ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основные понятия и законы переноса энергии и вещества из "Основы тепло- и массообмена" Явления теплообмена связаны с необратимым переносом энергии из одной части пространства в другую и вызваны разностью температур, а явления масообмена — с перемещением вещества из одной части пространства в другую и выз-ваны разностью концентраций. [c.11] Различают три вида переноса энергии в виде теплоты тепло.-проводность, конвекцию и тепловое излучение. [c.11] Теплопроводность — молекулярный перенос теплотЫ в сплощной среде, вызванный разностью температур. [c.11] Перенос вещества происходит с помощью диффузии и конвектив -ного массообмена. Диффузия — молекулярный перенос вещества в среде, вызванный разностью концентраций (конценшрацион ная диффузия), температур (термодиффузия) или давлений (бародиффузия). Конвективный массообмен — перенос вещества, вызванный совместным действием конвективного переноса вещества и.молекулярной диффузии. [c.11] Приведем примеры, связанные с переносом теплоты и массы в природе а) теплообмен человека со средой б) перенос теплоты из жилища в окружающую среду (через окна, двери, стены) и нао -борот, из среды в жилище в) перенос энергии от С лнца к. Зем -ле г) различные способы переработки вещества и продуктов — все эти процессы связаны с переносом энергии и вещества в пространстве (тепломассообмен). Такие процессы, как испарение сушка, образование облаков, представляют собой целый комплекс явлений тепломассообмена, сопровождающихся фазовыми превращениями. [c.11] Для своих нужд люди используют в некоторых случаях лишь какое-нибудь одно явление, например процесс диффузии примесей в полупроводниках при производстве транзисторов, интегральных схем в других случаях это может быть целый комплекс явлений, которые настолько переплетаются, что трудно выделить одно из них в качестве основного. Например при взаимодействии мощных потоков лазерного излучения с веществом происходит нагревание последнего до температуры плавления и даже испарения, затем испарившееся вещество выбрасывается в окружающее пространство, дальнейшее поступление энергии приводит к ионизации паров, образованию плазмы и т. д. [c.12] Ввиду сложности процессов тепломассообмена целесообразно начать изучение явлений, с ним связанных, отдельно, т. е. рассмотреть порознь теплопроводность, конвекцию, излучение, диффузию, конвективный массообмен. [c.12] Теплопроводность. Начнем с определений. Совокупность тел с различными теплофизическими параметрами и явно выраженными границами раздела называют системой тел или не-однородным телом каждая часть такой системы будет од-нородным телом. Однородные тела могут быть изотропными и анизотропными в изотропном теле теплофизические параметры одинаковы, во всех направлениях, в анизотропном — различны в разных направлениях, но могут быть постоянными в выбранном направлении. [c.12] Тепловое состояние тела или системы тел количественно характеризуется его температурным полем, т. е. совокупностью числовых значений температуры в различных точках системы в данный момент времени. В том случае, когда температура во всех точках системы не изменяется с течением времени, поле температур называется стационарным если же температура в теле с течением времени изменяется, то это, нестационарное поле. [c.12] Если тела находятся при различных температурах, то возникает поток теплоты, направленный от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой. Для количественного описания этого процесса вводят два основных понятия изотерми- ческая поверхность и градиент температур. [c.12] Количественную связь между тепловым потоком и градиентом температур устанавливает закон, сформулированный французским ученым Ж. Фурье и лежащий в основе аналитической теории теплопроводности плотность теплового потока прямо пропорциональна градиенту температуры, т. е. [c.13] Единица теплопроводности в СИ—Вт/(м-К)—ватт на метр-кельвин значения теплопроводности различных материалов приведены в табл. А.1 (см. приложения). [c.14] Конвекция. Прежде всего условимся, что под термином жидкость (если это специально не оговорено) будем понимать как капельную жидкость, так и газ причем жидкость может быть сжимаемой (газ) и несжимаемой (капельная жидкость). [c.14] Последнее тождество является определением коэффициента теплоотдачи, который численно характеризует плотность теплового потока, которая рассеивается или воспринимается поверхностью твердого тела при разности температур между твердым телом и средой в 1 К- В СИ единицей а является Вт/(м2-К) (ватт на квадратный метр-кельвин). [c.14] Вся сложность процесса конвективного теплообмена концентрируется в одной величине — коэффициенте теплоотдачи а, который представляет собой функцию большого числа параметров, су-ш,ественно влияющих на процесс теплообмена. Прежде всего конвективный теплообмен оказывается связанным с движением самой жидкости, т. е. с гидродинамическим процессом. Тепловые и аэро-гидромеханические явления взаимосвязаны и влияют друг на друга, поэтому изучение каждого из них не может проводиться изолированно. [c.15] Решение многих практически важных задач аэрогидродинамики и теплообмена основано на модели пограничного слоя. При соприкосновении частиц жидкости с поверхностью тела они адсорбируются телом, как бы прилипают к его поверхности. В результате около поверхности вследствие вязкостных свойств образуется тонкий слой медленно движущейся жидкости — пограничный слой. Различают гидродинамический и тепловой пограничные слои на рис. 1.4, а, б представлены схемы изменения скоростей и температур в гидродинамическом и тепловом пограничных слоях на передней кромке пластины при вынужденном движении жидкости на некотором расстоянии от кромки. Гидродинамическим пограничным слоем называют пристенный слой жидкости толщиной б, в котором происходит изменение скорости движения жидкости от нулевой (на поверхности тела) до значения о — скорости Основного потока жидкости. [c.15] Пристенный слой жидкости толщиной 6 , в котором происходит изменение температуры от ее значения 1у, на поверхности тела до температуры основного потока жидкости, называют тепловым пограничным слоем. [c.15] Вернуться к основной статье