Přenos tepla - co to je? Typy, metody, výpočty přenosu tepla

Přenos tepla je důležitý fyzický proces. Zahrnuje přenos tepla a je složitý proces, který se skládá ze souboru jednoduchých transformací.

Existují určité typy přenosu tepla: konvekce, vedení tepla, tepelné záření.

Funkce procesu

Teorie přenosu tepla je vědou o přenosu tepla. Přenos tepla je přenos energie v plynných, kapalných a pevných médiích.

века. Teorie tepla se objevila v polovině 18. století. Jeho autorem byl M.V. Lomonosov, který formuloval mechanickou teorii tepla pomocí zákona zachování a přeměny energie.

Možnosti výměny tepla

Přenos tepla je nedílnou součástí tepelného inženýrství. Různé těla si je mohou vyměnit vnitřní energie ve formě tepla. Možnost přenosu tepla je spontánní proces přenosu tepla ve volném prostoru, který je pozorován při nerovnoměrném rozložení teploty.

Rozdíl v teplotních hodnotách je předpokladem výměny tepla. Distribuce tepla se vyskytuje u těles s vyšší teplotou, u těles s nižším indexem.

Výsledky výzkumu

Přenos tepla je proces přenosu tepla uvnitř pevného tělesa, ale za předpokladu, že je teplotní rozdíl.

Četné studie ukazují, že přenos tepla uzavíracích konstrukcí je složitý proces. Pro zjednodušení studia podstaty jevů spojených s přenosem tepla se uvolňují elementární operace: vedení, záření, konvekce.

Tepelná vodivost: Obecné informace

Jaký typ přenosu tepla je nejčastěji používán? Přenášením látky uvnitř těla můžete změnit teplotu, například zahřívání kovové tyče, zvýšit rychlost tepelného pohybu atomů, molekul, zvýšit vnitřní energii, zvýšit tepelnou vodivost materiálu. Jak se částice srazí, dochází k postupnému přenosu energie, v důsledku čehož celá tyč mění svou teplotu.

Pokud budeme uvažovat o plynných a kapalných látkách, pak přenos energie v důsledku tepla v nich má zanedbatelné ukazatele.

Konvekce

Takové metody přenosu tepla jsou spojeny s přenosem tepla při pohybu plyny nebo kapalin z oblasti s jednou teplotní hodnotou do oblasti s jiným indikátorem. Tam je rozdělení konvekce do dvou typů: nucený a volný.

Ve druhém případě se tekutina pohybuje pod vlivem rozdílu v hustotách jednotlivých částí kvůli zahřívání. Například v místnosti z horkého povrchu chladiče stoupá studený vzduch a přijímá dodatečné teplo z akumulátoru.

V těch případech, kdy je pro pohyb tepla nutné použít čerpadlo, ventilátor, směšovač, hovoříme o nucené konvekci. Ohřev v celém objemu kapaliny se v tomto případě vyskytuje mnohem rychleji než při volné konvekci.

Radiace

Jaký typ přenosu tepla charakterizuje změnu teploty v plynném prostředí? Jedná se o tepelné záření.

To znamená přenos tepla ve formě elektromagnetické vlny což znamená dvojí přechod tepelné energie do záření, pak zpět.

Vlastnosti přenosu tepla

K provedení výpočtu přenosu tepla je nutno mít představu, že tepelné médium je potřebné pro vedení tepla a konvekci a to není nutné pro záření. V procesu výměny tepla mezi těly je pozorován pokles teploty v těle, ve kterém měl tento ukazatel velkou hodnotu.

Teplota studeného těla se zvyšuje přesně stejným množstvím, což potvrzuje plnohodnotný proces výměny energie.

Intenzita přenosu tepla závisí na teplotním rozdílu mezi těly, které vyměňují energii. Pokud je prakticky chybějící, proces je dokončen, nastává termální rovnováha.

Charakteristika procesu tepelné vodivosti

Koeficient přenosu tepla souvisí se stupněm tepelného tepla. Teplotní pole je součet teplotních indexů pro různé body ve vesmíru v určitém časovém okamžiku. Když se hodnota teploty mění v jednotce času, pole je nestacionární, pro konstantní hodnotu - stacionární zobrazení.

Izotermický povrch

Bez ohledu na teplotní pole můžete vždy identifikovat body, které mají stejnou hodnotu teploty. Jejich geometrické uspořádání vytváří určitý izotermický povrch.

Na jednom místě ve vesmíru není dovoleno najednou najít dvě různé teploty, proto se izotermní povrchy nemohou navzájem protínají. Lze konstatovat, že změna tělesné teploty se projevuje pouze v těch směrech, které protínají izotermální povrchy.

Maximální skok se zaznamená ve směru normálním k povrchu. Teplotní gradient je poměr nejvyšší teploty k intervalu mezi izotermiemi a je vektorovým množstvím.

Zobrazuje intenzitu změny teploty uvnitř těla, určuje koeficient přenosu tepla. To je množství tepla která bude přenášena přes jakýkoli izotermický povrch nazývaný tok tepla.

Hustotou se rozumí poměr k jednotkové ploše samotného izotermického povrchu. Tyto hodnoty jsou protilehlými vektory.

Fourierův zákon

Je to základní zákon vedení tepla. Její podstatou je poměrnost hustoty tepelného toku k teplotnímu gradientu.

