах зависит от взаимного направления движения теплоносителей. В непрерывных процессах теплообмена возможны следующие вариант направления движения жидкости относительно друг друга вдоль разделяющей их стенки:

1) параллельный ток, или прямоток, при котором теплоносители движутся в одном и том же направлении;

2) противоток, при котором теплоносители движутся в противоположном направлении;

3) перекрестный ток, при котором теплоносители движутся взаимно перпендикулярно друг другу;

4) смешанный ток, при котором один из теплоносителей движется в одном направлении, а другой – как прямоток, так и противотоком к первому. При этом различают простой, или однократный, смешанный ток и многократный смешанный ток.

 

а – прямоток; б – противоток; в – перекрестный ток;

г – однократный смешанный ток;

д – многократный смешанный ток.

 

Движущая сила процессов теплопередачи при переменных температурах изменяется в зависимости от вида взаимного направления движения теплоносителей. Поэтому выражение средней движущей силы или среднего температурного напора зависит от относительного направления движения теплоносителей и характера организации процесса теплопередачи (непрерывный или периодический).

При отношении разности температур теплоносителей на концах теплообменника (ΔtН/ΔtК) < 2, для технических расчетов применяют формулу:

 

Уравнение теплопередачи при прямотоке:

 

Изменение температуры при прямотоке

 

По заданной тепловой нагрузке Q и известным начальным и конечным температуре определяется основная расчетная величина – поверхность теплообмена.

При противотоке уравнение примет вид:

 

Величина Δtб представляет собой разность температур на том конце теплообменника, где она больше;

Δtм – меньшая разность температур на противоположном конце теплообменника.

 

Изменение температуры при противотоке

 

 

Средняя движущая сила при перекрестном и смешанном токе находят исходя из среднелогарифмический разности температур при противотоке

где f – поправочный множитель, меньше единицы.

 

Сравнение прямотока и противотока теплоносителей

 

 

При противотоке уменьшение расхода холодного теплоносителя уменьшение средней разности температур и как следствие увеличение рабочей поверхности.

 

Похожие статьи:

poznayka.org

Передача тепла излучением

Автор Сергей

Четверг, Февраль 4, 2016

Излучение является одним из способов передачи тепла. Вы сами можете испытать его воздействие, когда выходите из душа мокрыми, ежась от холода. В этот момент, подойдя поближе к светящейся в ванной комнате лампе накаливания, без прикосновения к ней (иначе обожжётесь) можно почувствовать её тепло. Из-за чего так происходит? Конечно, из-за того, что здесь действует простой физический закон. Горячая лампа испускает в направлении вас тепловые лучи и согревает вас благодаря излучению.

Передача тепла излучением от лампы происходит таким же образом, каким тепло доходит до нас от солнца. Ведь Солнце является огромным тепловым реактором, расположенным на расстояние в 149 миллионов километров от нашей планеты. И на Земле нет ничего, что было бы способно производить даже малую часть той энергии, которая поступает к нам сквозь вакуум космоса. Солнечная энергия попадает на Землю в виде излучения, которое вы можете самостоятельно почувствовать, если, выйдя на улицу в солнечный день, позволите солнцу согреть ваше лицо своими лучами.

Физика передачи тепла иизлучением

Тепловое излучение представляет из себя электромагнитные волны. С излучением электромагнитные волны переносят энергию. Эти волны возбуждается электрическими зарядами, которые движутся с ускорением. На микроскопическом уровне при увеличении температуры объектов, частицы, из которых состоят эти объекты, начинают колебаться все сильнее и сильнее, вызывая все большее ускорение электрических зарядов. Таков механизм возникновения теплового излучения.

Любой объект в нашем окружении постоянно испускает тепловые лучи. К примеру, рожок мороженого тоже излучает тепловую энергию. И даже вы всё время её излучаете, но этого не видно, так как это свечение находится в инфракрасной части спектра. Тем не менее, этот свет становятся видимым при использовании приборов, работающих в инфракрасном диапазоне, что вам, вероятно, знакомо благодаря кино или телевидению. Вы даже сможете сделать своё «инфракрасное селфи» с помощью тепловизора, если захотите.

Вы осуществляете передачу тепла излучением постоянно и во всех направлениях, в то время как все, что вас окружает, в свою очередь испускает тепловые лучи в вашу сторону. Когда тело имеет такую же температуру, что и все окружающие тела, то все тела в такой системе находятся в тепловом равновесии. Если же окружающая вас среда не излучает тепло в вашу сторону, вы замерзаете. Именно поэтому космический вакуум такой холодный. Вам не нужно прикасаться к чему-либо в космическом пространстве, чтобы утратить тепло своего тела и замерзнуть, вы потеряете все тепло не из-за теплопередачи или конвекции (это два других возможных способа передачи тепла, кроме излучения), а из-за того, что тепловая энергия излучится из вашего тела в окружающее космическое пространство.

Когда объект нагревается до высокой температуры, он начинает светиться красным цветом (это объясняет, почему вы, излучая тепловую энергию, не начинаете светиться красным в видимом спектре — ваша температура для того слишком мала). В процессе дальнейшего нагревания объекта, цвет его излучения меняется, проходя через оранжевый, желтый и дальше по спектру, чем горячее — тем меньше длина волны излучения.

Сергей Валерьевич, репетитор по физике в Москве

yourtutor.info

Передача тепла теплопроводностью

 

Закон Фурье. Основным законом передачи тепла теплопроводностью является закон Фурье, согласно которому количество тепла , передаваемого теплопроводностью, пропорционально градиенту температуры , времени и площади сечения , перпендикулярного направлению теплового потока:

.

Коэффициент пропорциональности в этом уравнении называется коэффициентом теплопроводности. Этот коэффициент характеризует способность тел проводить тепло. Согласно уравнению теплопроводности, коэффициент имеет следующую размерность:

.

Коэффициент теплопроводности показывает, какое количество тепла проходит вследствие теплопроводности через 1 м2 поверхности в единицу времени при разности температур 1 К, приходящейся на 1 м длины нормали к изотермической поверхности.

Коэффициент теплопроводности веществ зависит от их природы и агрегатного состояния. Пределы изменения: для газов - 0,005–0,5; для жидкостей - 0,08–0,7; для металлов – 2,3–458; теплоизоляционных и строительных материалов – 0,02–3,0 Вт/(мК).

Для металлов, применяемых при изготовлении аппаратов пищевых производств, коэффициенты теплопроводности составляют: для нержавеющей стали – 14–23; свинца – 35; углеродистой стали – 45; чугуна – 63; алюминия – 204; меди – 384; серебра – 458 Вт/(мК).

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 уменьшаются, за исключением воды и глицерина. Теплопроводность твердых тел в большинстве случаев растет с повышением температуры.

Дифференциальное уравнение теплопроводности. Процесс распространения тепла теплопроводностью может быть описан дифференциальным уравнением, полученным на основе закона сохранения энергии, в предположении неизменности физических свойств тела по направлениям и во времени ( ).

Для вывода дифференциального уравнения рассматривается элементарный параллелепипед, выделенный из тела, с гранями (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Элементарный параллелепипед к выводу дифференциального уравнения

теплопроводности

 

Количество тепла, входящего в параллелепипед через грань в направлении оси за время , по закону Фурье:

,

выходящего через противоположную грань параллелепипеда:

.

Разность между количеством тепла, вошедшего и вышедшего через грань в направлении оси за время :

.

Для всех граней параллелепипеда:

.

