Особенность теплопроводности – – 20108-4

Глава 2. Теплопередача

    1. Способы передачи теплоты

Теплопроводность - молекулярный перенос теплоты в телах (или между ними), обусловленный переменностью температуры в рассматриваемом пространстве.

Конвекция - процесс переноса теплоты при перемещении объемов жидкости или газа в пространстве из области с одной температурой в об­ласть с другой температурой. Конвекция возможна только в текучей, среде. При этом перенос теплоты неразрывно связан с переносом самой среды.

Тепловое излучение - процесс распространения теплоты с помощью элек­тромагнитных волн, обусловленный только температурой и оптическими свойствами излучающего тела; при этом внутренняя энергия тела (среды) переходит в энергию излучения.

В природе и технике элемен­тарные процессы распространения теплоты - теплопроводность, конвекция и тепловое излучение - очень часто происходят совместно.

Конвективный теплообмен -

совмест­ный процесс переноса теплоты конвекцией и теплопроводностью. Он может быть вынужденным и свободным. Вынужденный – если движение рабочего тела вызвано искусственно (вентилятор, компрессор, насос и т.п.). Свободный (естественный) – если движение рабочего тела возникает под влиянием разности плотностей отдельных частей жидкости от нагревания.

Конвективная теплоотдача (теплоотдача) - конвективный теплообмен между потоками жидкости или газа и поверхностью твердого тела.

Процессы теплопроводности и конвективного теплообмена могут сопро­вождаться теплообменом излучением.

Радиационно-кондуктивный теплообмен - теплообмен, обусловленный совмест­ным переносом теплоты излучением и теплопроводностью.

Радиационно-конвективный теплообмен - перенос теплоты излучением, теплопроводностью и конвекцией.

Сложный теплообмен – совокупность всех трех видов переноса теплоты.

Теплопередача - процесс передачи теплоты от горячей жидкости к холодной через разделяющую их стенку.

2.2. Количественные характеристики переноса теплоты

Плотность тепло­вого потока - количество тепло­ты, передаваемой в единицу времени че­рез единичную площадь поверхности. Обозначается – q, . Ха­рактеризует интенсивность переноса теплоты.

Тепловой поток - количество тепло­ты, передаваемой в единицу времени че­рез произвольную площадь поверхности F. Обозначается – Q, .

. (2.1)

    1. 2.3. Основной закон теплопроводности

Согласно основному закону тепло­проводности - закону Фурье (1822 г.), вектор плотности теплового по­тока, передаваемого теплопроводностью, пропорционален градиенту температуры:

, (2.2)

где λ. — коэффициент теплопро­водности вещества, .

Знак минус в уравнении ука­зывает на то, что вектор

q направлен противоположно вектору grad t, т. е. в сторону наибольшего уменьшения температуры.

2.4. Коэффициент теплопроводности

Коэффициент теплопроводности λ характеризует спо­собность данного вещества проводить теплоту.

Численно коэффициент теплопроводно­сти λ=q/gradt равен плотности тепло­вого потока при градиенте температуры 1 К/м.

Ко­эффициент теплопроводности в газах за­висит в основном от скорости движения молекул, которая в свою очередь воз­растает с увеличением температуры и уменьшением массы молекул. Соответственно с возрастанием температуры λ возрастает. Наиболь­шей теплопроводностью обладает легкий газ – водород, гелий. При комнатных условиях коэффициент теплопроводности водоро­да λ ≈ 0,2 Вт/(м К). У более тяжелых газов теплопроводность меньше - у воздуха λ ≈ 0,025 Вт/(м К), у диоксида уг­лерода λ ≈ 0,02 Вт/(м К). λ для газов лежит в диапазоне от 0,006 до 0,6 Вт/(м К). В реальных газах λ также зависит от давления.

Ко­эффициент теплопроводности в металлах. Теплопроводность обес­печивается главным образом за счет теп­лового движения электронов («электрон­ного газа»), которые более чем в 3000 раз легче молекул самого легкого газа - водорода. Соответственно и теп­лопроводность металлов много выше, чем газов. Наибольшим коэффициентом теплопро­водности обладают чистые серебро и медь λ ≈ 400 Вт/(м К). Для углеродистых сталей λ ≈ 50 Вт/(м К).

Ко­эффициент теплопроводности у жидкостей (неметаллов), как правило, меньше 1 (0,07-0,7 Вт/(м-К)). Механизм распространения теплоты в жидкостях можно представить как перенос энергии путем нестройных упругих колебаний. С возрастанием температуры λ уменьшается. Вода является одним из лучших жидких проводников теплоты, для нее λ ≈ 0,6 Вт/(м К). У воды в диапазоне температур от 0 до 127 0С теплопроводность повышается, а при дальнейшем повышении температуры уменьшается. При повышении давления λ возрастает.