Koeficient tepelné vodivosti charakterizuje schopnost těla přenášet teplo, záleží na fyzikálních vlastnostech látky a na její chemické složení, vlhkosti, teplotě, poréznosti. Vlhkost při plnění pórů stimuluje zvýšení tepelné vodivosti. Při vysoké pórovitosti uvnitř těla je obsaženo větší množství vzduchu, které ovlivňuje pokles tepelné vodivosti.

Všechny materiály mají určitý koeficient odporu přenosu tepla, který lze nalézt v příručkách.

Tepelná vodivost v pevné stěně

Jako předpoklad pro tento proces se považuje teplotní rozdíl mezi povrchy stěny. V takovém případě vzniká tepelný tok, který je směrován ze zdi s velkou teplotní hodnotou na povrch stěny s nízkou teplotou.

Podle Fourierova zákona bude tepelný tok úměrný ploše stěny, stejně jako teplotnímu tlaku a nepřímo úměrnému tloušťce této stěny.

Snížení odporu přenosu tepla závisí na tepelná vodivost materiálu z nichž jsou vyrobeny stěny. Pokud obsahují několik různých vrstev, považují se za vícenásobné vrstvy.

Jako příklad takových materiálů lze nazvat stěny domů, kde se vnitřní vrstva omítky aplikuje na cihlovou vrstvu, stejně jako vnější obložení. V případě kontaminace vnějšího povrchu vysílací tepelné energie, například radiátorů nebo motorů, může být znečištění považováno za uložení nové vrstvy mající nevýznamný koeficient tepelné vodivosti.

Z tohoto důvodu je výměna tepla snížena, hrozí přehřátí provozního motoru. Podobný účinek způsobuje saze a měřítko. Při nárůstu počtu vrstev stěny se zvyšuje maximální tepelná odolnost a tepelný tok se snižuje.

U vícevrstvých stěn je rozložení teploty přerušovanou čárou. V mnoha tepelných výměnících prochází tepelný tok stěnami kulatých trubek. Pokud se topné těleso pohybuje uvnitř těchto trubek, potom je tepelný tok směrován na vnější stěny z vnitřních částí. Když je pozorován vnější varianta, obráceně.

Přenos tepla: funkce procesu

Existuje interakce mezi tepelným zářením, konvekcí, vedením tepla. Například při konvekčním procesu dochází k tepelnému záření. Tepelná vodivost v porézních materiálech je nemožná bez záření a konvekce.

Při provádění praktických výpočtů není rozdělení složitých procesů na samostatné jevy vždy vhodné a možné. V podstatě je výsledek kumulativních účinků několika jednoduchých jevů přiřazen procesu, který je v daném případě považován za hlavní.

Sekundární procesy v tomto přístupu se berou v úvahu pouze pro kvantitativní výpočty.

V moderních tepelných výměnících se teplo přenáší z jednoho typu kapaliny na jinou kapalinu přes stěnu, která je odděluje. Důležitým faktorem, který ovlivňuje koeficient přenosu tepla, je tvar stěny. Je-li plochý, lze rozlišit tři stupně přenosu tepla:

• na povrch stěny z topné tekutiny;
• tepelná vodivost stěnou;
• na ohřátou tekutinu na povrch stěny.

Celkový tepelný odpor přenosu tepla je inverzní koeficient přenosu tepla.

Závěr

Tepelná vodivost je proces přenášení vnitřní energie z vyhřívaných částí těla na chladné části. Podobný proces se provádí pomocí náhodně se pohybujících atomů, molekul, elektronů. Takový proces se může objevit v tělech, které mají nerovnoměrné rozložení teplotních hodnot, ale budou se lišit v závislosti na stavu agregace dotyčné látky.

Tuto hodnotu považujete za kvantitativní charakteristiku schopnosti těla provádět teplo. м²/сек. Tepelná vodivost se týká množství tepla, které může procházet materiálem o tloušťce 1 m, o ploše 1 m² / s.

Dlouho se věřilo, že existuje vztah mezi přenosem tepelné energie a přenosem kalorií z těla na tělo. Ale po provedení mnoha experimentů byla odhalena závislost těchto procesů na teplotě.

Ve skutečnosti, při provádění matematických výpočtů týkajících se stanovení množství přenášeného tepla různými způsoby, se berou v úvahu vodivost konvekcí a pronikající záření. Koeficient přenosu tepla je spojen s rychlostí pohybu tekutiny, povahou pohybu, jeho povahou a fyzickými parametry pohybujícího se média.

Elektromagnetické oscilace s různými vlnovými délkami působí jako nosiče sálavé energie. Mohou být vysílány těmi tělesy, jejichž teplota přesahuje nulu.

Radiace jsou výsledkem procesů, které se vyskytují uvnitř těla. Když zasáhne jiné tělo, je částečně absorbováno a částečně absorbováno tělem.

Planckův zákon určuje závislost hustoty povrchového toku černého těla na absolutní teplotě a vlnové délce.

Nejjednodušší typy výměny tepla, které byly diskutovány výše, neexistují samostatně, vzájemně propojené. Jejich kombinací je komplexní výměna tepla, která zahrnuje seriózní studium a detailní zvážení.

In tepelné výpočty použijte koeficient přenosu tepla, což je kombinace koeficientů přenosu tepla kontaktem, který bere v úvahu tepelnou vodivost, konvekci, záření.

Správným přístupem a zohledněním jednotlivých tepelných jevů je možné s vysokou spolehlivostí vypočítat množství tepla převedeného do těla.