Процесс теплообмена наблюдается тогда, когда тепло передается от одного, более нагретого тела, к другому, менее нагретому. Поток энергии, передаваемый частицами более нагретого тела частицам менее нагретого, называется тепловым потоком. Таким образом, для того чтобы происходил процесс передачи тепла от одного тела к другому, совершенно необходима разность температур тел, участвующих в теплообмене. Следовательно, тепловой поток всегда направлен в сторону меньших температур и, являясь величиной векторной, характеризуется не только абсолютной величиной, но и направлением. Температура, являясь величиной скалярной, не зависит от направления и характеризуется лишь абсолютной величиной. Температура характеризует степень нагретости тела и измеряется в градусах стоградусной или абсолютной температурной шкалы. Процесс передачи тепла развивается как во времени, так и в пространстве. Практически часто бывает необходимо знать температуру в различных точках изучаемого пространства в один и тот же момент времени. Подобное распределение температур называется полем температур или температурным полем. Кроме изменения в пространстве, температурное поле и поле тепловых потоков может изменяться также и во времени. Таким образом, в общем случае температура Т может являться функцией координат х, у, г и времени т, т. Если же температура изменяется со временем, то такой процесс называется нестационарным. Различают полный и удельный тепловые потоки. Полный тепловой поток Q обычно относится к единице времени и измеряется в ваттах Вт. Тепловой поток, отнесенный к единице поверхности, называется плотностью теплового. Конвективным теплообменом называют такой процесс, когда движущаяся жидкость или газ переносит тепло из более нагретых областей в менее нагретые. В технике чаще всего рассматривают конвективный теплообмен жидкости или газа с поверхностью твердых тел, при котором тепло транспортируется к поверхности или от нее движущимися объемами жидкости или газа. Если нет движения жидкости газа , то нет и передачи тепла конвекцией. Теплопроводность — передача тепла от одних частей тела к другим без заметного перемещения частиц. Передача тепла теплопроводностью наиболее характерно осуществляется в гомогенных непрозрачных твердых телах. В металлургической практике процессы передачи тепла теплопроводностью лежат в основе теории и практики нагрева металла. Передача тепла теплопроводностью возможна как при стационарном состоянии, так и при нестационарном. При стационарном состоянии передача тепла от одной точки пространства к другой происходит без изменения их температуры во времени. При нестационарном состоянии происходит изменение температуры тела во времени, т. При этом его энтальпия или растет, или убывает, причем тело тем быстрее нагревается, чем выше его теплопроводность. Однако на интенсивность изменения энтальпии тела наряду с теплопроводностью тела оказывает влияние и величина теплоемкости тела. Но влияние это обратное. Чем выше теплоемкость тела, тем медленнее оно изменяет энтальпию и температуру. Таким образом, энтальпия тела изменяется тем быстрее, чем выше способность материала проводить тепло, т. Природа теплового излучения принципиально отличается от передачи тепла конвекцией и теплопроводностью, при которых переход тепла связан с передачей энергии молекулами, образующими твердую, жидкую или газообразную среду. При тепловом излучении энергия передается электромагнитными волнами определенной длины инфракрасные лучи. Тепловое излучение возможно даже в вакууме; оно не зависит от температуры окружающей среды. Чтобы решить дифференциальные уравнения для конкретного случая, необходимо, кроме основного дифференциального уравнения, сформулировать дополнительные условия, характерные только для этого случая, которые называют краевыми условиями. Начальные краевые условия показывают температурное состояние тела перед тем, как начался процесс нагрева. Наиболее простые и часто встречающиеся на практике временные условия показывают, что температура во всех точках тела в начальный момент времени одинакова, т. Граничные условия могут изменяться более широко. Применительно к задачам теплопроводности различают следующие виды граничных условий:. Граничные условия I рода показывают, как изменяется в процессе нагрева тела температура его поверхности. Наиболее характерным примером граничных условий I рода можно считать, когда температура поверхности тела при постоянной скорости его нагрева возрастает по прямолинейному закону. Применение граничных условий II рода позволило получить выражения для практических расчетов времени нагрева в печах с переменной температурой рабочего пространства например, в нагревательных колодцах. Граничные условия III рода соответствуют случаю задания температурного режима печи и закону теплообмена между окружающей средой и тепловоспринимающей поверхностью. Часто, например, задаются постоянством температуры печи, т. На практике встречаются случаи, когда температура в различных частях рабочего пространства печи почти одинакова например, камерные печи , поэтому решения, полученные при граничных условиях III рода, нашли широкое практическое применение. Рассмотренные краевые условия справедливы как для стационарного теплового состояния, так и для нестационарного, причем для нестационарного состояния краевые условия следует задавать в зависимости от времени. Во всем многообразии различных случаев теплообмена в твердых, жидких или газообразных средах можно выделить две большие группы: Применительно к этим широко распространенным случаям наукой сформулированы два основных закона теплообмена. Для теплообмена конвекцией первая группа Ньютон в г. Различают процессы теплоотдачи и процессы теплопередачи. Первый термин обычно применяется в том случае, когда рассматривается какая-то одна ступень теплообмена,, например от газа к стенке, или наоборот. Процесс теплопередачи включает несколько ступеней передачи тепла, например передача тепла от газа к газу через разделительную стенку Этот процесс слагается из трех ступеней передачи тепла: Каждая из этих ступеней характеризуется своим коэффициентом теплоотдачи а. Весь процесс передачи тепла характеризуется суммарным коэффициентом теплопередачи, который обычно обозначается буквой К и имеет ту же размерность, что и коэффициент теплоотдачи а. Для второй группы случаев теплообмена, когда тепло распространяется теплопроводностью, важнейшим законом является закон Фурье, который для одномерного потока записывается следующим образом:. Знак минус в выражении 38 указывает, что тепло распространяется в сторону убывания температуры. При стационарном тепловом состоянии температура с течением времени остается неизменной. В практике металлургической теплотехники подобные случаи передачи тепла теплопроводностью встречаются при передаче тепла через плоские стенки. Чтобы получить выражения, позволяющие определить распределение температур в стенке и количество передающегося через нее тепла, необходимо решить дифференциальные уравнения теплопроводности совместно с краевыми условиями I рода. Применительно к этому случаю рис. Т 1 к поверхности с температурой T 2 , изменение температуры по толщине стенки описывается уравнением. Рассмотрим плоскую стенку, состоящую из трех слоев рис. Можно принять любое число слоев, причем каждый из них может обладать своими физическими свойствами. Чтобы получить выражение, позволяющее определить количество тепла, проходящее через многослойную стенку, необходимо помнить, что для стационарного процесса плотность теплового потока, проходящего через каждый слой, одинакова, т. Как видно, знаменатель данного уравнения представляет собой сумму тепловых сопротивлений отдельных слоев. Передача тепла от более нагретого газа к менее нагретому через плоскую стенку. На практике часто приходится определять количество тепла, которое требуется передать от одного газа к другому или к жидкости через стенку многослойную или однослойную , т. Поскольку рассматривается стационарное тепловое состояние, постольку температуры теплоотдающего газа Т 1 и тепловоспринимающего газа Т 6 , так же как и величины Т 2 , Tз, Т 4 и Т 5 , остаются во времени неизменными. Соблюдение постоянства температуры окружающей среды — есть условие, присущее граничным условиям III рода. Процесс теплообмена определяется в данном случае коэффициентами теплоотдачи а 1 и а 2. Плотность теплового потока, который отдается более нагретым газом, может быть определена по выражению. Плотность теплового потока, который передается через стенку, была определена в предыдущем разделе:. Следовательно, знаменатель уравнения 34 представляет собой сумму тепловых сопротивлений различных звеньев передачи тепла. Уравнение 41 может быть записано в виде:. Величину К называют коэффициентом теплопередачи. Подобным же образом можно объяснить различие между коэффициентом теплоотдачи а и коэффициентом теплопередачи К. Подобное изменение температуры тела возможно, когда тело остывает или когда оно нагревается. На практике это широко распространенный процесс нагрева металла. Решение дифференциального уравнения теплопроводности совместно с краевыми условиями представляет собой весьма сложную математическую задачу, поэтому остановимся лишь на решении при краевых условиях III рода, получившем наибольшее практическое распространение. На практике часто встречаются печи, в которых нагрев металла происходит при неизменной температуре рабочего пространства. Приведем без вывода окончательное решение дифференциального уравнения теплопроводности для бесконечной плиты при краевых условиях III рода, которое имеет следующий вид:. Анализируя уравнение 36 , можно видеть, что температура нагрева металла Т зависит от трех безразмерных комплексов: Характер нагрева тел существенно зависит от критерия Вi. Аналогичные решения уравнения 36 могут быть получены с краевыми условиями I и II рода, расчеты по которым рассмотрены во II томе данного учебника. Для инженерных расчетов зависимости типа 37 обычно представляются в графическом виде. В металлургии и машиностроении распространенным процессом нестационарной теплопроводности является процесс нагрева металла перед обработкой давлением и для термической обработки. Однако аналитические решения типа 36 и 37 получены при условии, что эти величины не изменяются во времени. Конвективный теплообмен происходит при движении жидкости или газа, движущиеся частицы которых и являются теплоносителями. Каждая такая частица, соприкоснувшись с тепловоспринимающей поверхностью, в момент контакта передает определенное количество тепла и, не останавливаясь, движется дальше. На ее место подходит другая, не остывшая частица, которая также отдает часть своего тепла, и следует дальше, и т. Когда нет движения и частицы жидкости или газа не выполняют роль движущихся теплоносителей, тогда нет и теплопередачи конвекцией. В подобных случаях тепло передается в отсутствие теплового излучения исключительно теплопроводностью. Вместе с тем следует отметить, что при конвективном теплообмене при движении среды всегда происходит передача тепла теплопроводностью. В зависимости от свойства среды и условий движения доли тепла, передаваемого конвекцией и теплопроводностью, в общем процессе теплообмена будут различны. Таким образом, теплопередача конвекцией — это очень сложный процесс, зависящий от большого числа факторов, таких, как условия движения жидкости или газа, их теплопроводности, формы поверхности нагрева и др. На теплопередачу конвекцией сильно влияет природа возникновения движения, иначе говоря, силы, вызывающие движение. Эти силы могут зарождаться в самой среде, а могут быть приложены и извне. В первом случае наблюдаются свободное движение и свободная конвекция, во втором— вынужденное движение и вынужденная конвекция. Свободное движение возникает вследствие разности плотностей нагретых и холодных частей среды. В результате соприкосновения с нагретой поверхностью жидкость нагревается, температура ее по сравнению с температурой остальной массы повышается, а плотность уменьшается. Вследствие разности плотностей нагретых и более холодных частей среды возникает подъемная сила, которая создает свободное движение и вызывает конвективный теплообмен определенного вида — свободную конвекцию. Этот температурный напор и определяет коэффициент теплоотдачи при свободной конвекции. Вынужденная конвекция наблюдается при движении, вызванном внешними силами насос, вентилятор , и зависит от ряда факторов, из которых главными являются скорость и режим движения жидкости или газа. Наряду с вынужденным движением одновременно возможно возникновение и свободного движения. При больших скоростях вынужденного движения значение свободной конвекции становится ничтожным. При ламинарном движении отдельные слои между собой не перемешиваются и передача тепла в таком потоке возможна только теплопроводностью от слоя к слою. Скорость на интенсивность теплопередачи, а следовательно, на величину а практически не влияет. При турбулентном движении, когда основная масса потока интенсивно перемешивается, определяющее значение имеет скорость движения, увеличение которой вызывает увеличение коэффициента а. При турбулентном движении около поверхности стен, ограничивающих поток, образуется тонкий слой жидкости, в котором благодаря вязкости сохраняется ламинарное движение. Этот тонкий ламинарный слой жидкости называют пограничным слоем; он оказывает решающее влияние на процесс теплообмена. Передача тепла в турбулентном потоке осуществляется в результате интенсивного перемешивания. Передача тепла в пределах пограничного ламинарного слоя происходит только теплопроводностью. Поэтому для большинства теплоносителей газы, вода, масло и др. Так же, как и при гидродинамическом подобии, условием теплового подобия является равенство соответствующих инвариантов или критериев подобия. Как показывает теория, для достижения теплового подобия при вынужденном движении необходимо равенство следующих критериев подобия двух явлений:. Критерий Фурье часто называют безразмерным временем, поскольку в числителе этого критерия стоит время т. В стационарных процессах критерий Fо опускается. Выше отмечалось, что коэффициент температуропроводности а характеризует интенсивность изменения энтальпии тела, т. Таким образом, в целом критерий Фурье характеризует связь между скоростью изменения температуры тела, его физическими характеристиками и размерами. Физический смысл критерия Пекле становится ясным,, если написать его несколько иначе:. При этом числитель представляет собой плотность на единицу площади сечения теплового потока, переносимого движущейся средой, а знаменатель — плотность теплового потока теплопроводностью. Поэтому критерий Пекле является показателем соотношения переноса тепла конвекцией и теплопроводностью. Ниже будет показано, что между процессами теплопередачи и гидродинамики существует в определенных условиях подобие. Конвекция обязательно связана с движением, которое, как выше отмечалось, может быть вынужденным и свободным. Таким образом, критерий Gr характеризует меру отношения подъемной силы к силе вязкого трения при свободном движении. Следует отметить, что при нагреве различных материалов