Какие способы передачи теплоты существуют? Приведите их краткое описание.

Какие способы передачи теплоты существуют? Приведите их краткое описание.

1. Теплопроводность. Необходимое условие соединение двух тел одно из которых более нагрето. передача тепла идет постепенно от более нагретого тела к менее, за счет увеличения размахов колебательного движения молекул энергия передается от одной молекуле к другой, сами же они остаются по прежнему на своих местах. т.е. переноса вещества при этом не существует, передается только энергия. Процесс происходит до выравнивания температур обоих тел.

2. Излучение. Этот вид идет при помощи переноса энергии электромагнитными волнами (например, Солнце). Тело так сказать "глотает" кванты энергии, вследствии чего скорость теплового движения молекул тела увеличивается, а значит и увеличивается температура..Темные тела при этом принимают больше, светлые меньше(окрас самолетов- блестящий)

3. Конвекция. Этот вид теплопередачи связан с переносом вещества. подогревают всегда снизу(отопительные батареи всегда внизу, варим огонь тоже у дна кастрюль), нижние слои при этом расширяются, увеличивается архимедова сила, они всплывают вверх, перемешиваются с более холодными, их место занимают следующие, все до тех пор, пока не происходит равномерный прогрев. В твердых телах конвекция идти не может, т.к. невозможен перенос вещества, только газы и жидкости.

2. Приведите определения плотности и мощности теплового потока.

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

Мощность теплового потока или просто тепловой поток - это количество теплоты, передаваемое в единицу времени через произвольную поверхность F, [Вт]. q=Q/F, Вт/м²

Что называется температурным полем? Какие виды полей бывают? Приведите их краткое описание.

Температурным полем называется совокупность мгновенных значений температуры во всех точках тела или системы тел в данный момент времени. Математическое описание температурного поля имеет вид: t=f(x,y,z,t), где t - температура; x,y,z - пространственные координаты; τ - время.

Температурное поле, описываемое приведенным уравнением, называется нестационарным. В этом случае температуры зависят от времени.

В том случае, когда распределение температуры в теле не изменяется со временем, температурное поле называется стационарным

t=f(x,y,z,), (2.2.2)

если температура изменяется только по одной или двум пространственным координатам, то температурное поле называется соответственно одно- и двухмерным:

t=f(x,t),

Температурные поля (2.2.1) и (2.2.2) называются трехмерными.

 

Дайте определение закона Фурье. Приведите формульные зависимости закона Фурье для однородной плоской стенки.

Закон Фурье.

Теория теплопроводности рассматривает тело как непрерывную среду. Согласно основному закону теплопроводности - закону Фурье - вектор плотности теплового потока, передаваемого теплопроводностью, пропорционален вектору градиента температуры:

,

где λ - коэффициент теплопроводности, Вт/(м×К). Он характеризует способность вещества, из которого состоит рассматриваемое тело, проводить теплоту.

Знак «-» указывает на противоположное направление вектора теплового потока и вектора градиента температуры. Вектор плотности теплового потока q всегда направлен в сторону наибольшего уменьшения температуры.

скалярная величина вектора плотности теплового потока:

,

Рассмотрим однородную плоскую стенку толщиной d, на поверхностях которой поддерживаются температуры t_с1 и t_с2, причем t_с1>t_с2 (рис.2.2.3). Температура изменяется только по толщине стенки - по одной координате х, коэффициент теплопроводности . Теплового потока в этом случае, в соответствии с законом Фурье, определяется по формуле:

,

или

,

где , причем t_с1>t_с2;

- внутреннее термическое сопротивление теплопроводности стенки, (м²×К)/Вт.

 

Рис.2.2.3. Изменение температур по толщине однородной плоской стенки

 

Распределение температур в плоской однородной стенке - линейное. В большинстве практических задач приближенно предполагается, что коэффициент теплопроводности λ не зависит от температуры и одинаков по всей толщине стенки. значение λ находят в справочниках при средней температуре .

Тепловой поток (мощность теплового потока) определяется по формуле: .

 

Плоская стенка.

