Водяна пара, витікання та дроселювання газів і пари. Способи розповсюдження тепла, страница 3

4. Способи розповсюдження тепла: теплопровідність, конвективний теплообмін, теплообмін випромінюванням.

Наука про закони розповсюдження тепла в різних середовищах під час передачі його від більш нагрітого до менш нагрітого середовища називається теплопередачею (теплообміном). Питання теплопередачі мають важливе практичне значіння при експлуатації теплотехнічних апаратів в тому числі і котельних агрегатів.

На практиці доводиться зустрічатися з двома задачами:

1 – швидко і ефективно передати тепло;

2 – як можливо менш втратити тепла.

У всіх цих випадках необхідно знати закони передачі та розповсюдження тепла , знати фактори, які впливають на інтенсивність теплообміну.

Розглядають такі три основні види теплообміну:

-  теплопровідність;

-  конвективний теплообмін;

-  теплообмін випромінюванням та поглинанням.

Теплопровідність це передача тепла між безпосередньо з’єднаними частками тіла або декількох тіл. Такому способу передачі тепла властиві тверді тіла. Вивчав ці явища французький вчений Фур’є. Він встановив що, при постійному потоці тепла кріз плоску однорідну стінку товщиною δ, кількість тепла переданого за одиницю часу, буде прямо пропорційна площі цієї стінки F та різниці температур на поверхні стінки, і обратно пропорційно товщині стінки.

Формула Фур’є для однорідної плоскої стінки має вигляд:

Q = λ·,           (3.3)

де λ – коефіцієнт теплопровідності, який залежить від матеріалу стінки.
Цей коефіцієнт λ визначено для різних матеріалів опитним шляхом. Наприклад для міді він становить 410 вт/м·град., для сталі – 20 – 50 вт/м·град., для звичайної цегли –0,75 вт/м·град., для накипу – 0,7 – 2,3 вт/м·град., для сажі – 0,06 -0,1 вт/м·град.

Процес передачі тепла теплопровідністю здійснюється на практиці частіше кріз багатошарову стінку (чавун та накип на ньому). Якщо позначити товщину стінки кожного шару через δ₁, δ₂, ....δ_n, а коефіцієнт теплопровідності матеріалу кожної стінки λ₁, λ₂, ....λ_n, то кількість тепла , яке передається через багатошарову стінку можливо визначити за формулою:

Q = · F.           (3.4)

Відповідно для труби : Q = 2π·l·λ·,               (3.5)

де l – довжина труби,

     d₁ – внутрішній діаметр труби,

      d₂ – зовнішній діаметр труби.

Конвективний теплообмін.

Конвективний теплообмін відбувається за рахунок переноса тепла частками тіла (газ, рідина) і передачі його твердому тілу. Цей теплообмін супроводжується також теплопровідністю – гаряча частинка перемістилась і приєднуючись передає тепло твердому тілу.

Перехід тепла від рідини або газу до твердої стінки або навпаки, називають теплопередачею. Ньютон показав, що кількість тепла, яке передається при конвективному теплообміні можливо визначити за формулою:

Q = α·F· (T_ст – Т_р),               (3.6)

де  α – коефіцієнт теплопередачі, вт/м²·град.

   Т_ст – температура гарячої стінки,

                 Т_р – температура рідини (газу), якому передається тепло.
Коефіцієнт теплопередачі залежить від багатьох факторів, насамперед від:

-  фізичних властивостей рідини або газу,

-  швидкості руху рідини або газу,

-  характеру руху (ламінарний, турбулентний),

-  геометричних характеристик стінки і т. п.

В теплотехнічних апаратах теплообмін відбувається, як правило, складний – одночасно і теплопередача і теплопровідність. Кількість тепла, яке передається в теплотехнічних апаратах визначають за формулою:

Q = k· F· (T₁ – T_n),           (3.7)

де  k – коефіцієнт теплопередачі апарата, вт/м²·град.

Теплообмін вмпрмінюванням та поглинанням.

Теплообмін випромінюванням (поглинанням) – це процес передачі тепла від одного до іншого за допомогою промінів.