Основные понятия и определения процессов переноса теплоты

“Теплопередача” – наука о самопроизвольном распространении теплоты в пространстве. Под распространением теплоты подразумевается обмен внутренней энергией между отдельными областями рассматриваемой среды. Перенос – распространение теплоты в теплообменных аппаратах чаще всего происходит двумя способами – теплопроводностью и конвекцией.

Теплопроводность – это молекулярный перенос теплоты в телах или между телами, происходящий в результате переменности температуры вещества в рассматриваемом пространстве.

В отличие от теплопроводности, конвекция – это перенос теплоты, происходящий при перемещении объёмов жидкости или газа в пространстве из области с одной температурой в область с другой температурой. Из этого следует, что конвекция возможна только лишь в текучей среде.

Теплопроводность в чистом виде существует лишь в твёрдых телах и, напротив, конвекция теплоты всегда сопровождается теплопроводностью. Совместный перенос теплоты конвекцией и теплопроводностью называется конвективным теплообменом. Например, в инженерных расчётах теплообменных аппаратов практически всегда возникает необходимость определить конвективный теплообмен между поверхностью твёрдого тела (матрицей теплообменника) и потоком жидкости или газа. Такой перенос теплоты называется конвективной теплоотдачей или теплоотдачей.

В технике и в быту наиболее часто используются теплообменные аппараты, в которых перенос теплоты происходит между жидкостями или газами через твёрдую стенку. Такой перенос теплоты от горячей текучей среды (жидкость или газ) к холодной текучей среде (жидкость или газ) через разделяющую твёрдую стенку называется теплопередачей. Весь этот процесс переноса теплоты состоит из нескольких процессов. Например, в радиаторе системы охлаждения автомобильного двигателя трубы радиатора получают теплоту от горячей жидкости теплоотдачей. По трубам и пластинам радиатора, зачастую через слои твёрдого загрязнения и накипи, теплота переносится от внутренней поверхности матрицы к наружной теплопроводностью. И, наконец, от наружной поверхности труб и пластин теплота переносится теплоотдачей к холодному воздуху, который омывает радиатор.

Процессы теплообмена в теплообменных аппаратах могут протекать и в чистых веществах и в разных смесях, при изменении и без изменения агрегатного состояния вещества. Во всех этих случаях теплообмен протекает по особому и описывается различными уравнениями.