Теплообмен и теплофикация

Для решения практических задач и созданий новых агрегатов необходимо выполнить расчет по передачи тепла.

Различают следующие способы передачи тепла:

1. Конвекционный теплообмен - перенос теплоты в жидкостях, газах или сыпучих средах потоками вещества

2. Лучеиспускание - вид теплопередачи, осуществляемый посредством электромагнитных волн, излучаемых нагретыми телами. Спектр излучения зависит от температуры тела.

3. Теплопрово́дность — это перенос тепловой энергии структурными частицами вещества (молекулами, атомами, ионами) в процессе их теплового движения. Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества. Явление теплопроводности заключается в том, что кинетическая энергия атомов и молекул, которая определяет температуру тела, передаётся другому телу при их взаимодействии или передаётся из более нагретых областей тела к менее нагретым областям. Иногда теплопроводностью называется также количественная оценка способности конкретного вещества проводить тепло.

Теплопроводность определяет способность передать тепловую энергию через материал. Это тоже важная характеристика, она характеризуется коэффициентом теплопроводности l. Численно он равен потоку q проходящему через площадку куба единичной площади, при перепаде на его гранях температуры 1 ° С. Лучше всего передают тепло металлы, так у меди l.=400 Вт/(м·К), для серебра чуть больше (418), для алюминия 200 Вт/(м·К), для нержавеющей стали примерно 20 Вт/(м·К), для простых сталей примерно в два раза выше.

У диэлектрических материалов теплопроводность обычно значительно ниже. Например у бетона l.=0.6 Вт/(м·К), у трансформаторного масла l.=0.13 Вт/(м· К), для воздуха l = 3,67 10-2Вт/(м·К). Единственный диэлектрик имеет высокую теплопроводность, это окись бериллия l.» 200 Вт/(м·К). Отметим, что в справочниках часто приводят l. в устаревших единицах, например кал/(см·сек· °С); для перевода в систему единиц СИ нужно умножить на 418.

Для газов и жидкостей обычная теплопроводность играет незначительную роль. В этом случае главную роль играют конвекция и излучение.

Конвекция возникает из-за того, что нагретые жидкость или газ расширяются, их плотность уменьшается, они начинают “всплывать” под действием выталкивающей силы Архимеда. За счет этого возникают локальные течения, которые эффективно уносят тепло из нагретой зоны. В теплотехнике развит аппарат расчета теплопроводности при учете конвекции. Грубо, можно сказать, что конвекция увеличивает теплопроводность в несколько раз.