Пренос на топлина - какво е това? Видове, методи, изчисление на топлопреминаването

Преносът на топлина е важен физически процес. Тя включва трансфер на топлина и е сложен процес, който се състои от набор от прости трансформации.

Има определени видове топлопредаване: конвекция, топлопроводимост, топлинно излъчване.

Характеристики на процеса

Теорията за трансфер на топлина е наука за характеристиките на топлопредаването. Преносът на топлина е пренос на енергия в газообразни, течни, твърди среди.

века. Теорията за топлината се появява в средата на XVIII век. Неговият автор е М. В. Ломоносов, който формулира механичната теория на топлината, използвайки закона за запазване и преобразуване на енергията.

Опции за обмен на топлина

Преносът на топлина е неразделна част от топлотехниката. Различните органи могат да обменят своите вътрешна енергия под формата на топлина. Възможността за пренос на топлина е спонтанен процес на пренос на топлина в свободно пространство, който се наблюдава при неравномерно разпределение на температурата.

Разликата в температурните стойности е предпоставка за топлообмен. Разпределението на топлината се осъществява от тела с по-висока температура до тела с по-нисък индекс.

Резултати от изследванията

Преносът на топлина е процес на пренос на топлина вътре в твърдото тяло, но при условие, че има разлика в температурата.

Многобройни изследвания показват, че преносът на топлина на ограждащите структури е сложен процес. За да се опрости изследването на същността на явленията, свързани с пренос на топлина, се отделят елементарни операции: проводимост, радиация, конвекция.

Термична проводимост: обща информация

Какъв тип пренос на топлина се използва най-често? Чрез прехвърляне на вещество вътре в тялото, можете да промените температурата, например загряване на метален прът, увеличаване на скоростта на топлинно движение на атоми, молекули, увеличаване на вътрешната енергия, увеличаване на топлопроводимостта на материала. При сблъсъка на частиците се получава постепенно прехвърляне на енергия, в резултат на което целият прът променя температурата си.

Ако разглеждаме газообразни и течни вещества, тогава прехвърлянето на енергия чрез топлопроводимост в тях има незначителни показатели.

конвекция

Такива методи за пренос на топлина са свързани с прехвърлянето на топлина при движение в газове или течности от област с една температурна стойност към област с друг индикатор за нея. Има подразделение на конвекцията на два вида: насилствено и свободно.

Във втория случай течността се движи под влиянието на разликата в плътността на отделните му части поради нагряване. Например, в стаята от горещата повърхност на радиатора студен въздух се издига, получавайки допълнителна топлина от батерията.

В тези случаи, когато за движение на топлина е необходимо да се използва помпа, вентилатор, миксер, става дума за принудителна конвекция. Нагряването в целия обем на течността в този случай става много по-бързо, отколкото при свободната конвекция.

радиация

Какъв тип пренос на топлина характеризира промяната в температурата в газообразна среда? Става дума за топлинно излъчване.

Това включва прехвърляне на топлина под формата на електромагнитни вълни предполагащ двоен преход на топлинна енергия в радиация, след това обратно.

Характеристики на пренос на топлина

За да се извърши изчисляването на топлопредаването, е необходимо да има представа, че е необходима топлинна среда за топлопроводимост и конвекция, а това не е необходимо за радиация. В процеса на топлообмен между телата се наблюдава намаляване на температурата в този орган, в който този показател има голяма стойност.

Температурата на студено тяло се повишава с точно същата сума, което потвърждава пълноценния процес на енергиен обмен.

Интензивността на пренос на топлина зависи от разликата в температурата между телата, които обменят енергия. Ако е практически отсъстващ, процесът е завършен, установено е термично равновесие.

Характеристики на процеса на топлопроводимост

Коефициентът на топлопреминаване е свързан със степента на топлина на тялото. Температурното поле е сумата от температурните индекси за различни точки в пространството в определена точка във времето. Когато стойността на температурата се промени в единица време, полето е нестационарно, за постоянна стойност - стационарен изглед.

Изотермична повърхност

Независимо от температурното поле, винаги можете да идентифицирате точки, които имат една и съща температура. Тяхната геометрична подредба образува определена изотермична повърхност.

В една точка в пространството не е позволено да се намират едновременно две различни температури, поради което изотермичните повърхности не могат да се пресичат. Може да се заключи, че промяната в телесната стойност на температурата се проявява само в онези посоки, които пресичат изотермични повърхности.

Максималният скок се отбелязва в нормалната на повърхността посока. Температурният градиент е отношението на най-високата температура към интервала между изотермите и е векторно количество.

Той показва интензивността на температурната промяна вътре в тялото, определя коефициента на топлопреминаване. на количество топлина които ще се прехвърлят през всяка изотермична повърхност, наречена топлинен поток.

Под неговата плътност се разбира съотношението към единичната площ на самата изотермична повърхност. Тези стойности са противоположни вектори.

Закон на Фурие

Това е основният закон за топлопроводимостта. Неговата същност е в пропорционалността на плътността на топлинния поток към температурния градиент.

