Основы теплопередачи.

Теплопередача - это процесс переноса теплоты от одного теплоносителя к другому через разделяющую стенку. Сложный процесс переноса теплоты разбивают на ряд наиболее простых, такой прием облегчает его изучение. Каждый простой в процессе переноса теплоты подчиняется своим законом.

Существуют 3 простейших способа передачи теплоты:

1. Теплопроводность;

2. Конвекция;

3. Излучение.

Явление теплопроводности состоит в переносе теплоты микрочастицами (молекулами, атомами, электронами и т.д.) такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур.

Конвективный теплоперенос (конвекция) наблюдается лишь в жидкостях и газах.

Конвекция -это перенос теплоты с макроскопическими обменами веществ. Конвекцией можно передавать теплоту на очень большие расстояния (при движении газа по трубам). Движущаяся среда (жидкость или газ), используются для переноса теплоты, называется теплоносителем. За счет излучения теплота передается во всех лучепрозрачных средах, в том числе и в вакууме. Носителями энергии при теплообмене излучением является фотоны, излучаемые и поглощаемые телами, участвующими в теплообмене.

ПРИМЕР: осуществление нескольких способов одновременно: Конвективная теплопередача от газа к стенке практически всегда сопровождается параллельным переносом теплоты излучения.

Основные понятия и определения.

Интенсивность переноса теплоты характеризуется плотностью теплового потока.

Плотность теплового потока - количество теплоты, передаваемое в единицу времени через единичную плотность поверхности q, Вт/м2.

Мощность теплового потока - (или тепловой поток)- количество теплоты, передаваемая в единицу времени через производную поверхность F

q=Q/F, [ ]

Перенос теплоты зависит от распределения температуры во всех точках тела или системы тел в данный момент времени. Математическое описание температурного тела имеет вид :

t=f(x,y,z, ),

где t- температура.

x,y,z- пространственные координаты.

- время.

Температурное поле, описываемое приведенным уравнением, называется нестационарным. В этом случае температура зависит от времени. Если распределение температуры в теле не изменяется со временем, температурное поле называется стационарным.

t=f(x,y,z,)

Если температура изменяется только по одной или двум пространственным координатам, то температурное поле называется одно или двухмерным.

t=f(x, )

Поверхность, во всех точках которой температура одинакова называется изотермической. Изотермические поверхности могут быть замкнутыми, но не могут пересекаться. Быстрее всего температура изменяется при движении в направлении перпендикулярном изотермической поверхности.

Скорость изменения температуры по нормали изотермической поверхности характеризуется градиент температуры.

Градиент температуры grad t – есть вектор, направленный по нормали к изотермической поверхности и численно равный производной от температуры по этому направлению:

,

n0 – единичный вектор, направленный в сторону возрастания температур, нормально к изотермической поверхности.

Температурный градиент является вектором положительное положение которого совпадает с увеличением температур.