Теплопередача и теплоотдача теплопроводностью, конвекцией, испарением, лучистым теплообменом, изменением агрегатного состояния вещества. Их количественная оценка.

Теплопередача – совокупность явлений передачи теплоты из более нагретой подвижной среды в другую, менее нагретую, через разделяющую их твёрдую стенку. Теплоотдача – совокупность явлений переноса теплоты между поверхностью тв тела и жидкой или газообразной подвижной средой (нет стенки). 1. Теплопроводностью. Фурье, занимаясь изучением теплопроводности в средах, вывел закон : тепловой поток прямо пропорционален градиенту температуры: q= -λ ɗt/ɗn, n – нормаль к изотермической поверхности, λ-коэфф теплопроводности (пропорциональности) (зависит от t, p, влажности). Выведен экспериментально Q=qF= -λ(ɗt/ɗn)F. Q-тепловой поток, q-уд т.п., F-площадь. (количество теплоты, проходящее в ед времени через ед площади изотермической пов-ти называется плотностью теплового потока q (уд т.п.)). 2. Конвекцией. Qк(Конвекция - вид теплопередачи, при котором энергия переносится потоками жидкости или газа.) Происходит в рез-те перемещения частиц теплоносителя и наблюдается только в ж и газ средах. 1). Свободная- Перемещение частиц жидкости в силу изменения их плотности из-за нагревания или охлаждения, изменения концентрации. (например, охлаждение воды в сосуде сверху, тогда возникнет перенос частиц воды снизу вверх) 2). Вынужденная – обусловлена турбулентным перемешиванием водных или воздушных масс потока. Происходит молярный перенос водных масс, а не молекулярный (как в св) т.е. перенос больших объёмов жидкости. (например, ветровое перемешивание). \\\ Конвективный теплообмен в природе определяется разницей между t подстилающей поверхности (tп) и t находящейся над ней жидкости или газообр среды (θ), в кот имеет место молярный перенос теплоты. По закону Ньютона можно опр кол-во темплоты Qк (вт/м2), теряемое 1 м2 этой пов-ти в ед времени: Qк=α(tп- θ). α-коэф теплоотдачи от пов в среду. (опр экспер-но, зависит от шероховатости, скорости дв, t и физ пар-ов окр среды). (Ф: Проскурякова, Браславского). 3. Лучистым теплообменом. Природа манитоэлектическая. Часть энергии тела, определяемая температурой его поверхности, преобразуется в энергию теплового излучения и уже в таком виде передаётся в окружающее пространство. Встречая на пути др тело, лучистая энергия частично отражается от его поверхности и частично поглощается им, т.е. проникает на некоторую глубину, зависящую от прозрачности тела. Виды излучения (по ув длины волны): космическое, рентгеновское, ультраифолетовое, видимое, тепловое, радио-волны. \\\ Если пов-ть тела поглощает все падающие на неё лучи, то это абс чёрн тело; если отражает лучи – абс белое; если пропускает лучи-абс прозрачное. Закон Стефана-Больцмана: Qиз= σ0 T^4, (σ₀-5,67*10^-8-коэф излучение АЧТ, постоянная С-Б, Т-тем-ра). Это зависимость для опр теплового потока при передаче теплоты излучением АЧТ. Реальные тела не АЧТ, поэтому Qиз= ε σ0 T^4, ε-степень черноты серого тела (0-1). \\ Разность между поглащ суммарной радиацией и эф излучением земной пов-ти наз-ся тепловым балансом (радиационным). Q_R=(1-А)(Q_п.р+q_р.р.)-Iэф. А-альбедо (хар-ет отражат спос-ть пов-ти, %, это отношение интенсивности радиации, отражённой данной пов-тью к интенсивности радиации, падающей на неё), Q_п.р+q_р.р.– суммарная солнечная радиация; Iэф – эф излучение при облачности (это разность: собственное излучение пов-ти Земли-излучение атмосферы). 4. Изменение агр сост вещ-ва. При испарении воды, таянии снега и льда, происходит поглощение теплоты из окр среды (сток). При конденсации водяного пара, замерзании воды и грунта, происходит выделение теплоты в окр среду (исток). \\\ Количественная оценка при испарении (теплоотдача в атмосферу) воды: закон Дальтона Qи=Lи ρ E, Lи-уд теплота испарения =2500 кДж/(кг*град), Е – слой испарившейся воды в ед времени (много формул, Е=ε(e₀-e2) Зайков, е0-давление насыщ вод пара в воздухе при t испаряющей пов-ти, е2-парциаольное давление вод пара 2м. ε=0.14(1+0.72w₂) – интенсивность испарения, w₂-скорость ветра. Qи=4,1(1+0.72w₂)(е0-е₂) \\\ Кол оценка теплообмена при кристаллизации воды (плавлении льда) Qкр=Lкр ρ h; Lкр=33,5*10^4 Дж/кг, h-слой замёрзшей воды. Кол оценка теплопередачи (это от среды к среде через тв стенку). От воды к стенке: Q=α₁(t воды-t нижней пов ст), от стенки к воздуху:Q=α₂(t верхн пов ст-θ2(возд)). По закону Фурье: Q= (λ/δ)F(t н.п.- t в.п.), δ-материал стенки. q=(tв-θ)/(1/α₁+ δ/λ +…+1/α₂). 1/α-внешнее термическое сопротивление, δ/λ-термическое сопротивление стенки, q-уд тепл поток.