Основные сведения по теплотехнике. Основные физические величины, применяемые в теплотехнике, страница 2

Часто пользуются шкалой Цельсия где за ноль принята температура таяния льда а 100 С  температура кипения воды при нормальном давлении 101325 Па

Соотношение различных шкал температур:

Т = t + 273,16 К

Фаренгейта      Ф = 1,8(t + 32)

Реомюра           R = 1,8(t + 273,16).

Все тела при нагревании расширяются, больше всего расширяются газообразные тела, меньше жидкие и еще меньше твердые тела. Для предотвращения повреждения трубопроводов при их нагреве применяют компенсаторы температурных удлинений различных конструкций.

1.7. Теплота и единицы измерения теплоты

Теплотой называется количество энергии, передаваемой от одного тела к другому теплообменом. Единицей количества теплоты, подводимой к телу является джоуль-Дж (кДж, МДж, ГДж).

Ранее использовалась единица теплоты - калория

1 кал = 4,2Дж, 1 ккал = 4,2×10³  Дж = 4,2 кДж., 1 Гкал = 4,2×10⁹ Дж.

1.8. Теплоемкость

Количество теплоты, необходимое для изменения температуры тела на один градус, называется его теплоемкостью.

,                                              (9)

где с – удельная теплоемкость вещества;

Q – количество затраченной теплоты;

m – масса тела;

t₁ и t₂ – начальная и конечная температуры тела.

Размерность удельной теплоемкости кДж/(кг×град).

Удельную теплоемкость различных веществ определяют опытным путем.

Для воды с = 4,2 кДж/(кг×^оС), для стали – 0,46 кДж/(кг×^оС), для кирпича – 0,84 кДж/(кг×^оС), для мазута – 2,1 кДж/(кг×^оС).

Для газов удельная теплоемкость зависит от того, в каких условиях происходит нагревание. При этом различают удельную теплоемкость при постоянном объеме с_v и удельную теплоемкость при постоянном давлении с_р, причем с_р всегда больше, чем с_v. Для твердых тел и жидкостей не различают теплоемкости с_р и с_v.

Существует истинная и средняя теплоемкости истинная теплоемкость - , средняя теплоемкость - .

В таблицах справочников приводят средние значения теплоемкостей от ^оС до данной температуры, тогда средняя теплоемкость в интервале t₁ – t₂  определится

,                                    (10)

где  и  - табличные значения средних теплоемкостей в интервале температур от 0 до t₂ и от 0 до t₁.

Объемная теплоемкость

С = g × с ,                                        (11)

где с – массовая теплоемкость;

g - удельный вес.

Теплоемкость смеси газов

с = с₁ g₁ + c₂ g₂ + … + c_ng_n ,                          (12)

где ,  - весовые доли компонентов газовой смеси.

1.9. Определение количества тепла, необходимого для нагревания и испарения воды. Скрытая теплота парообразования

Нальем в открытый сосуд воду при 0^о С и будем ее подогревать, то заметим, что температура ее будет повышаться.

Наблюдая за термометром, можно установить, что температура воды и образующегося из нее пара останется во время процесса кипения неизменной до тех пор, пока последняя капля воды не превратится в пар.

Температура, при которой вода превращается в пар, называется температурой кипения воды, или температурой насыщения.

В открытом сосуде для нагрева воды массой 1 кг от 0 до 100^о С необходимо израсходовать теплоту в количестве 419,1 кДж, что называется удельной энтальпией воды при температуре кипения.

Для превращения воды массой 1 кг, предварительно нагретой до температуры кипения, в пар в открытом сосуде (при нормальном атмосферном давлении) требуется дополнительно израсходовать теплоту в количестве 2,26 МДж.

Теплота, расходуемая на превращение воды массой 1 кг, предварительно нагретой до температуры кипения, в пар той же температуры, называется скрытой (удельной) теплотой парообразования.

Удельная энтальпия водяного пара при нормальном атмосферном давлении равна 2,68 МДж/кг – сумме удельной энтальпии воды и удельной теплоты парообразования.

С увеличением давления пара скрытая теплота парообразования уменьшается, а энтальпия пара повышается.

1.10. Способы передачи тепла

1.10.1. Теплопроводность

Теплопроводностью называется перенос теплоты при соприкосновении двух тел, имеющих разную температуру вследствие теплового движения молекул, атомов и свободных электронов. В чистом виде теплопроводность имеет место в твердых телах и в весьма тонких неподвижных слоях жидкости и газа.

Рисунок 1. Схема передачи тепла теплопроводностью

l - коэффициент теплопроводности, Вт/(м×К);

d - толщина материала, м; t₁, t₂ - температура внутренней и наружной поверхности стенки;

q - удельный тепловой поток, Вт/м².

Коэффициент теплопроводности – это количество теплоты, передаваемой через единицу поверхности в единицу времени при разности температур в один градус и толщине стенки в один метр.