Коэффициент теплопроводности неметал­лических твердых материалов обычно ниже 10 Вт/(м К).

Коэффициент теплопроводности теплоизоляторов

λ<0,25 Вт/(м К). Пробка, различ­ные волокнистые наполнители типа ваты.

Значительное влияние на коэффициент теплопроводности могут оказывать температу­ра, давление, а у пористых материалов еще и влажность.

Рис. 2.1. Интервалы значений коэффициента теплопроводности различных веществ

studfiles.net

Тепловые характеристики теплопередачи - Справочник химика 21

    Полученные значения тепловых характеристик змеевика сводим н табл. 3.16. Находим коэффициенты теплопередачи для соответствующих участков [c.177]

    Явления нестационарного теплового режима в теплоизолированном канале представляют интерес для конструктора. Условия нестационарности в пористом цилиндре имеют особое значение ири исследовании теплопередачи, так как методы нестационарного режима часто используются при нахождении основных тепловых характеристик компактных насадочных поверхностей [Л. 5, 6]. Приведены закономерности нестационарного изменения температур как в твердой стенке, так и в жидкости, в том числе и для максимального наклона кривой изменения темиературы. Эти результаты изображены графически на рис. 3-14—3-17, а более точно представлены в табл. 3-2 и 3-3. Многие данные, характеризующие теплопередачу в сетчатых и сферических насадочных иоверхностях, приводимые в гл. 7, были получены на основании решения, соответствующего максимальному наклону (рис. 3-17 и табл. 3-3), и методики для нестационарных условий, разработанной Локе Л. 5]. Результаты решения 18, помещенные в таблицу, получены на основании обработки на вычислительных машинах исходных данных, взятых из нескольких независимых источников [Л. 5, 7, 8]. 

[c.59]


    Перенос тепла в области перехода. Наиболее важным для практики результатом процесса перехода является повышение интенсивности теплопереноса по сравнению со стационарным ламинарным течением. На рис. 11.4.6 в качестве примера показано, как возрастают локальные характеристики теплопередачи при изменении режима течения от ламинарного до полностью турбулентного. Эти данные заимствованы из работы [127], где они получены при исследовании течения воды около вертикальной поверхности, нагреваемой тепловым потоком постоянной плотности. Увеличение локального коэффициента теплопередачи сопровождается соответствующим уменьшением локальной температуры поверхности по сравнению с ее значением при ламинарном режиме Течения. Данные рис. 11.4.6 соответствуют пяти значениям теплового потока видно, что с его увеличением область перехода смещается вперед, а отклонение чисел Нуссельта Ына- от значений для ламинарного пограничного слоя возрастает. Зависимости, характерные для полностью развитого турбулентного течения, устанавливаются далеко вниз по потоку. Результаты измерений хорошо согласуются с корреляционными зависимостями [153]. 
[c.46]

    В работе [139] проведено детальное экспериментальное исследование как структуры течения, так и характеристик теплопередачи при постоянном тепловом потоке от поверхности. Локальные измерения в потоке воды около поверхности с 0 до 30° были выполнены термопарой и клиновидным пленочным термоанемометром. При угле отклонения 0 10° оба типа возмущения усиливаются одинаково. Если 0 не превышает 10°, то развитие возмущений происходит почти так же, как и в вертикальном течении. При 0 > 10° преобладают возмущения в виде продольных вихрей. Периодичность этих вихрей в боковом направлении зависит от угла 0 и не зависит от величины теплового потока. 

[c.125]

    Вместе с этим в предыдущем параграфе отмечалось, что температурный режим при адиабатическом оперировании находится в прямой зависимости от физико-химических и тепловых характеристик процессов. То же относится и к политропическим системам со ступенчатым теплообменом, хотя здесь решающее воздействие начинают оказывать теплотехнические условия, которые в устройствах с непрерывным теплообменом приобретают определяющее значение. Однако и в последних случаях характер температурных кривых при одинаковых условиях теплопередачи продолжает меняться в зависимости от кинетических и тепловых особенностей процессов. [c.110]


    Следовательно, коэффициент теплопередачи, являющийся основной тепловой характеристикой газоохладителя, можно рассматривать зависящим только от двух коэффициентов теплоотдачи. 
[c.278]

