Prenos toplote - kaj je to? Vrste, metode, izračun prenosa toplote

Prenos toplote je pomemben fizični proces. Gre za prenos toplote in je kompleksen proces, ki je sestavljen iz niza preprostih transformacij.

Obstajajo nekatere vrste prenosa toplote: konvekcija, toplotna prevodnost, toplotno sevanje.

Lastnosti procesa

Teorija prenosa toplote je znanost o značilnostih prenosa toplote. Prenos toplote je prenos energije v plinastih, tekočih, trdnih medijih.

века. Teorija toplote se je pojavila sredi XVIII. Stoletja. Njegov avtor je bil M. V. Lomonosov, ki je oblikoval mehansko teorijo toplote z uporabo zakona ohranjanja in transformacije energije.

Možnosti izmenjave toplote

Prenos toplote je sestavni del toplotne tehnike. Različni organi si lahko izmenjajo svoje notranje energije v obliki toplote. Možnost prenosa toplote je spontan proces prenosa toplote v prostem prostoru, ki ga opazimo z neenakomerno porazdelitvijo temperature.

Razlika v temperaturah je predpogoj za izmenjavo toplote. Razporeditev toplote poteka od teles z višjo temperaturo do teles z nižjim indeksom.

Rezultati raziskav

Prenos toplote je proces prenosa toplote znotraj trdne snovi, vendar pod pogojem, da obstaja temperaturna razlika.

Številne študije kažejo, da je prenos toplote zaprtih struktur kompleksen proces. Da bi poenostavili preučevanje bistva pojavov, povezanih s prenosom toplote, oddajajo elementarne operacije: prevodnost, sevanje, konvekcija.

Toplotna prevodnost: Splošne informacije

Kateri tip prenosa toplote se najpogosteje uporablja? S prenosom snovi v telo lahko spreminjate temperaturo, na primer segrevanje kovinskega droga, povečanje hitrosti toplotnega gibanja atomov, molekul, povečanje notranje energije, povečanje toplotne prevodnosti materiala. Pri trčenju delcev pride do postopnega prenosa energije, zaradi česar celotna palica spremeni svojo temperaturo.

Če upoštevamo plinaste in tekoče snovi, ima prenos energije s toplotno prevodnostjo v njih zanemarljive kazalnike.

Konvekcija

Takšni načini prenosa toplote so povezani s prenosom toplote pri premikanju plinov ali tekočin iz območja z eno temperaturno vrednostjo v regijo z drugim indikatorjem. Konvekcija je razdeljena na dve vrsti: prisilno in svobodno.

V drugem primeru se tekočina premika pod vplivom razlike v gostoti posameznih delov zaradi segrevanja. Na primer, v sobi od vroče površine hladilnika hladen zrak dvigne, ki prejemajo dodatno toploto iz baterije.

V primerih, ko je za premikanje toplote potrebno uporabiti črpalko, ventilator, mešalnik, govorimo o prisilni konvekciji. Segrevanje v celotnem volumnu tekočine se v tem primeru pojavi veliko hitreje kot pri prosti konvekciji.

Sevanje

Kakšen tip prenosa toplote označuje spremembo temperature v plinskem okolju? Gre za toplotno sevanje.

To vključuje prenos toplote v obliki elektromagnetna valovanja to pomeni dvojni prehod toplotne energije v sevanje, nato nazaj.

Značilnosti prenosa toplote

Da bi izvedli izračun prenosa toplote, je potrebno imeti zamisel, da je toplotni medij potreben za toplotno prevodnost in konvekcijo, kar ni potrebno za sevanje. V procesu izmenjave toplote med telesi je opaziti padec temperature v telesu, v katerem je ta indikator imel veliko vrednost.

Temperatura hladnega telesa se dvigne za natanko enako količino, kar potrjuje celovit proces izmenjave energije.

Intenzivnost prenosa toplote je odvisna od razlike v temperaturi med telesi, ki izmenjujejo energijo. Če ga praktično ni, se postopek konča, vzpostavi se toplotno ravnovesje.

Značilnosti procesa toplotne prevodnosti

Koeficient toplotne prehodnosti je povezan s stopnjo telesne toplote. Temperaturno polje je vsota temperaturnih indeksov za različne točke v prostoru v določeni časovni točki. Ko se vrednost temperature spremeni v enoti časa, je polje nestacionarno, za konstantno vrednost - stacionarni pogled.

Izotermalna površina

Ne glede na temperaturno polje lahko vedno identificirate točke, ki imajo enako temperaturno vrednost. Njihova geometrijska ureditev tvori določeno izotermično površino.

Na neki točki v prostoru ni dovoljeno hkrati najti dveh različnih temperatur, zato se izotermične površine ne morejo sekati. Ugotovimo lahko, da se sprememba telesne vrednosti manifestira samo v tistih smereh, ki sekajo izotermične površine.

Največji skok je zabeležen v smeri, ki je normalna na površino. Temperaturni gradient je razmerje med najvišjo temperaturo in intervalom med izotermami in je vektorska količina.

Prikazuje intenzivnost temperaturnih sprememb znotraj telesa, določa koeficient prenosa toplote. To je toplote ki se bo prenesla skozi vsako izotermično površino, imenovano toplotni tok.

S svojo gostoto pomeni razmerje do površine enote izotermične površine. Te vrednosti so nasprotni vektorji.

Fourierov zakon

To je osnovni zakon toplotne prevodnosti. Njegovo bistvo je v sorazmernosti gostote toplotnega toka s temperaturnim gradientom.