На основе закона сохранения энергии количество тепла представляет тепло, которое идет на изменение энтальпии параллелепипеда за время :

.

Сопоставив выражения для и произведя сокращения, получим дифференциальное уравнение теплопроводности

или в сокращенной записи:

.

Множитель, входящий в уравнение теплопроводности , называется коэффициентом температуропроводности. Этот коэффициент характеризует теплоинерционные свойства веществ: при прочих равных условиях быстрее нагревается или охлаждается то тело, которое обладает большим коэффициентом температуропроводности:

.

Уравнение позволяет решать задачи, связанные с распространением тепла теплопроводностью, как при неустановившихся, так и при установившихся тепловых потоках. При решении конкретных задач дифференциальное уравнение дополняется начальными и граничными условиями.

Теплопроводность плоской стенки. Рассмотрим передачу тепла теплопроводностью через плоскую стенку, длина и ширина которой бесконечно велики по сравнению с ее толщиной в направлении оси .

Температуры стенок равны , причем . При установившемся процессе количество тепла, подведенного к стенке и отведенного от нее, равны между собой и не изменяются во времени. В связи с тем, что температура меняется только в направлении оси , дифференциальное уравнение одномерного температурного поля имеет вид:

.

Интегрирование этого уравнения приводит к функции

.

Константы интегрирования определяются исходя из следующих граничных условий:

при = 0 , ,

;

при , ,

или ,

откуда .

Подставив значения констант в уравнение, получим

.

Тогда для температурного градиента:

.

После подстановки выражения для температурного градиента в уравнение теплопроводности получим для количества тепла

или

.

Если плоская стенка состоит из слоев, отличающихся друг от друга теплопроводностью и толщиной, то при установившемся процессе через каждый слой стенки пройдет одно и то же количество тепла, которое может быть выражено для различных слоев уравнениями:

или

или

…………………………………………………..

или

Произведем сложение правых и левых частей этих уравнений. В результате получим

,

 

откуда

.

Зависимости для расчета теплового потока через однослойную и многослойную цилиндрические стенки приведем без вывода:

;

.

При расчет теплового потока можно вести как для плоской стенки.

 

Тепловое излучение

 

Если на поверхность тела попадает лучистая энергия в количестве , то в общем случае телом поглощается только часть ее с последующим превращением в тепловую энергию. Часть лучистой энергии отражается от поверхности тела, а часть проходит сквозь него. Очевидно, что

;

.

Первое слагаемое равенства характеризует поглощательную способность тела, второе – отражательную, третье – пропускательную.

В пределе каждое из слагаемых может быть равно единице, если каждое из оставшихся двух равно нулю.

При =1 и соответственно 0 и 0 тело полностью поглощает все падающие на него лучи. Такие тела называются абсолютно черными.

При 1, = 0 и 0 тело отражает все падающие на него лучи. Такие тела называются абсолютно белыми.

При 0, =0 и 0 тело пропускает все падающие лучи. Такие тела называются абсолютно прозрачными или диатермичными.

Тела, которые поглощают, отражают и пропускают ту или иную часть падающих на них лучей, называются серыми телами.

Закон Стефана – Больцмана. Количество тепла, излучаемого единицей поверхности тела в единицу времени, называется лучеиспускательной способностью тела:

.

Лучеиспускательная способность, отнесенная к длинам волн от до , т.е. к интервалу волн , называется интенсивностью излучения:

.

Планком теоретически получена следующая зависимость общей энергии теплового излучения от абсолютной температуры и длин волн для абсолютно черного тела:

,

входящие в уравнение константы: 3,22∙10-16 Вт/м2, С2 = 1.24∙10-2 Вт/м2.

Это уравнение после разложения знаменателя в ряд и последующего интегрирования позволяет выразить полную энергию, или лучеиспускательную способность абсолютно черного тела:

.

Константа лучеиспускания абсолютно черного тела 5,67∙10-8 Вт/(м2К4).

Уравнение носит название закона Стефана – Больцмана, согласно которому лучеиспускательная способность абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры его поверхности.

При проведении технических расчетов приведенную зависимость для удобства используют в несколько ином виде:

,

где Вт/(м2К4) – коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела.

Закон Стефана – Больцмана применим также к серым телам:

,

где - относительный коэффициент лучеиспускания, или степень черноты серого тела; – коэффициент лучеиспускания серого тела.

Значение всегда меньше единицы и колеблется в пределах от 0,055 для алюминия, до 0,95 для твердой резины. Для листовой углеродистой стали при температуре окружающей среды.

Закон Кирхгофа. Для серых тел необходимо знать зависимость между их излучательной и поглощательной способностью.

Рассмотрим (рис. 3.2) серое и абсолютно черное тела, расположенные параллельно друг другу.

Примем, что все лучи, испускаемые поверхностью одного тела, падают на поверхность другого. Абсолютно черное тело имеет температуру , лучеиспускательную способность и поглощательную 1, серое тело соответственно , при этом . Излучение попадает на абсолютно черное тело и целиком поглощается им. Излучение попадает на серое тело, при этом часть его, равная , поглощается, а другая часть, равная , отражается на абсолютно черное тело и поглощается им. Таким образом, в результате лучистого теплообмена между телами абсолютно черное тело получает суммарное количество энергии:

.

 

 

Рис. 3.2. Лучистый теплообмен с параллельно расположенными поверхностями

 

Если обмен лучистой энергией между телами происходит при одинаковых температурах , то количество энергии, переданной от одного тела к другому, равно нулю и, следовательно:

, и .

Полученное равенство является математическим выражением закона Кирхгофа, согласно которому отношение лучеиспускательной способности тел к их поглощательной способности для всех тел одинаково, равно лучеиспускательной способности абсолютно черного тела при той же температуре и зависит только от температуры.

Взаимное излучение двух твердых тел. Количество тепла, передаваемое излучением от более нагретого твердого тела менее нагретому, определяется по уравнению

,

где коэффициент взаимного излучения ; – средний угловой коэффициент, определяется формой, размерами и взаимным расположением поверхностей, участвующих в теплообмене; - излучающая поверхность тел.

Значения коэффициента приводятся в специальной литературе. Если одно тело находится внутри другого, то 1. В этом случае коэффициент взаимного излучения определяется в соответствии с уравнением

.

В этом уравнении индекс «1» соответствует более нагретому телу, расположенному внутри другого.

Если поверхности равны и параллельны, то в соответствии с приведенным выше выражением

.

Для более нагретого тела с поверхностью из того же выражения следует

.

Для того, чтобы уменьшить лучистый теплообмен между телами или организовать защиту от вредного влияния сильного излучения, используют перегородки – экраны, изготовленные из хорошо отражающих лучи материалов. Экраны располагают между поверхностями, обменивающимися лучистой энергией.

 

Похожие статьи:

poznayka.org

Передача тепла теплопроводностью — КиберПедия

 

Закон Фурье. Основным законом передачи тепла теплопроводностью является закон Фурье, согласно которому количество тепла , передаваемого теплопроводностью, пропорционально градиенту температуры , времени и площади сечения , перпендикулярного направлению теплового потока:

.

Коэффициент пропорциональности в этом уравнении называется коэффициентом теплопроводности. Этот коэффициент характеризует способность тел проводить тепло. Согласно уравнению теплопроводности, коэффициент имеет следующую размерность:

.

Коэффициент теплопроводности показывает, какое количество тепла проходит вследствие теплопроводности через 1 м2 поверхности в единицу времени при разности температур 1 К, приходящейся на 1 м длины нормали к изотермической поверхности.