    Влияние теплопроводности матрицы. Длина пути передачи тепла внутри поверхности теплообмена так мала, что теплопроводность оказывает ничтожное влияние на характеристики теплообменника. По этим же соображениям с точки зрения теплопередачи использование керамических, а не металлических пластин и влияние отложений сажи или кокса на поверхностях вращающегося регенератора оказывают очень небольшое влияние. В реальных условиях масса отложений в некоторых аппаратах может привести к значительному увеличению теплоемкости ротора и таким образом фактически улучшить тепловые характеристики теплообменника. Такие отложения, однако, создают сопротивление потоку воздуха и, следовательно, увеличивают потери давления в потоке, движущемся через аппарат, так что приходится принимать меры для чистки теплообменника и удаления отложений. [c.199]

    Определение коэффициента теплопередачи Кг производилось на модели стального трубчатого аппарата высотой 1400 мм и диаметром 300 мм. Тепловая характеристика снималась как с незащищенных трубок, так и с трубок, защищенных бакелитовыми покрытиями. [c.139]

    Для подсистемы Теплопередача в диффузионных процессах разработан математический аппарат, включающий описание на макроуровне тепловых характеристик потоков с учетом эффектов смешения компонентов, а также общее описание про- 

[c.267]

    Для подсистемы Теплопередача в диффузионных процессах разработан математический аппарат, включающий описание на макроуровне тепловых характеристик потоков с учетом эффектов смешения компонентов, а также общее описание процессов теплопередачи от нагревательных устройств. Что касается микроуровня этой подсистемы, то нахождение характеристик теплоотдачи сводится к оценкам состояния поверхностей раздела фаз на базе эмпирических соотношений для коэффициентов теплоотдачи. [c.251]

    Рассмотренная методика относится к определению некоторых тепловых характеристик машины, связанных с тепловым балансом. Однако в машине должны быть созданы условия для обеспечения переноса необходимых количеств тепла, которые связаны с закономерностями теплопередачи. После того, как машина в основном спроектирована, необходимо определить, обеспечат ли полученные поверхности теплообмена перенос необходимого количества тепловой энергии. 

[c.131]

    Расчет коэффициента теплоотдачи а и коэффициента теплопередачи к предполагает, что теплообмен происходит через идеальные поверхности и что известны точные значения соответствующих теплофизических характеристик веществ. Однако в действительности качество поверхностей не является идеальным и теплофизические константы точно не известны. В результате этого в тепловых расчетах теплообменника имеется известная неуверенность, которая, однако, не должна привести к тому, чтобы расчет рассматривался как предварительный, или чтобы в основу его были положены большие коэффициенты запаса. [c.166]

    Определение кинетических характеристик теплового процесса — средней разности температур и коэффициента теплопередачи — является задачей теплопередачи как науки о процессах распространения тепла из одной части пространства в другую. Тепло может распространяться различными способами теплопроводностью, конвекцией и тепловым излучением. [c.120]

www.chem21.info

Теория теплопроводности Википедия

Теплопрово́дность — способность материальных тел проводить энергию (теплоту) от более нагретых частей тела к менее нагретым частям тела путём хаотического движения частиц тела (атомов, молекул, электронов и т. п.). Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества.

Теплопроводностью называется также количественная характеристика способности тела проводить тепло. В сравнении тепловых цепей с электрическими это аналог проводимости.

Количественно способность вещества проводить тепло характеризуется коэффициентом теплопроводности. Эта характеристика равна количеству теплоты, проходящему через однородный образец материала единичной длины и единичной площади за единицу времени при единичной разнице температур (1 К). В Международной системе единиц (СИ) единицей измерения коэффициента теплопроводности является Вт/(м·K).

Исторически считалось, что передача тепловой энергии связана с перетеканием гипотетического теплорода от одного тела к другому. Однако с развитием молекулярно-кинетической теории явление теплопроводности получило своё объяснение на основе взаимодействия частиц вещества. Молекулы в более нагретых частях тела движутся быстрее и передают энергию посредством столкновений медленным частицам в более холодных частях тела.

Закон теплопроводности Фурье[ | ]

В установившемся режиме плотность потока энергии, передающейся посредством теплопроводности, пропорциональна градиенту температуры:

q→=−ϰgrad(T),{\displaystyle {\vec {q}}=-\varkappa \,\mathrm {grad} (T),}

где q→{\displaystyle {\vec {q}}} — вектор плотности теплового потока — количество энергии, проходящей в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной каждой оси, ϰ{\displaystyle \varkappa } — коэффициент теплопроводности (удельная теплопроводность), T{\displaystyle T} — температура. Минус в правой части показывает, что тепловой поток направлен противоположно вектору grad(T){\displaystyle \mathrm {grad} (T)} (то есть в сторону скорейшего убывания температуры). Это выражение из

ru-wiki.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *