Перенос тепла за счет теплопроводности. Закон фурье. Конвективный теплообмен. Закон ньютона.

1.

2. 2 Перенос тепла за счет теплопроводности. Закон Фурье. Конвективный теплообмен. Закон Ньютона.

Перенос тепла осуществляется в направлении, противоположном градиенту температуры. Закон Фурье устанавливает, что количество тепла Qт , Дж, передаваемое теплопроводностью за время t через поверхность площадью F , перпендикулярную градиенту температуры, пропорционально значениям площади поверхности, времени и градиента температуры:

Теплопроводность веществ зависит от их природы, агрегатного состояния и температуры, а для газов – и от давления.

Дифференциальное уравнение теплопроводности Фурье получают, рассматривая приход и расход тепла через грани элементарного параллелепипеда объёмом dV c рёбрами dx , dy и dz. Полное приращение количества тепла в элементарном объёме dQ представляет собой сумму приращений количества тепла вдоль осей x , y и z x dQ , y dQ и z

При конвекции процесс переноса теплоты неразрывно связан с переносом самой среды. Поэтому конвекция возможна лишь в жидкостях и газах, частицы которых легко могут перемещаться. Передача теплоты конвекцией осуществляется перемещением в пространстве неравномерно нагретых объемов жидкости или газов. Обычно при инженерных расчетах рассматривается конвективный теплообмен между жидкостью (газом) и твердой стенкой, называемый теплоотдачей Согласно закону Ньютона– Рихмана тепловой поток Q*, от жидкости к стенке пропорционален поверхности теплообмена и разности температур между температурой жидкости tж и температурой твердой стенки tc: Q* = a(tж - t с )F , Вт.

3. Основное уравнение теплопередачи и его применение в инженерных расчетах. Средняя движущая сила процесса теплопередачи.

Движущей силой теплопередачи является разность температур теплоносителей, при наличии которой тепло переходит от теплоносителя с большей температурой к теплоносителю с меньшей температурой. При выводе уравнений теплопередачи было принято, что температуры теплоносителей при теплообмене вдоль поверхности теплопередачи сохраняют свое постоянное значение. Однако это положение справедливо лишь в некоторых случаях (при кипении жидкостии конденсации паров). В общем же случае температура теплоносителей в процессе теплообмена изменяется – горячий охлаждается, а холодный нагревается. Поэтому в тепловых расчетах при применении уравнений теплопередачи необходимо пользоваться средней разностью температур теплоносителей, величина которой определяется при прочих равных условиях схемой движения потоков:

Различают следующие основные схемы взаимного движения теплоносителей относительно поверхности теплообмена

1) прямоток или параллельный ток – оба потока движутся в одном направлении;

2) противоток – теплообменивающиеся потоки движутся в противоположных направлениях;

3) перекрестный ток, при котором потоки движутся взаимно перпендикулярно;

4) смешанный ток, при котором имеют место вышеупомянутые схемы одновременно в различных частях теплообменного аппарата.