ТК ЮФУ Факультет Электроники и Приборостроения Кафедра Электрогидроакустической и Медицинской Техники Теплообмен. Тепломассообмен. Выполнил: Вторушин А. Группа: Э 71
Вступление В связи с быстрым развитием науки и техники все большее значение приобретают процессы тепло и массо обмена. Например эффективность и надежность современных и перспективных тепловых двигателей существенным образом зависит от того, насколько правильно организована система охлаждения, расчеты которой базируются на теории теплообмена.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Теория теплопередачи (или теплообмена) представляет собой учение о процессах распространения теплоты в пространстве с неоднородным полем температур. Минимальная температура Максимальная температура Пространство с НПТ При наличии в некоторой среде неоднородного поля температур в ней неизбежно происходит процесс переноса тепла. В соответствии со вторым началом термодинамики этот перенос осуществляется в направлении уменьшения температуры (из области с большей температурой в область с меньшей). Точно так же при наличии в среде неоднородного поля концентраций некоторого i го компонента смеси происходит процесс переноса массы этой примеси. Этот перенос также происходит в направлении уменьшения концентрации примеси.
Существуют три основных вида теплообмена Теплопроводност ь Конвекция Тепловое излучение Теплопроводность — это молекулярный перенос теплоты между непосредственно соприкасающимися телами или частицами одного тела с различной температурой, при котором происходит обмен энергией движения структурных частиц (молекул, атомов, свободных электронов). Конвекция осуществляется путем перемещения в пространстве неравномерно нагретых объемов среды. При этом перенос теплоты не разрывно связан с переносом самой среды. Тепловое излучение характеризуется переносом энергии от одного тела к другому электромагнитными волнами. Часто все способы переноса теплоты осуществляются совместно. Например, конвекция всегда сопровождается теплопроводностью, так как при этом неизбежно соприкосновение частиц, имеющих различные температуры.
Конвекция Конве кция (от лат. convectio — принесение, доставка) — явление переноса теплоты в жидкостях или газах путем перемешивания самого вещества (неважно, вынужденно или самопроизвольно). Переноса тепла конвекцией без теплопроводности не бывает. Сначала более нагретое тело должно отдать тепло перевозчику. Затем он должен увезти полученный кусок тепловой энергии. Существует т. н. естественная конвекция, которая возникает в веществе самопроизвольно при его неравномерном нагревании в поле тяготения. При такой конвекции, нижние слои вещества нагреваются, становятся легче и всплывают вверх, а верхние слои, наоборот, остывают, становятся тяжелее и погружаются вниз, после чего процесс повторяется снова и снова. Естественной конвекции обязаны многие атмосферные явления, в том числе, образование облаков. Благодаря тому же явлению движутся тектонические плиты. Конвекция ответственна за появление гранул на Солнце. При вынужденной (принудительной) конвекции перемещение вещества обусловлено действием каких то внешних сил (насос, лопасти вентилятора и т. п. ). Она применяется, когда естественная конвекция является недостаточно эффективной.
Тепловое излучение — один из трёх элементарных видов переноса тепла (теплопроводность, конвекция, излучение), которое осуществляется при помощи электромагнитных волн. В физике для расчёта теплового излучения принята модель абсолютно чёрного тела, тепловое излучение которого описывается законом Стефана — Больцмана: Мощность излучения абсолютно чёрного тела (интегральная мощность по всему спектру), приходящаяся на единицу площади поверхности, прямо пропорциональна четвёртой степени температуры тела: Постоянная Стефана Больцмана Свойства теплового излучения Тепловое излучение происходит по всему спектру частот от нуля до бесконечности Интенсивность теплового излучения неравномерна по частотам и имеет явно выраженный максимум при определенной частоте C ростом температуры общая интенсивность теплового излучения возрастает C ростом температуры максимум излучения смещается в сторону больших частот (меньших длин волн) Тепловое излучение характерно для тел независимо от их агрегатного состояния Отличительным свойством теплового излучения является равновесный характер излучения. Это значит, что если мы поместим тело в термоизолированный сосуд, то количество поглощаемой энергии всегда будет равно количеству испускаемой энергии.
Теплопроводность — это процесс переноса внутренней энергии от более нагретых частей тела (или тел) к менее нагретым частям (или телам), осуществляемый хаотически движущимися частицами тела (атомами, молекулами, электронами и т. п. ). Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества. Закон теплопроводности Фурье: В установившемся режиме плотность потока энергии, передающейся посредством теплопроводности, пропорциональна градиенту температуры q вектор плотности потока энергии, n коэффициент теплопроводности
МАССООБМЕН В природе и технике многие процессы (например, испарение жидкости и конденсация пара) сопровождаются переносом массы одного компонента в другом. Компонентом называют химически индивидуальное вещество. Диффузия – самопроизвольный процесс установления внутри фаз равновесного распределения концентраций. В однородной по температурам и давлениям смеси процесс диффузии направлен к выравниванию концентраций в системе; при этом происходит перенос вещества из области с большей в область с меньшей концентрацией. Аналогично теплообмену диффузия (массообмен) может происходить как молекулярным (микроскопическим), так и молярным (макроскопическим) путем. Диффузия осуществляется путем беспорядочного теплового движения, которое в жидкости имеет более сложный характер, чем в газе.
Дифференциальные уравнения тепло- и массо- обмена
Роль теплоты в жизни человека. Теплота – непременный участник почти всех производственных процессов. Наиболее важные из них: выплавка и обработка металлов, работа двигателей, производство пищевых продуктов, химический синтез, переработка нефти, изготовление самых разных предметов – от кирпичей и посуды до автомобилей и электронных устройств. Многие промышленные производства и транспорт, а также теплоэлектростанции не могли бы работать без тепловых машин – устройств, преобразующих теплоту в полезную работу. Примерами таких машин могут служить компрессоры, турбины, паровые, бензиновые и реактивные двигатели.
Спасибо за внимание
Скачать презентацию ТК ЮФУ Факультет Электроники и Приборостроения Кафедра Электрогидроакустической
теплообмен.pptx