Основные понятия и определения

Основы теории теплообмена

Согласно второму закону термодинамики самопроизвольный процесс перено­са теплоты в пространстве возникает под действием разности температур и направлен в сторону уменьшения температуры.

Теория теплообмена изучает процессы распространения теплоты в твердых, жидких и газообразных телах. Перенос теплоты может передаваться тремя способами:

- теплопроводностью;

- конвекцией;

- излучением (радиацией).

Процесс передачи теплоты теплопроводностью происходит непосредственно при контакте тел или частицами тел с различными температурами и представляет собой молекулярный перенос передачи теплоты. При нагревании тела, кинетическая энергия его молекул возрастает и частицы более нагретой части тела, сталкиваясь с соседними молекулами, сообщают им часть кинетической энергии.

Конвекция - это перенос теплоты при перемещении и перемешивании всей массы неравномерно нагретых жидкости и газа. При этом, перенос теплоты зависит от скорости движения жидкости или газа прямо пропорционально. Это вид передачи теплоты сопровождается всегда теплопроводностью. Одновременный перенос теплоты конвекцией и теплопроводностью называется конвективным теплообменом.

В инженерных расчетах часто определяют конвективный теплообмен между потоками жидкости или газа и поверхностью твердого тела. Это процесс конвективного теплообмена называют конвективной теплоотдачей или теплоотдачей.

Процесс передачи теплоты внутренней энергии тела в виде электромагнитных волн называется излучением (радиацией). Этот процесс происходит в три стадии: превращение части внутренней энергии одного из тел в энергию электромагнитных волн, распространение электромагнитных волн в пространстве, поглощение излучения другим телом. Совместный теплообмен излучением и теплопроводностью называют радиационно-конвективным теплообменом.

Совокупность всех трех видов теплообмена называют сложным теплообменом.

В большинстве случаев перенос теплоты осуществляется несколькими спосо­бами одновременно, хотя часто одним или даже двумя способами пренебрегают ввиду их относительно небольшого вкла­да в суммарный сложный теплоперенос.

Количественные характеристики переноса теплоты

Интенсивность переноса теплоты ха­рактеризуется плотностью тепло­вого потока, т.е. количеством теплоты, передаваемой в единицу времени через единичную площадь поверхности. Эта величина измеряется в Вт/м² и обычно обозначается q. Следует обра­тить внимание на то, что в термодинами­ке теми же буквами обозначают другие величины: Q - количество теплоты, q -удельное количество теплоты, т. е. отне­сенное к единице массы рабочего тела.

Количество теплоты, передаваемое в единицу времени через произвольную поверхность F, в теории теплообмена принято называть мощностью теплового потока или просто тепловым потоком и обозначать буквой Q. Единицей ее измерения обычно слу­жит Дж/с, т.е. Вт.

Количество теплоты, передаваемое за произвольный промежуток времени τ через произвольную поверхность F, обозначают как Q_τ. Используя эти обоз­начения, можно записать соотношение между рассмотренными величинами:

(1)

В общем случае тепловой поток Q, а соответственно, количество теплоты Q_τ могут изменяться как по времени, так и по координатам, где выражение (1) можно записывать только в дифференциальной форме:

(2)