Виды переноса теплоты

Теплообменом называется процесс переноса теплоты в пространстве.

Теплообмен представляет собой сложное явление, которое можно условно расчленить на ряд более простых, принципиально отличающихся друг от друга, видов переноса теплоты:

- теплопроводность;

- конвекцию;

- теплообмен излучением.

Теплопроводностьсостоит в переносе теплоты микрочастицами вещества (молекулами, атомами, ионами, электронами). Такой теплообмен происходит в телах при наличии перепада температуры, но механизм переноса теплоты зависит от агрегатного состояния тела.

В газах распространение теплоты происходит вследствие обмена энергией при столкновениях молекул. Молекулы газа в той его части, которая имеет более высокую температуру, обладают большей кинетической энергией хаотического движения, чем молекулы газа в области с низкой температурой. Указанный обмен энергией приводит к переносу теплоты от нагретых объёмов газа к холодным.

В твёрдых телах (диэлектриках) перенос теплоты происходит вследствие силового взаимодействия между молекулами, т.е. в процессе столкновений колеблющихся частиц. Это взаимодействие существенно сильнее, чем в газах, вследствие чего теплопроводность твёрдых тел на 5…6 порядков выше, чем газов.

В металлах дополнительный перенос теплоты происходит вследствие движения и столкновений свободных электронов. Поэтому металлы обладают лучшей теплопроводностью, чем диэлектрики.

В жидких средах, так же как и в диэлектриках, теплопроводность определяется силовым взаимодействием молекул при столкновении колеблющихся частиц. Этот процесс дополняется взаимной диффузией нагретых и холодных макрообъёмов жидкости. Обычно теплопроводность жидкостей превосходит теплопроводность газов в нормальных условиях, но она в несколько десятков и сотен раз меньше, чем у твёрдых тел. Исключение составляют жидкие металлы, у которых теплопроводность близка к теплопроводности твёрдых металлов.

Конвекциянаблюдается лишь в жидкостях и газах. Конвективный перенос теплоты обусловлен перемещением макрочастиц (макрообъёмов) вещества в пространстве из области с одной температурой в область с другой температурой, т.е. перенос теплоты связан с переносом самого вещества. Конвекция всегда сопровождается теплопроводностью.

Конвективным теплообменом называется процесс совместного переноса теплоты конвекцией и теплопроводностью.

Тепловое излучение. При теплообмене излучением перенос теплоты осуществляется посредством электромагнитных волн. При этом происходит двойное превращение энергии. Внутренняя энергия вещества превращается в энергию излучения (энергию электромагнитных волн), которая распространяется в пространстве и, попадая на тела, способные её поглощать, снова превращается во внутреннюю энергию этих тел. Перенос теплоты тепловым излучением нередко происходит совместно с конвективным теплообменом, например, в камерах сгорания двигателей.

Наблюдаемые в природе и технике явления теплообмена обычно включают в себя все рассмотренные выше виды переноса теплоты.

Для удобства технических расчётов вводится понятие о двух видах теплообмена, которые называют теплоотдачейи теплопередачей.

Теплоотдачей называется процесс теплообмена, возникающий между твёрдым телом и омывающей его жидкой или газообразной средой. В общем случае теплоотдача включает в себя конвекцию, теплопроводность и излучение.

Теплопередачей называется процесс теплообмена, возникающий между жидкими или газообразными средами, разделёнными твёрдой стенкой.