Основные понятия теории теплообмена
Теплообменом называется самопроизвольный необратимый процесс распространения теплоты в пространстве, обусловленный разностью температур.
В природе существует три основных способа передачи теплоты: теплопроводность, конвекция и излучение.
Теплопроводностью называется перенос теплоты от более горячего тела к более холодному при их непосредственном контакте, или от более нагретой части тела к менее нагретой, обусловленный взаимодействием микрочастиц (атомов и молекул), имеющих различную кинетическую энергию.
Молекулы и атомы, из которых состоит тело, движутся со скоростями, пропорциональными их температуре. За счет взаимодействия друг с другом быстродвижущиеся микрочастицы отдают часть своей энергии более медленным, перенося таким образом теплоту из зоны с высокой температурой в зону с более низкой температурой.
Теплопроводность характеризуется коэффициентом теплопроводности вещества – 
, [Вт/(м ×К)], который можно найти в специальных справочниках для каждого конкретного вещества, и разностью температур между нагретой и холодной частями тела (нагретом и холодном телах при их контакте).
Конвекцией (конвективным теплообменом) называется перенос теплоты вследствие пространственного перемещения вещества.
Конвекция наблюдается в текучих средах (жидкостях и газах) и, как правило, сопровождается теплопроводностью. Однако конвективный перенос тепла в жидкостях и газах является определяющим, поскольку он значительно интенсивнее теплопроводности.
Процесс обмена теплотой между твердой поверхностью и жидкостью или газом путем и теплопроводности и конвекции одновременно называется конвективным теплообменом или теплоотдачей (рис. 14.а).
Процесс переноса теплоты от одной текучей среды к другой через разделяющую их твердую стенку называется теплопередачей (рис. 14.б).
Поверхность тела, через которую в процессе теплопередачи переносится теплота, называется поверхностью теплообмена или теплоотдающей поверхностью.
|
|
Интенсивность конвективного теплообмена (теплоотдачи или теплопередачи) зависит от площади поверхности теплообмена, скорости движения среды относительно поверхности и от разности температур жидкости (газа) и стенки.
|
Рис. 14. К понятиям теплоотдачи (а) и теплопередачи (б). |
Количество теплоты, переданной конвективным теплообменом:
, [Дж]
где:
– коэффициент теплоотдачи, зависящий от многих факторов. Коэффициент теплоотдачи либо определяется экспериментальным путем, либо вычисляется по формулам для каждого конкретного случая теплообмена (теплообмен с плоской поверхностью, с цилиндрической поверхностью, с многослойной стенкой, продольное или поперечное обтекание тела и др.);
, [м2] – площадь поверхности нагрева;
, [К] – температуры жидкости и стенки соответственно.