Рассмотрим теплопередачу между двумя жидкостями через разделяющую из многослойную плоскую стенку. Здесь передача теплоты делится на три процесса:

1) В начале теплота передается от горячего теплоносителя t_ж1 к поверхности стенки путем конвективного теплообмена, который может сопровождаться излучением. Интенсивность процесса теплоотдачи характеризуется коэффициентом теплоотдачи a₁.

2) Затем теплота теплопроводностью переносится поочередно от одной поверхности стенки к другой, которая характеризуется коэффициентом теплопроводности l(l₁,…,l_n).

3) И, наконец, теплота опять путем конвективного теплообмена передается от поверхности стенки к холодной жидкости t_ж2. Этот процесс характеризуется коэффициентом теплоотдачи a₂ (рис.2.2.6).

 

Рис.2.2.6. Распределение температур при теплопередаче через

многослойную плоскую стенку

 

Числа подобия.

Основная трудность, возникающая при экспериментальном исследовании конвективного теплообмена, заключается в том, что коэффициент теплоотдачи зависит от многих параметром. Чтобы уменьшить число их согласно теории подобия объединяют в меньшее число переменных, называемых числами подобия (они безразмерны).

Каждое из безразмерных чисел имеет определенный физический смысл. Их принято обозначать первыми буквами фамилий ученых, внесших существенный вклад в изучение процессов теплопереноса и гидродинамики, и называть в честь этих ученых.

Число Нуссельта:

представляет собой безразмерный коэффициент теплоотдачи.

Число Рейнольдса

Re=w_жl/v

Выражает отношение сил инерции (скоростного напора) F_и=r×w²_ж/2 к силам вязкого трения F_m~m×w_ж/l.

При течении жидкости в трубах ламинарный режим на стабилизированном участке наблюдается до Re=w×d/v=2300, а при Re>10⁴ устанавливается развитый турбулентный режим (здесь d – внутренний диаметр трубы).

Число Прандтля:

Pr=c×r×v/l

Состоит из величин характеризующих теплофизические свойства вещества и по существу само является теплофизической константой вещества. Значение число Pr приводится в справочниках.

В случае естественной конвекции скорость жидкости в дали от поверхности w_ж=0 и соответственно Re=0, но на теплоотдачу будет влиять подъемная сила F_п. Это приведет к появлению другого безразмерного параметра – числа Грасгофа:

Gr=g×b(t_c-t_ж)l³/v²

Оно характеризует отношение подъемной силы, возникающей вследствие теплового расширения жидкости, к силам вязкости.

 

Какие способы передачи теплоты существуют? Приведите их краткое описание.

1. Теплопроводность. Необходимое условие соединение двух тел одно из которых более нагрето. передача тепла идет постепенно от более нагретого тела к менее, за счет увеличения размахов колебательного движения молекул энергия передается от одной молекуле к другой, сами же они остаются по прежнему на своих местах. т.е. переноса вещества при этом не существует, передается только энергия. Процесс происходит до выравнивания температур обоих тел.

2. Излучение. Этот вид идет при помощи переноса энергии электромагнитными волнами (например, Солнце). Тело так сказать "глотает" кванты энергии, вследствии чего скорость теплового движения молекул тела увеличивается, а значит и увеличивается температура..Темные тела при этом принимают больше, светлые меньше(окрас самолетов- блестящий)

3. Конвекция. Этот вид теплопередачи связан с переносом вещества. подогревают всегда снизу(отопительные батареи всегда внизу, варим огонь тоже у дна кастрюль), нижние слои при этом расширяются, увеличивается архимедова сила, они всплывают вверх, перемешиваются с более холодными, их место занимают следующие, все до тех пор, пока не происходит равномерный прогрев. В твердых телах конвекция идти не может, т.к. невозможен перенос вещества, только газы и жидкости.

2. Приведите определения плотности и мощности теплового потока.

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

Мощность теплового потока или просто тепловой поток - это количество теплоты, передаваемое в единицу времени через произвольную поверхность F, [Вт]. q=Q/F, Вт/м²