Коэффициент теплопроводности веществ зависит от их природы и агрегатного состояния. Пределы изменения: для газов - 0,005–0,5; для жидкостей - 0,08–0,7; для металлов – 2,3–458; теплоизоляционных и строительных материалов – 0,02–3,0 Вт/(мК).

Для металлов, применяемых при изготовлении аппаратов пищевых производств, коэффициенты теплопроводности составляют: для нержавеющей стали – 14–23; свинца – 35; углеродистой стали – 45; чугуна – 63; алюминия – 204; меди – 384; серебра – 458 Вт/(мК).

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 уменьшаются, за исключением воды и глицерина. Теплопроводность твердых тел в большинстве случаев растет с повышением температуры.

Дифференциальное уравнение теплопроводности. Процесс распространения тепла теплопроводностью может быть описан дифференциальным уравнением, полученным на основе закона сохранения энергии, в предположении неизменности физических свойств тела по направлениям и во времени ( ).

Для вывода дифференциального уравнения рассматривается элементарный параллелепипед, выделенный из тела, с гранями (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Элементарный параллелепипед к выводу дифференциального уравнения

теплопроводности

 

Количество тепла, входящего в параллелепипед через грань в направлении оси за время , по закону Фурье:

,

выходящего через противоположную грань параллелепипеда:

.

Разность между количеством тепла, вошедшего и вышедшего через грань в направлении оси за время :

.

Для всех граней параллелепипеда:

.

На основе закона сохранения энергии количество тепла представляет тепло, которое идет на изменение энтальпии параллелепипеда за время :

.

Сопоставив выражения для и произведя сокращения, получим дифференциальное уравнение теплопроводности

или в сокращенной записи:

.

Множитель, входящий в уравнение теплопроводности , называется коэффициентом температуропроводности. Этот коэффициент характеризует теплоинерционные свойства веществ: при прочих равных условиях быстрее нагревается или охлаждается то тело, которое обладает большим коэффициентом температуропроводности:

.

Уравнение позволяет решать задачи, связанные с распространением тепла теплопроводностью, как при неустановившихся, так и при установившихся тепловых потоках. При решении конкретных задач дифференциальное уравнение дополняется начальными и граничными условиями.

Теплопроводность плоской стенки. Рассмотрим передачу тепла теплопроводностью через плоскую стенку, длина и ширина которой бесконечно велики по сравнению с ее толщиной в направлении оси .

Температуры стенок равны , причем . При установившемся процессе количество тепла, подведенного к стенке и отведенного от нее, равны между собой и не изменяются во времени. В связи с тем, что температура меняется только в направлении оси , дифференциальное уравнение одномерного температурного поля имеет вид:

.

Интегрирование этого уравнения приводит к функции

.

Константы интегрирования определяются исходя из следующих граничных условий:

при = 0 , ,

;

при , ,

или ,

откуда .

Подставив значения констант в уравнение, получим

.

Тогда для температурного градиента:

.

После подстановки выражения для температурного градиента в уравнение теплопроводности получим для количества тепла

или

.

Если плоская стенка состоит из слоев, отличающихся друг от друга теплопроводностью и толщиной, то при установившемся процессе через каждый слой стенки пройдет одно и то же количество тепла, которое может быть выражено для различных слоев уравнениями:

или

или

…………………………………………………..

или

Произведем сложение правых и левых частей этих уравнений. В результате получим

,

 

откуда

.

Зависимости для расчета теплового потока через однослойную и многослойную цилиндрические стенки приведем без вывода:

;

.

При расчет теплового потока можно вести как для плоской стенки.

 

Тепловое излучение

 

Если на поверхность тела попадает лучистая энергия в количестве , то в общем случае телом поглощается только часть ее с последующим превращением в тепловую энергию. Часть лучистой энергии отражается от поверхности тела, а часть проходит сквозь него. Очевидно, что

;

.

Первое слагаемое равенства характеризует поглощательную способность тела, второе – отражательную, третье – пропускательную.

В пределе каждое из слагаемых может быть равно единице, если каждое из оставшихся двух равно нулю.

При =1 и соответственно 0 и 0 тело полностью поглощает все падающие на него лучи. Такие тела называются абсолютно черными.

При 1, = 0 и 0 тело отражает все падающие на него лучи. Такие тела называются абсолютно белыми.

При 0, =0 и 0 тело пропускает все падающие лучи. Такие тела называются абсолютно прозрачными или диатермичными.

Тела, которые поглощают, отражают и пропускают ту или иную часть падающих на них лучей, называются серыми телами.

Закон Стефана – Больцмана. Количество тепла, излучаемого единицей поверхности тела в единицу времени, называется лучеиспускательной способностью тела:

.

Лучеиспускательная способность, отнесенная к длинам волн от до , т.е. к интервалу волн , называется интенсивностью излучения:

.

Планком теоретически получена следующая зависимость общей энергии теплового излучения от абсолютной температуры и длин волн для абсолютно черного тела:

,

входящие в уравнение константы: 3,22∙10-16 Вт/м2, С2 = 1.24∙10-2 Вт/м2.

Это уравнение после разложения знаменателя в ряд и последующего интегрирования позволяет выразить полную энергию, или лучеиспускательную способность абсолютно черного тела:

.

Константа лучеиспускания абсолютно черного тела 5,67∙10-8 Вт/(м2К4).

Уравнение носит название закона Стефана – Больцмана, согласно которому лучеиспускательная способность абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры его поверхности.

При проведении технических расчетов приведенную зависимость для удобства используют в несколько ином виде:

,

где Вт/(м2К4) – коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела.

Закон Стефана – Больцмана применим также к серым телам:

,

где - относительный коэффициент лучеиспускания, или степень черноты серого тела; – коэффициент лучеиспускания серого тела.

Значение всегда меньше единицы и колеблется в пределах от 0,055 для алюминия, до 0,95 для твердой резины. Для листовой углеродистой стали при температуре окружающей среды.

Закон Кирхгофа. Для серых тел необходимо знать зависимость между их излучательной и поглощательной способностью.

Рассмотрим (рис. 3.2) серое и абсолютно черное тела, расположенные параллельно друг другу.

Примем, что все лучи, испускаемые поверхностью одного тела, падают на поверхность другого. Абсолютно черное тело имеет температуру , лучеиспускательную способность и поглощательную 1, серое тело соответственно , при этом . Излучение попадает на абсолютно черное тело и целиком поглощается им. Излучение попадает на серое тело, при этом часть его, равная , поглощается, а другая часть, равная , отражается на абсолютно черное тело и поглощается им. Таким образом, в результате лучистого теплообмена между телами абсолютно черное тело получает суммарное количество энергии:

.

 

 

Рис. 3.2. Лучистый теплообмен с параллельно расположенными поверхностями

 

Если обмен лучистой энергией между телами происходит при одинаковых температурах , то количество энергии, переданной от одного тела к другому, равно нулю и, следовательно:

, и .

Полученное равенство является математическим выражением закона Кирхгофа, согласно которому отношение лучеиспускательной способности тел к их поглощательной способности для всех тел одинаково, равно лучеиспускательной способности абсолютно черного тела при той же температуре и зависит только от температуры.

Взаимное излучение двух твердых тел. Количество тепла, передаваемое излучением от более нагретого твердого тела менее нагретому, определяется по уравнению

,

где коэффициент взаимного излучения ; – средний угловой коэффициент, определяется формой, размерами и взаимным расположением поверхностей, участвующих в теплообмене; - излучающая поверхность тел.

Значения коэффициента приводятся в специальной литературе. Если одно тело находится внутри другого, то 1. В этом случае коэффициент взаимного излучения определяется в соответствии с уравнением

.

В этом уравнении индекс «1» соответствует более нагретому телу, расположенному внутри другого.

Если поверхности равны и параллельны, то в соответствии с приведенным выше выражением

.

Для более нагретого тела с поверхностью из того же выражения следует

.

Для того, чтобы уменьшить лучистый теплообмен между телами или организовать защиту от вредного влияния сильного излучения, используют перегородки – экраны, изготовленные из хорошо отражающих лучи материалов. Экраны располагают между поверхностями, обменивающимися лучистой энергией.

 

Конвективный теплообмен

 

Теплоотдача

Под конвективным теплообменом понимается процесс распространения тепла в жидкости или газе от поверхности твердого тела или к его поверхности одновременно конвекцией и теплопроводностью. Такой вид теплообмена также называют теплоотдачей. При теплоотдаче тепло распространяется от поверхности теплообмена к жидкости через пограничный слой за счет теплопроводности и от пограничного слоя в массу (ядро) жидкости преимущественно конвекцией. Перенос тепла конвекцией тем интенсивнее, чем более турбулизирован движущийся поток жидкости или газа. Конвекция связана с переносом тепла массой жидкости и зависит от гидродинамических условий течения.

Свободное движение жидкости (естественная конвекция) возникает вследствие разностей плотностей нагретых и холодных частей жидкости и определяется ее физическими свойствами, объемом и разностью температур нагретых и холодных частей.

Вынужденное движение теплоносителей осуществляется под воздействием насосов, компрессоров и определяется физическими свойствами, скоростью, формой и размерами каналов, в которых происходит их перемещение.

Закон Ньютона. Основным законом теплоотдачи является закон Ньютона, согласно которому количество тепла, передаваемого от поверхности теплообмена теплоносителю (или от теплоносителя к теплообменной поверхности), прямо пропорционально поверхности теплообмена, разности температур поверхности и теплоносителя и времени, в течение которого осуществляется теплообмен:

.

Коэффициент теплоотдачи имеет размерность

,

показывает, какое количество тепла передается от поверхности теплообмена в 1 м2 к теплоносителю или наоборот от теплоносителя к поверхности теплообмена в единицу времени при разности температур равной одному градусу.

Применительно к поверхности теплообмена для всего аппарата и установившегося процесса уравнение теплоодачи имеет вид

,

где - средний по теплообменной поверхности аппарата коэффициент теплоотдачи.

Вследствие сложной структуры потоков, особенно в условиях турбулентного течения, величина коэффициента теплоотдачи представляет собой функцию многих переменных определяющих: режим течения жидкости - скорости, вязкости, плотности; тепловые свойства жидкости - теплоемкости, теплопроводности, коэффициента объемного расширения; геометрических параметров – формы и определяющих размеров, а также шероховатости стенки:

.

Вследствие сложной зависимости коэффициента теплоотдачи от большого числа факторов невозможно получить уравнение для расчета коэффициента теплоотдачи, пригодное для всех случаев теплоотдачи.

Для определения коэффициента теплоотдачи необходимо знать температурный градиент жидкости у стенки, т.е распределение температур в жидкости. Поэтому исходной зависимостью для обобщения опытных данных по теплоотдаче является общий закон распределения температур в жидкости, определяемый дифференциальным уравнением конвективного теплообмена.

 

cyberpedia.su

Передача тепла - Справочник химика 21

    Рассмотрим передачу тепла через слой однородного вещества, например через плоскую стенку толщиной 6. Примем, что температуры поверхностей стенки поддерживаются на постоянном уровне и равняются и /а- Режим теплопередачи является установившимся, стационарным, если установившаяся в отдельных местах гела температура не изменяется во времени. Через поверхность Р в перпендикулярном к ней направлении в единицу времени проходит количество тепла, равное ( фиг. 15). Температура t по направлению теплового потока уменьшается по толщине (1х на величину сИ. Согласно закону Фурье [c.22]     При естественном течении критерий Рейнольдса заменяется критерием Грасгофа, который учитывает движущую силу теплоотдачи. В этот критерий входит значение разности температур, являющейся причиной передачи тепла. [c.32]

    Реакторы, в которых отсутствует передача тепла через поверхность теплообмена, обычно представляют собой цилиндрические аппараты колонного типа, заполненные катализатором. [c.276]

    Процесс теплопередачи в камере конвекции складывается из передачи тепла от газового потока к конвекционным трубам конвекцией и радиацией. Основное значение в конвекционной камере имеет конвекционный теплообмен. Однако излучение газов и кладки также заметно влияет на процесс теплоотдачи. [c.127]

    В современных трубчатых печах основную роль играет передача тепла излучением или радиацией. Поэтому важнейшей частью печи является камера радиации, одновременно выполняющая роль топочной камеры. Процесс теплоотдачи в радиантной камере трубчатой печи складывается пз теплоотдачи радиацией и свободной конвекцией, Однако основную роль играет теплоотдача радиацией, а удельный вес теплоотдачи конвекцией сравнительно невелик. [c.116]

    В тех случаях, когда имеет место совместная передача тепла лучеиспусканием и конвекцией, целесообразно ввести понятие ко- [c.139]

    Физическая размерность величин и К равна №/о и КВт , ° Jсоответственно. Коэффициент тешюпередачи удрбнее задавать обратной ему величиной Q = 1/К - термическим сопротивлением тепловому потоку. При передаче тепла от одного теплоносителя другому через разделяющую стенку, величина складывается из отдельных слагаемых,обусловленных частными термическими сопротивлениями материала стенки, и ламинарных пленок теплоносителей [c.54]

    При исследовании передачи тепла в твердом теле Фурье установил, что количество тепла, которое протекает через тело, прямо [c.21]

    А. ПЕРЕДАЧА ТЕПЛА ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬЮ (ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ПРИ СТАЦИОНАРНОМ РЕЖИМЕ) [c.21]

    Все члены каждого из уравнений (4.1) соответствуют количествам тепла аккумулируемого, передаваемого через стенку и подводимого входным потоком. Уравнение теплопередачи через разделяющую стенку включено в систему (4.1) и описывает зависимость интенсивности передачи тепла от температурного напора (перепада) АТ [c.54]

    На фиг. 1 и 2 показаны конструкции аппаратов, в которых передача тепла осуществляется через поверхности, обогреваемые продуктами сгорания в топочном пространстве. [c.8]

    Теплопередача через какую-либо стенку от более нагретого теплоносителя к другому, более холодному теплоносителю, является относительно сложным явлением. Если взять, например, трубный пучок испарителя, который обогревается дымовыми газами, то налицо имеется три элементарных способа передачи тепла, которые рассматриваются в качестве основных. Тепло дымовых газов передается к трубкам пучка посредством теплопроводности, конвекции и излучения. Через стенки трубок тепло передается только посредством теплопроводности, а от внутренней поверхности трубки- к [c.19]

    В практике часто наблюдается одновременное действие всех трех видов передачи тепла. [c.21]

    Выше было сказало, что теплоотдача от стенки к жидкости происходит всегда теплопроводностью через ламинарно текущий слой пленки. Однако теплопроводность жидкости является незначительной, вследствие чего пленка оказывает большое сопротивление передаче тепла. Поэтому важной задачей, поставленной развитием техники, является решение вопроса об интенсификации теплоотдачи путем существенного уменьшения толщины пленки ламинарного течения или разрушения ее. [c.99]

    Многократное повышение объема пузырьков после их отрыва от поверхности нагрева свидетельствует о том, что тепло от поверхности нагрева сообщается главным образом жидкости, в которой дальше распространяется путем конвекции и только от жидкости сообщается пузырькам пара. Это количество значительно больше того количества тепла, которое может быть сообщено пузырьку в момент его возникновения. Значит и при кипении тепло передается тем же способом, что и при передаче тепла в одной фазе (жидкости), т. е. тепло в основном распространяется теплопроводностью и конвекцией. [c.107]

    Увеличение пузырьков пара перед отрывом, а также подъем их в жидкости приводит в движение определенные столбики жидкости, которые вызывают циркуляцию и перемешивание жидкости во всем объеме и вдоль поверхности нагрева. Этим определяется в основном степень интенсивности передачи тепла от поверхности нагрева к жидкости. Поэтому при кипении в большом объеме жидкости, т, е. при естественной конвекции, коэффициент теплоотдачи а тем больше, чем больше частота образования пузырьков и чем больше количество центров парообразования на поверхности нагрева. Ввиду того, что частота отрыва пузырьков и количество центров парообразования зависят от разности температур поверхности теплообмена и жидкости, коэффициент теплоотдачи при кипении жидкости является функцией этой разности температур или теплового напряжения поверхности нагрева, [c.108]

    В том случае, когда за обеими рядами трубок устроена отражающая огнестойкая стена, количество тепла, воспринимаемое обоими рядами трубок, составляет 98—91% от количества тепла, воспринимаемого гладкой поверхностью. Отсюда следует, что для передачи тепла лучеиспусканием вообще не имеет практического значения повышение количества рядов сверх двух, если этого не требуют другие обстоятельства. [c.137]

    Теплообменники такого типа помещаются в аппараты, которые при работе заполняются перерабатываемой жидкой массой. Они с успехом применяются главным образом в среде, вызывающей коррозию аппарата. При этом сам рабочий сосуд имеет с внутренней стороны антикоррозийное покрытие, которое является плохим проводником тепла. Таким покрытием является, например, кислотоупорная облицовка или пластмассы с низким ко-коэффициентом теплопроводности X. В этих случаях передача тепла теплопроводностью через стенку сосуда затруднительна. [c.231]

    Передача тепла от теплоносителя к, сушильному материалу в данном случае происходит тремя способами а) от теплоносителя через часть стенки барабана, покрытой материалом, к последнему б) от теплоносителя через свободную стенку барабана к протекающему воздуху или пару (или к паро-воздушной смеси) и в) от протекающего воздуха (или пара) через поверхность материала к материалу. Расчет последнего способа производится по аналогии с расчетом теплообмена во вращающихся барабанах. [c.247]

    V. ТЕПЛОНОСИТЕЛИ И СПОСОБЫ ПЕРЕДАЧИ ТЕПЛА В АППАРАТАХ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ [c.249]

    Применяются печи конвективной и комбинированной систем. В последней передача тепла к маслу осуществляется не только конвекцией, но и лучеиспусканием продуктов сгорания. [c.319]

    Когда объем сосуда превышает 1 л или величина г /д становится очень малой (передача тепла и температурные градиенты уменьшаются [2]. [c.375]

    Применяя ранее предложенную простую модель, можно приравнять скорости выделения тепла и теплоотдачи при температуре Г и их первые производные, чтобы найти Г и критические концентрационные условия / (Сс) для любых постоянных начальных условий. Если допустить, что к является коэффициентом передачи тепла между стенками сосуда и газом, а — величина поверхности сосуда, тогда скорость потери тепла при Г = Гд равна Q = Sh Т — То), так что оба условия могут быть записаны в следующем виде  [c.377]

    Тепловые процессы, связанные с передачей тепла от одного тела к другому. К тепловым процессам относятся пагревапие, охла-и[c.5]

    В зависимости от способа передачи тепла нефтепродукту печи можно разделить на три осиовньев группы конвекционные, радиант-но-конвекционные и радиантные. [c.88]

    К радиантным печам относятся такие ночи, в которых ос.новное значение имеет передача тепла радиациеГ , а камера конвекции играет вспомогательную роль либо мож ет вообще отсутствовать. Этот тип печей наиболее распространо1г л пастоянц е время. [c.89]

    Уравнение теплопередачи должно учитывать теплоотдачу экрану радиацией и конвекцией. Передача тепла радиацией определяется уравнением Стефана-Больцмана, для решения которого необходимо знать температуры излучающего и поглощающего источников. Температура последнего, т. е. радиантных труб, обычно известна, но неизвестна средняя эффективная температура продуктов горения (но1 ло1цающен среды). Выше было отмечено, что изменение температур в TOHi e подчиняется сложному закону. Предполагается, что в больших топочных нространстпах процесс теплоотдачи определяется периферийными температурами, в данном случае температурой газов 1Ш перевале. Ото не означает, одпако, что температура ) газов на перевале раина средней эффективной температуре поглощающей среды последняя всегда вьппе. В связи с этим Н. И. Белоконь вводит понятие эквивалентной абсолютно черной поверхности, излучение которой при температуре газов на выходе из топки (на перевале) равно всему прямому и отраженному излучению. Другими словами, общее количество тепла, передаваемого эквивалентной [c.118]

    В 90-х годах прошлого века над этой проблемой начал работать шотландский химик Джеймс Дьюар (1842—1923). Он приготовил в большом количестве жидкий кислород, который хранил в изобретенном им сосуде, получившем название сосуда Дьюара. Сосуд Дьюара — это колба с двойными стенками, из пространства между которыми выкачан воздух Теплопроводность разреженного газа между стенками настолько мала, что температура веш,ества, поме-ш,енноро в сосуд, долгое время остается постоянной. Чтобы еще более замедлить процесс передачи тепла, Дьюар посеребрил стенки сосуда, (Бытовой термос — это всего-навсего сосуд Дьюара, закрывающийся пробкой.) [c.122]

    В случае синтеза среднего давления катализатор находится в трубках ( 2000 на 1 реактор), окруженных водой, температура которой также определяется давлением. В обоих случаях для отвода тепла используется вода. Передача тепла от катализатора к охлаждающим поверхностям обеспечивается в основном синтез-газом, так как катализатор, содержащий большой процент кизельгура, обладает очень низкой теплопроводностью. Чем меньше диаметр трубок, в которых находится катализатор, тем меньше местных перегревов катализатора и тем ниже метарюобразование. Возможная удельная нагрузка катализатора, выраженная в нм газа. на 1 объема катализатора в час, сравнительно невелика в связи с необходимостью соответствующего теплоотвода. Соответственно невелика и мощность реакторов. Реактор емкостью примерно 10 катализатора может пропустить 1000 м час синтез-газа, что при выходе 165—170 г. полезных продуктов синтеза на 1 нм шревра-щенного газа соответствует примерно 120 кг час продуктов синтезе (Сз и выше). Охлаждающая поверхность на 1000 превращенного газа составляет около 3000 м , а расход металла на 1000 м час превращенного паза составляет 65 т. [c.68]

    Если пламя распространяется стационарно, химическая реакция протекает в ограниченной области толщиной oy, которая определяется величиной Vftf, где tf — время полупревращения реакции при средней температуре пламени Г/ и Vf — линейная скорость распространения пламени. Для того чтобы такое стационарное состояние существовало, время передачи тепла через зону пламени bf должно быть такого же порядка, что и время полупревращения реакции tf. Тогда, решая уравнение диффузии, получаем [c.398]

    Тепловые процессы, связатые с передачей тепла от одного агента к другому. К тепловьш процессам относятся на-греваниэ, охлаждение, испарение, конденсация, плавление, затвердевание. [c.4]

    Выводы, получаемые на основании излагаемой теории и результатов экспериментальных исследований, основываются на ряде упрощающих предпосылок и часто соответствуют лищь идеальным условиям. На практике обычно наблюдаются сложные случаи теплопередачи и такие производственные условия, при которых наслоение накипи или образование инкрустации на поверхности теплообмена весьма удаляют условия, при которых в действительности происходит передача тепла, от идеальных. Отсюда следует сделать вывод, что без необходимого практического опыта, основанного на проверке теории измерениями, проведенными в производственных условиях, правильный расчет теплового оборудования невозможен. [c.28]

    Теплопередача конвекцией предполагает наличие (перемещающегося вещества, следовательно, она возможна только между телом и текучим веществом. Под текучим веществом следует понимать жидкость, газы и пары. При нагреве твердого и текучего вещества происходит обмен тепла между более нагретыми, т. е. бы-стродвижущимися молекулами, и более холодными. Как в твердом теле, так и в текучем веществе передача тепла производится теплопроводностью. Однако это явление в текучем веществе протекает значительно более интенсивно благодаря тому, что частицы вещества в данном случае являются свободно движущимися. Слои текучего вещества, которые прилегают непосредственно к нагретому твердому телу, нагреваются, благодаря чему они становятся более легкими. Нагретые частицы начинают двигаться, подымаются и не только освобождают место у поверхности твердого тела новым, более холодным частицам, но и переносят с собой тепло в более холодные слои текучего вещества и там его передают дальще. При этом безразлично, происходит ли движение текучего вещества у поверхности нагрева в результате разности температур и, следовательно, удельных весов жидкости (естественная конвекция) или в результате искусственно вызванного и поддерживаемого фактора (искусственная или вынужденная конвекция). Вполне очевидно, что указанные рассуждения применимы как для процесса нагрева, так и для процесса охлаждения. Оба случая имеют одинаковое техническое значение в обоих случаях закономерности конвективного теплообмена оказывают решающее влияние на механизм теплопередачи. Не зная их, нельзя рассчитать количество передаваемого тепла. [c.28]

    Коэффициент теплоотдачи а не является, таким образом, постоянной вещества ли материала он зависит не только от скорости перемещения жидкости вдоль товерхности натрева, но в него включено значение всех величин, которые оказывают влияние на интенсивность передачи тепла. Заслугой Нуссельта является то, что на основе дифференциальных уравнений движения вещества, уравнения неразрывности и уравнения сохранения эцергии он на-щел величины, определяющие процесс теплоотдачи, и показал то влияние, какое о ш оказывают-на а. [c.29]

    В последнее время три изучении процесса теплообмена при парообразовании в условиях направленного движения поверхность теплообмена стали разбивать на две области. В первой области влияние парообразования мало и передача тепла осуществляется путем конвекции здесь теплообм еи обусловливается собственно движением жидкости. Во второй области определяющее влияние на процесс оказывает образование и движение пузырей, т. е. решающее значение приобретает процесс кипения. Следовательно, общие закономерности процесса определяются соотношением интенсивности обеих форм движения. [c.125]

    В процессе сушки матер,нала можно выделить три периода. Первый период характеризуется поверхностным испарением воды, содержащейся в материале. В течение этого периода сушки происходит максимальное поглощение тепла этот процесс подобен испарению со свободной поверхности воды. Испарившаяся вода поглощается газами и отводигся. В этом периоде на передачу тепла значительное влияние оказывает скорость течения газов или воздуха. После этого периода поверхность испарения влаги перемещается внутрь материала, на поверхности материала появляются сухие места, интенсивность сушки уменьшается. [c.244]

    На фиг. 174 показана конвективная система, образованная верхней частью трубок 1. Продукты сгорания поступают через концентрическое сечение, образуемое отражательной плоскостью 2, подвешенной под потолком печи. Сужение проточного сечения увеличивает скорость течения и, следовательно, теплоотдачу. Кроме того, количество переданного тепла увеличивается также за счет оребрения трубок. Благодаря этому, можно увеличить тепловую нагрузку трубок добившись ее равномерности по всей их длине. В последнее время отражательная плоскость 2 стола изготовляется из металла, что обеспечивает передачу тепла за счет теплолроводности металлической стенки из радиационого в конвективное пространство. Это также способствует более равномерному нагреву всей поврехности нагрева. [c.263]

    Давление в резервуаре повысилось самопроизвольно и не поддавалось-регулированию. К моменту заполнения резервуара при давлении 2,4 кПа нем находился остаток продукта объемом 9600 м , высотой 5 м. Трубопровод. для закачки сжиженного газа был подведен к резервуару сбоку, вблизи днища. В танкере находился тяжелый и теплый, с более высоким давлением насыщенных паров продукт. При перекачке в резервуар тяжелый продукт расположился на дне. Находившийся ранее на дне резервуара продукт, более легкий и холодный, с более низким давлением насыщенных паров, был вытеснен наверх. Причем смешение продукта из танкера с продуктом, находящимся в резервуаре, было незначительным. Статическое давление оказавшегося вверху продукта предотвращало испарение продукта из танкера (с более высоким давлением насыщенных паров). Такое положение некоторое время являлось стабильным, но различие температур в слоях вызвало быструю передачу тепла из нижнего слоя в верхний, что привело к увеличению скорости выкипания верхнего слоя, увеличению его плотности и повышению концентрации более тяжелых компонентов. Это динамическое состояние оказалось неустойчивым, так как в верхнем слое плотность продукта росла быстрее, чем в нижнем. Таким образом произошло расслоение продукта в резервуаре с последующей бурной сменой положения слоев (ролловером) и выходом большого объема газа в атмосферу. Повышение давления в резервуаре не превысило пределов, установленных для таких конструкций стандартом Американского нефтяного института, и механическая целостность резервуара не была нарушена. [c.133]

    Система обогрева нагревательными лентами оснащена устройством позиционного регулирования температуры нагрева трубопровода. Датчики контроля температуры стенки трубопровода закладывают под ленту. Укладка лент может быть спиральной и лродольной (рис. Х1П-9). Изменяя шаг намотки лент, можно регулировать передачу тепла трубопроводу. [c.307]

    В процессе эксплуатации сверхзвуковых самолетов происходит поиышение температуры реактивных топлив в результате передачи тепла от силовой установки, использования топлива для охлаждения отдельных узлов самолета и вследствие аэродинамического нагрева поверхности летящего аппарата. Например, установлено, что при скорости полета 2М топливо перед форсункой при длительном полете имеет температуру 180—200° С [17]. Возможный нагрев топлив при эксплуатации некоторых летательных аппаратов приведен в табл. 49. [c.83]

chem21.info

ТРИ СПОСОБА ПЕРЕДАЧИ ТЕПЛА И КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛООТДАЧИ

ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕПЛОПЕРЕДАЧА ТЕОРИЯ И ЕЕ ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ ЧИСЛОВЫЕ ПРИМЕРЫ

Передача тепла может осуществляться тремя способами:

1) теплопроводностью;

2) конвекцией;

3) излучением.

