ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы ТЕПЛОПЕРЕДАЧА Введение в теплопередачу из "Гидродинамика, теплообмен и массообмен" На протяжении многих веков ученые и философы размышляли о природе тепла. Галилея считают создателем одного из первых термометров — устройства, в котором для измерения температуры использовалось расширение воздуха. Использовались и предлагались и многие другие приборы для измерения температуры, прежде чем в 1724 г. Фаренгейт описал первый ртутный термометр. [c.249] В числе первых исследователей тепловых явлений был Франклин, который в 1757 г. сообп ил о ряде наблюдений теплопроводности металлических, керамических и деревянных материалов на примере ручек чайников. В 1701 г. Ньютон высказал предположение, что скорость остывания тела пропорциональна разности температур между этим телом и окружаюгцей средой, — соотношение, справедливое в пределах достижимой в восемнадцатом веке точности эксперимента. Шееле (1724—1786) обнаружил, что тепло от печи может пройти через воздух, пе нагревая его, а затем быть поглощенным стеклом. Он предложил называть тепло, переносимое таким путем, лучистым. [c.249] Приведенные выше примеры типичны для тех многочисленных исследований теплопередачи, которые возникли в результате наблюдений повседневных явлений. Хотя инл енера интересуют в первую очередь технические приложения, не следует упускать из виду, что естественный мир дает много примеров, способствующих пониманию основ теплопередачи, имеющих широкое применение. [c.249] Теплопередача — это перенос энергии под действием движущей силы, которую мы называем разностью температур. Возможны три механизма теплопереда ЗР. [c.249] Теплопроводно с ть. Тепло может передаваться за счет теплопроводности в твердых телах, газах и жидкостях. [c.249] Конвекция. Этот термин подразумевает перенос тепла в результате общего движения и перемешивания макроскопических объемов жидкости и газа. Будучи связана с движением жидкости, теплопередача конвекцией в некоторой мере определяется законами гидродинамики. Если конвекция вызывается разностью плотностей, возникшей из-за разности температур, она называется свободной конвекцией. Если же движение жидкости вызвано внешней силой, например, со стороны крыльчатки насоса, конвекция называется вынужденной. [c.250] И злучение. Перенос тепла излучением — это перенос энергии электромагнитной радиацией или фотонами в определенном диапазоне длин волн. Поэтому законы, управляющие тем специальным диапазоном излучения, который мы называем видимым светом, управляют также и тем излучением, которое мы называем тепловым. Энергия может переноситься излучением через газы, жидкости или твердые тела. Однако эти среды частично или целиком поглощают энергию, так что наиболее эффективно перенос энергии излучением происходит в пустоте. [c.250] Окружающий нас мир, как естественный, так и созданный руками человека, дает многочисленные примеры теплопередачи, происходящей одним из указанных способов или несколькими сразу. Нанример, экспериментально установлено, что температура земной коры увеличивается с глубиной. Скорость этого увеличения составляет обычно от 0,02 до 0,04 °С/ж. Это показывает, что за счет теплопроводности из глубин Земли к ее поверхности подводится тепло. Этот тепловой поток слабо влияет на условия у земной поверхности, так как количество подводимого тепла (примерно 0,027 ккалЫ Ч) намного меньше количества тепла, поступающего к поверхности от других источников и отводимого от нее. [c.250] Примерами промышленных процессов теплопередачи, в которых основную роль играет теплопроводность, являются термическая вулканизация каучука, термообработка стальных поковок и теплопередача через стенки теплообменника. [c.250] Примером процесса, в основном связанного с конвекцией, является действие радиатора парового отопления. Пар, конденсирующийся в радиаторе парового отопления, отдает тепло, которое, пройдя за счет теплопроводности через стенки радиатора передается окружающему воздуху. Часть тепла теряется за счет излучения, но, вопреки названию устройства, эта часть мала по сравнению с общим количеством выделившегося тепла. На деле излучение значительно снижается, как мы увидим, за счет общепринятой окраски радиаторов алюминиевой или какой-либо другой светлой краской. За счет теплопроводности тепло передается воздуху, окружающему радиатор, после чего возникает свободная конвекция, вызванная изменениями плотности. Если продувать воздух при помощи вентилятора, то теплопередача будет происходить одновременно в результате свободной и вынужденной конвекции. [c.251] Самым ярким примером радиационного механизма теплопередачи является перенос тепла от Солнца к Земле. Нельзя и подумать всерьез, что перенос тепла через 150 миллионов километров почти пустого пространства в какой-то мере обусловлен теплопроводностью или конвекцией. Интересно отметить, что величина солнечной радиации, попадающей на Землю, равна, согласно измерениям, примерно 1200 -ч на площадке, перпендикулярной лучам [57]. Эта величина изменяется во времени от точки к точке поверхности. [c.251] Примером промышленного процесса, в котором преобладает теплопередача излучением, является работа трубчатой печи для нагрева нефти. Трубчатый перегонный аппарат, как его называют, представляет собой помещение из огнеупорного материала, в которое нагнетается и сжигается горючая смесь газов. Нефть течет по системе труб, подвешенных у стен и потолка. От продуктов сгорания, которые могут иметь температуру до 1100° С, тепло передается трубам главным образом за счет излучения, в меньшей степени — теплопроводностью и конвекцией. [c.251] Теплопередача редко осуществляется каким-то одним способом.. Обычно она происходит за счет различных механизмов, действующих последовательно или параллельно, как в рассмотренных выше примерах. Однако при рассмотрении многих задач теплопередачи не все процессы нужно рассчитывать с одинаковой тщательностью. Опытному инженеру обычно удается выделить главные факторы и провести расчеты на их основе, пренебрегая многочисленными малыми эффектами. [c.251] Вернуться к основной статье