Prijenos topline - što je to? Tipovi, metode, proračun prijenosa topline

Prijenos topline je važan fizički proces. To uključuje prijenos topline i složen je proces koji se sastoji od niza jednostavnih transformacija.

Postoje određeni tipovi prijenosa topline: konvekcija, provođenje topline, toplinsko zračenje.

Značajke procesa

Teorija prijenosa topline je znanost o značajkama prijenosa topline. Prijenos topline je prijenos energije u plinovitim, tekućim, krutim medijima.

века. Teorija topline pojavila se sredinom XVIII . Stoljeća. Njegov autor bio je M. V. Lomonosov, koji je formulirao mehaničku teoriju topline, koristeći zakon očuvanja i transformacije energije.

Opcije izmjene topline

Prijenos topline sastavni je dio toplinske tehnike. Različita tijela mogu zamijeniti svoje unutarnja energija u obliku topline. Mogućnost prijenosa topline spontani je proces prijenosa topline u slobodnom prostoru, što se promatra s neravnomjernom raspodjelom temperature.

Razlika u temperaturnim vrijednostima preduvjet je za izmjenu topline. Raspodjela topline odvija se od tijela s višom temperaturom do tijela s nižim indeksom.

Rezultati istraživanja

Prijenos topline je proces prijenosa topline unutar krutine, ali pod uvjetom da postoji temperaturna razlika.

Brojne studije pokazuju da je prijenos topline zatvorenih struktura složen proces. Kako bi se pojednostavilo proučavanje suštine pojava povezanih s prijenosom topline, emitiraju se elementarne operacije: provođenje, zračenje, konvekcija.

Toplinska provodljivost: Opće informacije

Koji se tip prijenosa topline najčešće koristi? Prijenosom tvari unutar tijela, možete promijeniti temperaturu, na primjer zagrijavanje metalne šipke, povećati brzinu toplinskog gibanja atoma, molekula, povećati unutarnju energiju, povećati toplinsku vodljivost materijala. Prilikom sudara čestica dolazi do postepenog prijenosa energije, što rezultira promjenom cijele šipke.

Ako uzmemo u obzir plinovite i tekuće tvari, prijenos energije kroz provođenje topline u njima ima neznatne pokazatelje.

konvekcija

Takvi postupci prijenosa topline povezani su s prijenosom topline pri kretanju plinovima ili tekućinama iz područja s jednom temperaturnom vrijednošću u regiju s drugim pokazateljem. Tu je podjela konvekcije na dvije vrste: prisilno i slobodno.

U drugom slučaju, fluid se kreće pod utjecajem razlike u gustoći pojedinih dijelova zbog zagrijavanja. Na primjer, u sobi iz vruće površine hladnjaka hladan zrak raste, prima dodatnu toplinu iz baterije.

U slučajevima kada je za kretanje topline potrebno koristiti pumpu, ventilator, mikser, govorimo o prisilnoj konvekciji. Grijanje u cijelom volumenu tekućine u ovom se slučaju događa puno brže nego s slobodnom konvekcijom.

zračenje

Koji tip prijenosa topline karakterizira promjenu temperature u plinovitom okruženju? Radi se o toplinskom zračenju.

To uključuje prijenos topline u obliku elektromagnetski valovi što podrazumijeva dvostruki prijelaz toplinske energije u zračenje, a zatim natrag.

Značajke prijenosa topline

Da bi se izvršio proračun prijenosa topline, potrebno je imati ideju da je toplinski medij potreban za provođenje topline i konvekciju, a to nije potrebno za zračenje. U procesu izmjene topline između tijela opaža se smanjenje temperature u tijelu u kojem je ovaj pokazatelj imao veliku vrijednost.

Temperatura hladnog tijela raste točno za isti iznos, što potvrđuje punopravni proces razmjene energije.