Коефициентът на топлопроводимост характеризира способността на телата да предават топлина, тя зависи от физичните свойства на веществото и неговия химичен състав, влажност, температура, порьозност. Влагата при пълнене на порите стимулира повишаване на топлопроводимостта. При висока порьозност вътре в тялото се съдържа увеличено количество въздух, което влияе на намаляването на топлопроводимостта.

Всички материали имат определен коефициент на съпротивление на топлообмена, той може да бъде намерен в справочници.

Топлинна проводимост в твърда стена

Като предпоставка за този процес се разглежда температурната разлика между повърхностите на стената. В такава ситуация се образува топлинен поток, който се насочва от стената с голяма температурна стойност към повърхността на стената с ниска температура.

Съгласно закона на Фурие, топлинният поток ще бъде пропорционален на площта на стената, както и на температурното налягане, и обратно пропорционална на дебелината на тази стена.

Намаленото съпротивление на топлопреминаване зависи от това топлинна проводимост на материала от които са направени стени. Ако включват няколко различни слоя, те се считат за многопластови повърхности.

Като пример за такива материали могат да се нарекат стените на къщите, където вътрешният слой на мазилката се нанася върху тухления слой, както и на външната облицовка. В случай на замърсяване на външната повърхност на предаващата топлинна енергия, например радиатори или двигатели, замърсяването може да се разглежда като налагане на нов слой с незначителен коефициент на топлопроводимост.

Именно поради това, че топлинният обмен е намален, съществува опасност от прегряване на работещия двигател. Подобен ефект причинява сажди и мащаби. С увеличаване на броя на слоевете на стената се увеличава нейното максимално термично съпротивление, а топлинният поток намалява.

За многослойни стени разпределението на температурата е счупена линия. При много топлообменници топлинният поток преминава през стените на кръгли тръби. Ако отоплителното тяло се движи вътре в такива тръби, тогава топлинният поток се насочва към външните стени от вътрешните части. Когато се наблюдава външният вариант, обратният процес.

Пренос на топлина: характеристики на процеса

Има взаимодействие между топлинното излъчване, конвекцията, топлопроводимостта. Например в процеса на конвекция се получава топлинно излъчване. Термичната проводимост в порести материали е невъзможна без радиация и конвекция.

При практическите изчисления не винаги е препоръчително и възможно да се раздели на сложни процеси на отделни явления. По принцип резултатът от кумулативните ефекти на няколко прости явления се дължи на процеса, който се счита за основен в даден случай.

Вторичните процеси в този подход се вземат предвид само за количествени изчисления.

В съвременните топлообменници топлината се прехвърля от един вид течност към друга течност през стената, която ги разделя. Важен фактор, който влияе на коефициента на топлопреминаване, е формата на стената. Ако е плоска, могат да се разграничат три етапа на топлопредаване:

• към повърхността на стената от нагряващия флуид;
• топлопроводимост през стената;
• към нагрявания флуид до повърхността на стената.

Общото термично съпротивление на топлопредаването е обратното на коефициента на топлопреминаване.

заключение

Топлинната проводимост е процес на прехвърляне на вътрешната енергия от нагрявани части на тялото към студените части. Подобен процес се извършва с помощта на случайно движещи се атоми, молекули, електрони. Такъв процес може да се случи в тела, които имат неравномерно разпределение на температурните стойности, но ще се различават в зависимост от агрегираното състояние на въпросното вещество.

Можете да считате тази стойност за количествена характеристика на способността на организма да провежда топлина. м²/сек. Термичната проводимост се отнася до количеството топлина, което може да премине през материал с дебелина 1 m, площ от 1 m² / s.

Дълго време се смяташе, че има връзка между прехвърлянето на топлинна енергия и прехвърлянето на калории от тяло към тяло. Но след провеждане на многобройни експерименти, се установи зависимостта на тези процеси от температурата.

В действителност, при извършване на математически изчисления за определяне на количеството топлина, предавана по различни начини, се взема предвид проводимостта чрез конвекция, както и проникваща радиация. Коефициентът на топлопреминаване е свързан със скоростта на движение на флуида, с характера на движението, с неговата природа, както и с физическите параметри на движещата се среда.

Електромагнитните колебания с различни дължини на вълните действат като носители на лъчиста енергия. Те могат да се излъчват от всякакви тела, чиято температура надвишава нула.

Радиацията е резултат от процеси, протичащи вътре в тялото. Когато удари други тела, тя се абсорбира частично и частично се абсорбира от тялото.

Законът на Планк определя зависимостта на плътността на повърхностния поток от черно тяло от абсолютната температура и дължината на вълната.

Най-простите видове топлообмен, които бяха обсъдени по-горе, не съществуват отделно, те са свързани помежду си. Комбинацията от тях е сложен топлообмен, който включва сериозно проучване и подробно разглеждане.

Най- топлотехнически изчисления използва общия коефициент на топлопреминаване, който е комбинация от коефициенти на топлопреминаване чрез контакт, който взема предвид топлопроводимостта, конвекцията, радиацията.

С правилния подход и отчитане на отделните топлинни явления е възможно да се изчисли с висока степен на сигурност количеството топлина, прехвърлено на тялото.