Методы изучения процессов тепло- и массопереноса. Теплообмен излучением. Излучение и поглощение реальных тел

ПРЕДИСЛОВИЕ

Взаимосвязанный  перенос  вещества  и  энергии  составляет  основу  подавляющего  большинства разработанных  людьми  разнообразных  технологических  процессов,  а  также  процессов,  происходящих  в  природных  условиях.  Поэтому  современная  наука  о  тепломассопереносе  объединяет  ряд  разделов  таких  классических  научных  дисциплин  как    равновесная  и  неравновесная  термодинамика,  физическая   гидро-   и  газодинамика,  физическая  химия,  физика  и  математика.  Подробное  изложение  только  теории  теплообмена потребовало  бы  немыслимой  для  студентов  затраты  времени.  Поэтому  содержание  данного  конспекта  ограничивается  требованиями  Государственного  образовательного  стандарта  и  типовой  программы  по  дисциплине  « Тепломассоперенос» для  студентов  специальности  « Теплофизика,  автоматизация  и  экология  промышленных   печей»  (110300),  опре-деляющими  необходимый  минимум  знаний.

В  первой  части  конспекта  приведены сведения  по  внешнему  теплообмену -  лучистому,  конвективному  и  сложному,  а  во  второй --  по  внутреннему  теплообмену  ( стационарной  и  нестационарной  теплопроводности  твердых  тел), по  теплопередаче  в  теплообменных  аппаратах,  по тепломассообмену  в  некоторых  технологических   процессах  металлургической  промышленности.

В  отличие  от  многих  предыдущих  изданий  учебных  пособий  в  конспекте более  подробно  рассматривается  теплообмен  излучением,  поскольку  он  является  доминирующим  в  большинстве  металлургических  процессов,  а  также  физические  основы  современных  методов  расчетов по  нагреву  и  охлаждению  твердых  тел.

Наряду  с  фундаментальными  основами  современной  теории  даны  и  некоторые  частные  решения,  расширяющие  познания  будущих  инженеров  и  позволяющие  продемонстрировать  возможности  теоретического  анализа процессов  тепломассопереноса  и  практического  применения  его  закономерностей.

ВВЕДЕНИЕ

Массо-  и  теплообмен – это  самопроизвольные  взаимосвяза-нные  процессы, непрерывно  происходящие  в  природе, в  различных  аппаратах  и  машинах  с  нулевым,  положительным  или  отрицательным   результатом  для  рассматриваемого  тела  или  какой-то  его  части.

Первичным  из  этих  процессов  является  массообмен, без  него  не  может  быть  и  теплообмена, то  есть обмена  энергией  между  частицами  материи  или  целыми  конгломератами  частиц (телами).  Микрочастицы   материи,  как  известно, находятся  в  непрерывном  движении, если  температура  материи  выше  абсолютного  нуля.  Это  движение  называют  тепловым.  Текучие  вещества  под  действием  внутренних  или  внешних  сил  способны  перемещаться  в  простран-  стве  по  определенным  направлениям.  При  этом  в  них  еще  происходит  и  хаотическое  тепловое  движение.

В  жизни  живых  существ,  в  том  числе  и  людей,  процессы   массо-  и  теплообмена  являются   решающими.   Да  и  вся  жизнь  на  Земле  возможна  лишь   благодаря  ее  теплообмену  с  Солнцем,  ат-мосферы – с  поверхностью  Земли,  любого  живого  существа  и  растения  - с  окружающими  их  предметами,  атмосферой  и  космо-сом.  Активность  флоры  и  фауны  во  многом  зависят  от  массо-  и  теплообменных  процессов.  Исследованиями  установлено,  что  температура  различных  частей  тела  человека  не  одинакова  ( в  об-щем  понижается  от головы  к  стопам  ног)  и  зависит  от  температуры  окружающего  воздуха..  При  этом  меняется  и  работоспособность  человека.  Так  у  школьников  максимум  произ- водительности  умственного  труда  наблюдается  примерно при  21⁰С, а  у  людей  среднего  возраста – при  25⁰С.

Технологические  процессы,  изобретенные  и  осуществляемые  людьми  в  области  техники,  сельского  хозяйства  и  домашнего  обихода  также  основаны  на  тепло-  и  массообмене.  Поэтому  труд-но  найти  человека,  в  той  или  иной  мере  не  сталкивающегося  с  различными  проявлениями   этих  процессов.  А  об  инженерах,  свя-занных  с  теплотехническими  установками,  и говорить  не  приходится.  Поэтому  в  квалификационной  характеристике  инженера – теплотехника  в  Государственном  образовательном  стан-дарте   указывается,  что  он  «должен  хорошо  знать  общую  теорию  тепловой  работы  печей,  основы  печной  теплотехники  и  автомати-зации,  принципы  математического  описания  процессов,  протекающих  в  металлургических  печах»…,  « уметь  выбирать  и  налаживать  работу  теплообменных  устройств  для  утилизации  тепла  уходящих  газов,  осуществлять  экологическую  экспертизу  технико – экономических  обоснований  строительства  предприятий.  Специалист  должен  быть  подготовлен  к  деятельности  в  области  эксплуатации  и  совершенствования  действующих,  разработки  новых  высокоэффективных  технологий,  обеспечивающих  производство  необходимой  продукции  при  снижении  энерго -  и  материалоресурсов,   выбросов  вредных  примесей  и  отходов  производства  в  окружающую  среду».