Koeficient toplotne prevodnosti označuje sposobnost telesa za prenos toplote, odvisno je od fizikalnih lastnosti snovi in ​​njene kemične sestave, vlažnosti, temperature, poroznosti. Vlaga pri polnjenju por spodbuja povečanje toplotne prevodnosti. Z visoko poroznostjo v telesu je zadržana večja količina zraka, kar vpliva na zmanjšanje toplotne prevodnosti.

Vsi materiali imajo določen koeficient odpornosti na prenos toplote, najdemo ga v referenčnih knjigah.

Toplotna prevodnost v trdnem zidu

Kot predpogoj za ta proces se upošteva temperaturna razlika med površinami stene. V taki situaciji se tvori toplotni tok, ki je usmerjen iz stene z veliko temperaturno vrednostjo na površino stene z nizko temperaturo.

V skladu s Fourierjevim zakonom bo toplotni tok sorazmeren s površino stene, kot tudi s temperaturnim tlakom, in obratno sorazmerno z debelino te stene.

Zmanjšana odpornost na prenos toplote je odvisna od toplotna prevodnost materiala iz katerih so izdelane stene. Če vsebujejo več različnih plasti, se obravnavajo kot večplastne površine.

Kot primer takšnih materialov lahko imenujemo stene hiš, kjer se notranja plast ometa nanaša na sloj opeke, kot tudi na zunanjo oblogo. V primeru kontaminacije zunanje površine prenosne toplotne energije, na primer radiatorjev ali motorjev, se lahko umazanija obravnava kot uvedba nove plasti z neznatnim koeficientom toplotne prevodnosti.

Zaradi tega se izmenjava toplote zmanjša, zato obstaja nevarnost pregrevanja pogonskega motorja. Podoben učinek povzroča saj in lestvico. S povečanjem števila plasti stene narašča maksimalna toplotna upornost in zmanjšuje se toplotni tok.

Pri večslojnih stenah je porazdelitev temperature lomljena. V mnogih toplotnih izmenjevalnikih toplotni tok prehaja skozi stene okroglih cevi. Če se ogrevalno telo premika v notranjosti takšnih cevi, se toplotni tok usmeri na zunanje stene iz notranjih delov. Kadar opazimo zunanjo varianto, obratni proces.

Prenos toplote: procesne lastnosti

Obstaja interakcija med toplotnim sevanjem, konvekcijo, prevajanjem toplote. Na primer, pri konvekciji pride do toplotnega sevanja. Toplotna prevodnost v poroznih materialih ni možna brez sevanja in konvekcije.

Pri praktičnih izračunih delitev kompleksnih procesov na ločene pojave ni vedno priporočljiva in možna. V bistvu je rezultat kumulativnih učinkov več preprostih pojavov pripisan procesu, ki je v določenem primeru glavni.

Sekundarni procesi v tem pristopu se upoštevajo le za kvantitativne izračune.

V sodobnih prenosnikih toplote se toplota prenaša iz ene vrste tekočine v drugo tekočino skozi steno, ki jih ločuje. Pomemben dejavnik, ki vpliva na koeficient prenosa toplote, je oblika stene. Če je ravna, lahko ločimo tri stopnje prenosa toplote:

• na površino stene iz grelnega fluida;
• toplotna prevodnost skozi steno;
• na segreto tekočino na površino stene.

Celotni toplotni upor prenosa toplote je obratni koeficient toplotne prehodnosti.

Zaključek

Toplotna prevodnost je proces prenosa notranje energije iz ogrevanih delov telesa na hladne dele. Podoben proces se izvaja s pomočjo naključno gibljivih atomov, molekul, elektronov. Takšen postopek se lahko pojavi v telesih, ki imajo neenakomerno porazdelitev temperaturnih vrednosti, vendar se razlikujejo glede na agregatno stanje zadevne snovi.

To vrednost lahko obravnavate kot kvantitativno značilnost sposobnosti telesa, da izvaja toploto. м²/сек. Toplotna prevodnost se nanaša na količino toplote, ki lahko prehaja skozi material z debelino 1 m, površino 1 m² / s.

Dolgo časa je veljalo, da obstaja povezava med prenosom toplotne energije in prenosom kalorij iz telesa v telo. Toda po izvedbi številnih poskusov se je pokazala odvisnost teh procesov od temperature.

V resnici se pri izvajanju matematičnih izračunov, ki se nanašajo na določanje količine toplote, ki se prenaša na različne načine, upošteva tudi prevodnost s konvekcijo in penetracijsko sevanje. Koeficient toplotne prehodnosti je povezan s hitrostjo gibanja tekočine, naravo gibanja, njegovo naravo in fizičnimi parametri premikajočega se medija.

Elektromagnetna nihanja z različnimi valovnimi dolžinami delujejo kot nosilci sevalne energije. Oddajajo jih lahko vsa telesa, katerih temperatura presega ničlo.

Sevanje je posledica procesov, ki se pojavljajo v telesu. Ko zadene druga telesa, jo telo delno absorbira in delno absorbira.

Planckov zakon določa odvisnost gostote površinskega toka črnega telesa od absolutne temperature in valovne dolžine.

Najenostavnejši tipi izmenjave toplote, ki smo jih obravnavali zgoraj, ne obstajajo ločeno, med seboj so povezani. Kombinacija njih je kompleksna izmenjava toplote, ki vključuje resno proučevanje in podrobno obravnavo.

V izračuni toplotne tehnike uporabimo skupni koeficient prenosa toplote, ki je kombinacija koeficientov prenosa toplote s kontaktom, ki upošteva toplotno prevodnost, konvekcijo, sevanje.

S pravim pristopom in obračunavanjem posameznih toplotnih pojavov je mogoče z velikim zaupanjem izračunati količino toplote, ki se prenaša v telo.