Intenzitet prijenosa topline ovisi o razlici u temperaturi između tijela koja razmjenjuju energiju. Ako je praktički odsutan, proces je završen, uspostavljena je toplinska ravnoteža.

Karakteristike procesa toplinske vodljivosti

Koeficijent prijenosa topline povezan je sa stupnjem tjelesne topline. Temperaturno polje je zbroj temperaturnih indeksa za različite točke u prostoru u određenoj vremenskoj točki. Kada se vrijednost temperature promijeni u jedinici vremena, polje je nestacionarno, za konstantnu vrijednost - stacionarni prikaz.

Izotermalna površina

Bez obzira na temperaturno polje, uvijek možete identificirati točke koje imaju istu vrijednost temperature. Njihov geometrijski raspored čini određenu izotermalnu površinu.

Na jednom mjestu u prostoru nije dopušteno istodobno pronaći dvije različite temperature, stoga se izotermne površine ne mogu međusobno presijecati. Može se zaključiti da se promjena tjelesne vrijednosti očituje samo u onim smjerovima koji presijecaju izotermne površine.

Maksimalni skok je zabilježen u smjeru normalnom prema površini. Temperaturni gradijent je odnos najviše temperature prema intervalu između izotermi i vektorska veličina.

Pokazuje intenzitet promjene temperature unutar tijela, određuje koeficijent prijenosa topline. количество теплоты, količina topline koji će se prenositi kroz svaku izotermnu površinu, nazvanu toplinski tok.

Pod svojom gustoćom podrazumijeva se omjer jedinične površine same izotermne površine. Ove vrijednosti su suprotni vektori.

Fourierovo pravo

To je temeljni zakon provođenja topline. Njegova suština leži u proporcionalnosti gustoće toplinskog toka s temperaturnim gradijentom.

Koeficijent toplinske vodljivosti karakterizira sposobnost tijela da prenose toplinu, ona ovisi o fizičkim svojstvima tvari i njenom kemijskom sastavu, vlažnosti, temperaturi, poroznosti. Vlaga pri punjenju pora stimulira povećanje toplinske vodljivosti. Uz visoku poroznost unutar tijela, sadržana je povećana količina zraka, što utječe na smanjenje toplinske vodljivosti.

Svi materijali imaju određeni koeficijent otpora prijenosa topline, može se naći u referentnim knjigama.

Toplinska provodljivost u čvrstom zidu

Kao preduvjet za taj proces smatra se temperaturna razlika između površina zida. U takvoj se situaciji stvara toplinski tok, koji se od zida s velikom temperaturnom vrijednošću usmjerava na površinu zida s niskom temperaturom.

Prema Fourierovom zakonu, toplinski tok će biti proporcionalan površini zida, kao i temperaturnom tlaku, i obrnuto proporcionalan debljini tog zida.

Od toga ovisi smanjenje otpornosti na prijenos topline toplinska vodljivost materijala iz kojeg su izrađeni zidovi. Ako sadrže nekoliko različitih slojeva, oni se smatraju višeslojnim površinama.

Kao primjer takvih materijala može se nazvati zidovima kuća, gdje se unutarnji sloj žbuke primjenjuje na sloj opeke, kao i vanjske obloge. U slučaju onečišćenja vanjske površine prijenosne toplinske energije, primjerice radijatora ili motora, prljavština se može smatrati nametanjem novog sloja s neznatnim koeficijentom toplinske vodljivosti.

Upravo zbog toga se smanjuje razmjena topline, pri čemu postoji opasnost od pregrijavanja pogonskog motora. Sličan učinak uzrokuje čađu i razmjere. Povećanjem broja slojeva zida povećava se maksimalna toplinska otpornost i smanjuje toplinski tok.

Za višeslojne zidove, raspodjela temperature je isprekidana linija. U mnogim izmjenjivačima topline toplinski tok prolazi kroz zidove okruglih cijevi. Ako se grijaće tijelo pomiče unutar takvih cijevi, toplinski se tok usmjerava prema vanjskim zidovima iz unutarnjih dijelova. Kada se promatra vanjska varijanta, obrnuti proces.