Все эти способы теплопередачи обусловлены, разностью темпе; ратур; тепло всегда переходит от более нагретого тела к менее нагретому. Передача тепла путем теплопроводности происходит в одном и том же теле там, где в нем существует перепад темпе­ратур или где соприкасаются два различных тела'с различной температурой. Как известно, передача тепла обусловливается движением молекул и атомов тела; поэтому распространение теп­ла теплопроводностью необходимо представить себе как следст­вие того, что более нагретые и поэтому колеблющиеся быстрее молекулы отдают часть своей энергии колебания соседним мо,- лекулам, колеблющимся медленнее. Таким образом происходит распространение тепла путем теплопроводности. Кроме того, в переносе тепла участвуют Электроны. Передача тепла путем теп­лопроводности зависит от величины температурного перепада, геометрических размеров и физических свойств тела. Эта зависи­мость может быть записана в удобной математической форме. Говоря о теплопроводности, следует различать установившуюся (стационарную) и неустановившуюся (нестационарную) прово­димости тепла. Установившийся тепловой поток проходит через тело, температура которого в каждой точке не изменяется со вре: менем, т. е. через такое тело, температурное поле которого не зависит от времени. В этом случае через определенное сечение тела за один час проходит всегда неизменное -количество тепла. Если же у рассматриваемого тела температура изменяется повсе; местно или в отдельных его частях, то это вызывает соответству­ющее изменение теплового потока: он становится нестационар^- ным, т. е. зависимым от времени. При этом изменении темпера; тур изменяется и теплосодержание тела. Количество тепла, кото­рое соответствует этому изменению теплосодержания, соответст­вует и отклонению от равномерного теплового потока - Далее мы увидим, что это изменение теплосодержания тела со временем вследствие соответствующего изменения температурного поля с^ь щественно усложняет математическое описание теплопроводно - 2* сти. К счастью, изменяющееся во времени температурное поле на практике встречается лишь в регенераторах и во всех процессах нагревания. Для преобладающей же части технических процес­сов передачи тепла теплопроводностью характерны установивши­еся тепловые потоки,, которые наблюдаются при достижении ста­ционарного состояния. В этом случае математическое описание явления очень просто. Часто неустановившийся тепловой поток можно определить приближенно, прибегая к раздельному расче­ту процесса аккумуляции и установившегося теплового потока.

Передача тепла конвекцией мокет происходить лишь в газах и жидкостях. Она осуществляется следующим образом: к по­верхности нагрева поступают все новые и новые частички газа или жидкости, которые отдают ей свое тепло. Следовательно, теп­ло к поверхности нагрева переносится механическим путем (кон­вейерное перемещение). Естественно, что теплопередача конвек­цией происходит тем интенсивнее, чем больше скорость движе­ния частичек жидкости или газа. Если это движение поддержи­вается искусственно, например мешалкой или путем создания перепада давления в трубопроводах, то это соответствует искус­ственной, или вынужденной, конвекции. Напротив, движение, обу­словленное исключительно внутренними причинами, т. е. глав­ным образом тепловым расширением и связанным с ним появ­лением подъемной силы, называют свободной конвекцией.

Передача тепла излучением происходит в том случае, когда две поверхности, характеризуемые различной температурой, рас­полагаются в пространстве одна против другой и между ними на­ходится прозрачная для излучения среда. Для лучистого потока прозрачными являются «пустое» пространство и сухой воздух. Непрозрачными являются большинство жидкостей и горючих га­зов, а также различные газы в некоторых интервалах длин волн, как напримёр, СОг и водяной пар. Излучение этих газов имеет огромное значение в технике. Оно будет рассмотрено более об­стоятельно в дальнейшем.

Коэффициент теплоотдачи относится к важнейшим понятиям в области теплопередачи. Он равен такому количеству тепла, ко­торое передается теплоносителем одному квадратному метру по­верхности за один час при разности температур в 1°. Размерность коэффициента теплоотдачи: ккал/м2*час° С. Количество тепла, переданное поверхности Р м2 за т часов при разности температур между поверхностью нагрева и теплоносителем (^1—^)°С,

<2 == а(/х — 12)Р • т ккал. | 0)

Раньше считали, что коэффициент теплоотдачи, подобно коэф­фициенту теплопроводности, является чисто физическим свойст­

Вом тела и поэтому его называли «внешним коэффициентом теп­лопроводности». В настоящее время установлено, что коэффици­ент теплоотдачи зависит как от физических свойств (удельной теплоемкости, коэффициента теплопроводности, вязкости), так и от состояния потока теплоносителя. Таким образом, поскольку коэффициеит теплоотдачи зависит от состояния потока (вихре - образование, краевые влияния и т. д.), приходится считаться с фактом некоторой неустойчивости определяющих его условий. Вследствие этого, как будет показано ниже, для определения ко­эффициента теплоотдачи невозможно дать совершенно точных формул. Тем не менее благодаря сочетанию многочисленных ис­следований с теоретическими изысканиями (особенно с теорией подобия) эта область изучена настолько глубоко, что в определе­нии коэффициента теплоотдачи в общем случае достигнута до­статочная для практических целей точность, которая уступает лишь точности формул, применимых для частных случаев, играю­щих в технике наиболее важную роль (например, для одиночной трубы, насадки регенератора, газа, воды).

Предположим, что с помощью регенератора необходимо подо­греть воздух в количестве Vв = 13000 нм3/час, температура кото­рого на входе составляет $в1 = 100° С, до температуры на выхо­де 8^2 = 1000°. …

Дан рекуператор, диаметр воздушных каналов которого йв = = 0,08 ж, а газовых — с1г =0,1 м. Каналы разделены шамотной стенкой толщиной 3 см. Через рекуператор за час проходит отхо­дящий …

Точный метод. Водоподогреватель состоит из вертикальных стальных труб диам. в свету 30 мм и толщиной стенки 3 мм. Дли­на труб 2 м: снаружи их обогревают насыщенным паром 10,2 ата, что …

msd.com.ua

Передача тепла лучеиспусканием - Справочник химика 21

    Передача тепла лучеиспусканием происходит путем переноса энергии в виде электромагнитных волн. В этом случае тепловая энергия превращается в лучистую энергию (излучение), которая проходит через пространство и затем снова превращается в тепловую при поглощении энергии другим телом (поглощение). [c.364]

    Передача тепла лучеиспусканием обычно сопровождается одновременной передачей тепла конвекцией. Пусть от стенки с абсолютной температурой тепло передается к среде с абсолютной температурой Т (соответствующие температуры в °С бу-Дут/ст. иО- [c.407]

    В тех случаях, когда имеет место совместная передача тепла лучеиспусканием и конвекцией, целесообразно ввести понятие ко- [c.139]

    Передача тепла лучеиспусканием [c.59]

    В том случае, когда за обеими рядами трубок устроена отражающая огнестойкая стена, количество тепла, воспринимаемое обоими рядами трубок, составляет 98—91% от количества тепла, воспринимаемого гладкой поверхностью. Отсюда следует, что для передачи тепла лучеиспусканием вообще не имеет практического значения повышение количества рядов сверх двух, если этого не требуют другие обстоятельства. [c.137]

    Передача тепла лучеиспусканием. Количество энергии, излучаемое телом, Вт/м , [c.37]

