ЧАСТЬ II. Основные понятия и определения

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ТЕПЛООБМЕНА

Основные понятия и определения

Согласно второму закону термодинамики самопроизвольный процесс переноса теплоты возникает под действием разности температур и тепловой поток всегда направлен в сторону меньшей температуры.

Теплота является мерой количества энергии, передаваемой микрофизическим путем.

Передача теплоты возможна только при наличии разности температур.

Поток тепловой энергии при одинаковой разности температур между телами или частями одного тела зависит от условий теплообмена в системе, которые можно характеризовать рядом параметров. Следовательно, для различных случаев передачи теплоты будет справедливо следующее выражение:

Предметом теории теплообмена являются закономерности передачи теплоты и количественные характеристики этого процесса.

Теплота может распространяться в любых средах и даже через вакуум.

В теории теплообмена изучают три основных способа передачи теплоты: теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение.

1. Теплопроводность – способ передачи тепловой энергии внутри тела за счет переноса энергии микрочастицами.

Молекулы, атомы, электроны и другие микрочастицы переносят энергию от более нагретых частей тела к менее нагретым частям, от зоны с более высокой температурой в зону с более низкой температурой. Это происходит за счет взаимодействия микрочастиц.

Теплопроводность имеет место во всех средах: твердых, жидких, газообразных, но это единственный способ, который переносит энергию внутри твердых тел.

2. Конвекция– это способ переноса теплоты с помощью макроскопических объемов движущегося вещества.

Конвекция имеет место в жидкостях. Под термином жидкость понимается любая среда, обладающая свойствами текучести. При наличии разности температур происходит движение макроскопических объемов жидкости и за счет этого происходит выравнивание температур.

Одновременно с конвекцией всегда существует теплопроводность, однако по интенсивности теплопроводность в жидкости значительно уступает конвекции, поэтому теплопроводностью в жидкости часто пренебрегают.

В теплотехнике чаще всего рассматривается теплообмен между жидкостью и твердой поверхностью. Этот процесс получил название конвективная теплоотдача. Поверхность, участвующая в теплообмене, называется теплоотдающей или тепловоспринимающей. Направление теплового потока зависит от разности температур.

3. Тепловое излучение – это способ передачи теплоты с помощью электромагнитных колебаний.

Рисунок 2.1 – Пример лучистого теплообмена между двумя телами

Носителями энергии при тепловом излучении являются фотоны, которые излучаются более нагретым телом и поглощаются менее нагретым. Тепловое излучение имеет место в любых лучепрозрачных средах и в вакууме.

Деление на три способа передачи теплоты условное. На практике передача теплоты осуществляется несколькими способами одновременно, т.е. имеет место сложный, суммарный теплообмен. Для удобства рассмотрения иногда одним или двумя способами передачи теплоты пренебрегают ввиду их малого вклада. В природе существуют перенос тепловой энергии независимо от наших знаний и представлений о нем.