Prijenos topline: značajke procesa

Postoji interakcija između toplinskog zračenja, konvekcije, provođenja topline. Primjerice, u procesu konvekcije dolazi do toplinskog zračenja. Toplinska provodljivost u poroznim materijalima je nemoguća bez zračenja i konvekcije.

Pri provođenju praktičnih proračuna, podjela složenih procesa na zasebne pojave nije uvijek preporučljiva i moguća. U osnovi, rezultat kumulativnih učinaka nekoliko jednostavnih pojava pripisuje se procesu koji se smatra glavnim u određenom slučaju.

Sekundarni procesi u ovom pristupu uzimaju se u obzir samo za kvantitativne izračune.

U modernim izmjenjivačima topline, toplina se prenosi iz jedne vrste tekućine u drugu tekućinu kroz zid koji ih razdvaja. Važan čimbenik koji utječe na koeficijent prijenosa topline je oblik zida. Ako je ravna, razlikuju se tri faze prijenosa topline:

• na površinu zida od grijaćeg fluida;
• toplinska vodljivost kroz zid;
• do zagrijane tekućine do površine zida.

Ukupni toplinski otpor prijenosa topline je inverzni koeficijent prijenosa topline.

zaključak

Toplinska provodljivost je proces prijenosa unutarnje energije iz grijanih dijelova tijela na njegove hladne dijelove. Sličan proces provodi se uz pomoć nasumice pokretljivih atoma, molekula, elektrona. Takav proces može se dogoditi u tijelima koja imaju nejednoliku raspodjelu temperaturnih vrijednosti, ali će se razlikovati ovisno o agregatnom stanju predmetne tvari.

Ovu vrijednost možete smatrati kvantitativnom karakteristikom sposobnosti tijela da provodi toplinu. м²/сек. Toplinska provodljivost se odnosi na količinu topline koja može proći kroz materijal debljine 1 m, površine 1 m² / s.

Dugo vremena se smatralo da postoji veza između prijenosa toplinske energije i prijenosa kalorija iz tijela u tijelo. No, nakon brojnih eksperimenata, otkrivena je ovisnost takvih procesa o temperaturi.

U stvarnosti, pri provođenju matematičkih proračuna koji se odnose na određivanje količine topline koja se prenosi na različite načine, uzima se u obzir provodljivost konvekcijom, kao i penetracijsko zračenje. Koeficijent prijenosa topline povezan je s brzinom kretanja fluida, prirodom kretanja, njegovom prirodom, kao i fizičkim parametrima pokretnog medija.

Elektromagnetske oscilacije s različitim valnim duljinama djeluju kao prijenosnici energije zračenja. Oni mogu biti emitirani od svih tijela čija temperatura prelazi nulu.

Zračenje je rezultat procesa koji se odvijaju unutar tijela. Kada udari u druga tijela, tijelo se djelomično apsorbira i djelomično apsorbira.

Planckov zakon određuje ovisnost gustoće površinskog toka crnog tijela o apsolutnoj temperaturi i valnoj duljini.

Najjednostavniji tipovi izmjene topline, o kojima smo već govorili, ne postoje odvojeno, već su međusobno povezani. Kombinacija njih je složena izmjena topline, koja uključuje ozbiljno proučavanje i detaljno razmatranje.

теплотехнических расчетах izračuni toplinske tehnike koristiti koeficijent ukupnog prijenosa topline, koji je kombinacija koeficijenata prijenosa topline putem kontakta, koji uzima u obzir toplinsku vodljivost, konvekciju, zračenje.

Pravilnim pristupom i obračunavanjem pojedinih termalnih pojava moguće je s velikom pouzdanošću izračunati količinu topline koja se prenosi na tijelo.