    При прокалке нефтяного кокса во вращающейся 30-метровой печи (общее время пребывания в ней составляет 30 мин) наиболее интенсивно нагревается наружная поверхность кусков от контактирования с горячими дымовыми газами и путем передачи тепла лучеиспусканием от внутренних раскаленных поверхностей кладки. Прогрев внутренних частей кусков кокса происходит только путем теплопроводности. Неравномерность прогрева их по толщине кусков вызывает неравномерную усадку их и растрескивание. Установлено, что куски размером свыше 50 мм разрушаются полностью, куски размерами 25—30 мм — на 86%. При этом резко возрастает количество кусков размерами 4—25 мм [235]. Разрушение при прокалке пекового кокса, который получается в печах из огнеупоров и нагревается в них до 700—850 °С, обычно незначительное. При этом разрушались только куски размером более 50 мм и за счет этого увеличивалось количество кусков размером 25—50 мм. Гранулированный кокс, полученный при температуре 510—540 °С, при прокалке частично растрескивается (дает радиальные усадочные трещины). Центральная (первоначальная) гранула часто остается целой (фото 31). Иногда замечается слоевое разрушение гранул. [c.191]

    В описанных случаях передача тепла от одного тела к другому происходила при соприкосновении этих тел со стенкой. Однако передача тепла от нагретого тела к холодному может происходить и без соприкосновения их со стенкой. В этом случае нагретое тепло посылает в окружающее пространство тепловые лучи (лучистую энергию), которые доходят до холодного тела, воспринимаются им и нагревают его. Таким способом передается тепло от раскаленной стенки топки каменноугольной смоле при дистилляции ее в трубчатых печах либо в смолоперегонных кубах. Переход тепла от одного тела к другому при помощи тепловых лучей называется передачей тепла лучеиспусканием. [c.37]

    При теплообмене в котлах и печах наблюдаются все три способа передачи тепла одновременно, однако на разных стадиях этого процесса отдельные из них становятся преобладающими. Так, передача тепла лучеиспусканием, называемая еще прямой отдачей , играет ( основную роль в топочной камере, где происходит горение топлива и температура газов наиболее высока. Частично лучеиспусканием передача тепла происходит и в газоходах котла или печи от на-I гретых внутренних стенок, газовых перегородок и потока газов. [c.17]

    При измерении высоких температур газового потока может возникнуть ошибка вследствие теплообмена между термоприемником и стенками трубопровода, вызванная передачей тепла, лучеиспусканием и теплопроводностью. Однако эту ошибку можно свести до минимума и тем самым добиться правильного измерения температуры. [c.131]

    Размещение замораживаемого мяса вблизи приборов охлаждения значительно интенсифицирует теплообмен между мясом и теплоотводящей поверхностью и позволяет использовать передачу тепла лучеиспусканием. [c.122]

    ПЕРЕДАЧА ТЕПЛА ЛУЧЕИСПУСКАНИЕМ [c.133]

    В жидкости или газе тепло в основном распространяется конвекцией, т. е. переносом тепла более нагретыми потоками жидкости или газа. Как пример конвективного теплообмена можно указать нагревание помещения отопительными приборами. Передача тепла лучеиспусканием (излучением) может осуществляться на громадные расстояния, например от солнца на землю. В теплотехнике передача тепла излучением используется в топках паровых котлов, где энергия излучения горящего топлива воспринимается топочными экранами. [c.10]

    В жидкости или газе тепло в основном распространяется конвекцией, т. е. переносом тепла более нагретыми потоками жидкости или газа (например, нагревание помещения отопительными приборами). Передача тепла лучеиспусканием (излучением) может осуществляться на громадные расстояния, например от солнца на землю. [c.10]

    Тепло, необходимое для испарения влаги из частицы раствора, передается конвекцией и лучеиспусканием. Передача тепла лучеиспусканием может составлять значительную долю, если растворы высушиваются в среде с высокой температурой или теплоносителем является перегретый пар или углекислый газ. В обычных условиях сушки распылением можно пренебречь количеством тепла, передаваемым лучеиспусканием газовым слоем и от нагретых поверхностей. Конвективный коэффициент теплообмена подсчитывают по ранее приведенным формулам при испарении чистой жидкости из капель. [c.157]

    При комбинированном теплообмене целесообразно пользоваться коэффициентом теплообмена ал, отражающим передачу тепла лучеиспусканием  [c.49]

    Передача тепла лучеиспусканием и конвекцией. При решении многих практических задач приходится иметь дело с совместным теплопереносом как конвекцией, так и излучением. Поэтому целесообразно привести уравнения лучистого теплообмена к виду, включающему разность первых степеней температур. Для этой цели используется соотношение  [c.138]

    Лучистая энергия того вида, который называется тепловым излучением, испускается каждым телом, имеющим температуру выше абсолютного нуля. Это не означает, однако, что количество испускаемого теплового излучения всегда значительно. Его роль в процессе теплообмена зависит от количества тепла, которое одновременно переносится другими способами. В системах, находящихся при комнатной или ниже комнатной температуры, тепловое излучение незначительно. Но при температурах красного каления ( 550° С) и выше передача тепла лучеиспусканием часто является основным способом теплопередачи. [c.384]

    С повышением температуры коэффициент теплопроводности материалов увеличивается, что объясняется увеличением передачи тепла лучеиспусканием между стенками отдельных пор. В теплоизоляционных материалах, имеющих крупные поры, при высоких температурах увеличиваются конвенционные токи, а следовательно, увеличивается и коэффициент теплопроводности. [c.266]

    Передача тепла лучеиспусканием называется радиацией, или прямой отдачей. Под прямой отдачей понимают передачу тепла окружающим предметам от поверхности нагретого тела, находящегося на некотором расстоянии от источника тепла, например солнца, пламени горящего топлива и др. Так, кочегар, находясь у закрытой чугунной дверки топки, ощущает тепло потому, что изнутри нагретая дверка топки лучеиспускает тепло. Еще большее тепло почувствует человек на лице и руках при открытии топочной или смотровой дверки работающей топки. [c.24]

    Вертикальная циклонная печь представляет собой полую камеру, в которую вещество (расплав серы) вводится с первичным воздухом закрученным потоком, а вторичный воздух подается через сопло тангенциально. Благодаря особой аэродинамической структуре потока в циклонной камере создаются исключительно благоприятные условия для тепло- и массообмена между газо.м и обрабатываемым сырьем — как находящимся во взвешенном состоянии в объеме циклонной камеры, так и с пленкой расплава сырья, движущегося по ее стенкам. Газовый поток с высокой температурой движется у стенки камеры с большой скоростью — 100—120 м1сек. В этих условиях передача тепла от газа к стенке конвекцией становится соизмеримой с передачей тепла лучеиспусканием. [c.108]

    Указанные выводы не применимы к печам с низкой температурой, когда доля передачи тепла лучеиспусканием резко падает. В печах с низкой температурой, например отпускных, следует стремиться к загрузке в несколько рядов с возможно лучшим использованием объема печи, создавая между деталями зазоры для циркуляции газов. Для отжигательных печей с большой садкой главную роль играет выравнивание температуры печи по объему загрузки и разогрев стенок и пода печи. Поэтому в отжигательных печах время нагрева отдельной детали не определяет общего времени нагрева садки. В отжигательных печах надо также стремиться к возможно большей садке, которая допустима из условия равномерности прогрева при данном характере подвода тепла. При подводе тепла только с одной стороны, например сверху, максимальная высота садки может [c.78]

chem21.info

---

• 
  Фотон ауман технические характеристики 1099
• 
  Пвм привод
• 
  Пд 10у
• 
  Перевалка грузов в порту
• 
  Строительный пистолет пороховой
• 
  Грузоподъемность ситроен джампер
• 
  Технич характеристики
• 
  Уаз 469 рулевое управление
• 
  Конвейеры цепные
• 
  Конвейерная линия
• 
  Двигатель белаз