обычно различают так называемые внешнюю и внутреннюю задачи. Внешняя задача рассматривает передачу тепла от элементов печи к поверхности материалов. Внутренняя задача рассматривает передачу тепла от поверхности материала внутрь. Поэтому опытные данные обычно обрабатывают в виде критериального уравнения. Для ряда конкретных задач это общее критериальное уравнение упрощается. Например, при стационарном состоянии выпадает критерий Fо:. Обычно, говоря о свободной конвекции, различают два вида этого процесса в зависимости от его протекания в неограниченном или ограниченном пространстве. Различие между этими процессами заключается в следующем. Представим себе, что две поверхности участвуют в теплообмене: Если обе поверхности значительно удалены одна от другой, то оба процесса нагрев и охлаждение воздуха происходят, не влияя друг на друга. В этом случае можно говорить о свободной конвекции в неограниченном пространстве. Понятно, что, если протекает практически только один процесс нагрев или охлаждение , то наблюдается теплоотдача в неограниченном пространстве. Если пространство ограничено, то процессы нагрева и охлаждения разделить невозможно и все явления надо рассматривать в целом. Свободная конвекция в неограниченном пространстве. Типичным свободным движением в неограниченном пространстве для вертикальной нагретой поверхности является такое движение, когда около нижней части поверхности происходит ламинарное движение, а в верхней части — турбулентное. Вид движения зависит от разности температур стенки и воздуха. С изменением вида движения изменяется и вид теплоотдачи. Можно показать, что в нижней части толщина ламинарного слоя сначала увеличивается и коэффициент теплоотдачи уменьшается, а затем происходит стабилизация турбулентного движения и коэффициент теплоотдачи остается неизменным. Свободная конвекция в неограниченном пространстве для тел самой различной формы в настоящее время хорошо изучена. Проведенная обработка результатов многочисленных исследований позволила сделать следующие выводы:. Зависимость между критериями подобия Nu, Gr и Рr может быть представлена в виде:. Свободная конвекция в ограниченном пространстве. Это позволяет избежать определения коэффициентов теплоотдачи а. В подобной форме обрабатывают опытные данные для свободной конвекции в ограниченном пространстве. При вынужденном движении теплоотдача конвекцией зависит главным образом от характера движения ламинарное или турбулентное и скорости. В связи со сложностью явления эмпирические обобщения процесса теплоотдачи конвекцией при вынужденном движении можно сделать только для каждого отдельного. Теплоотдача при движении газа жидкости в трубах. Этот вид теплообмена весьма обстоятельно исследован М. Михеевым и другими учеными. Эмпирические выражения этого типа могут быть использованы для практических расчетов. Критерии вычисляют для средних значений температуры среды. Формула применима для труб любого сечения; в качестве определяющего размера следует выбирать диаметр для круглых труб или эквивалентный диаметр для некруглых труб. Теплоотдача при обтекании труб. Различие в значениях а при продольном и поперечном обтекании труб, а также при коридорном и шахматном расположении труб обусловлено режимами движения потока среды, омывающей трубы. В частности, следует отметить, что степень турбулизации потока при входе в трубный пучок с шахматным расположением труб больше, чем при входе в пучок с коридорным расположением труб. Теплоотдача в случае одиночной трубы при поперечном обтекании ее потоком. Этим вопросом занимались М. Теплоотдача при обтекании пучка труб рис. В промышленной практике теплоотдача при обтекании пучка труб встречается часто в паровых котлах, теплообменниках, регенераторах, рекуператорах и т. Применяется коридорное и шахматное расположение труб в пучке. Для случая охлаждения потока предложены следующие расчетные выражения:. В случае нагревания потока коэффициенты теплоотдачи следует умножить на коэффициент, учитывающий влияние температурного фактора. Передача тепла излучением осуществляется при помощи электромагнитных волн, распространение которых возможно даже в вакууме. Значения длины волны мкм электромагнитных волн приведены ниже:. Любому телу свойственно тепловое излучение при условии, что его температура отлична от абсолютного нуля. Чем выше температура тела, тем больше его тепловое излучение. Излучение, испускаемое при определенной длине волны, называют монохроматическим. Тела могут поглощать, пропускать или отражать тепловые лучи. В природе можно найти много примеров таких тел, к которым применимы эти понятия. В общем случае твердые тела поглощают лишь часть падающей на них тепловой энергии, часть лучей пропускают через себя и часть лучей отражают. Допустим, что на тело падает тепловой поток Q, часть которого Q п тело поглощает, Q пр пропускает через себя и Q 0 отражает. Отношения А, D и Rпредставляют соответственно доли поглощенного, пропущенного и отраженного тепла. Тело, поглощающее все падающее на него излучение, называется абсолютно черным телом. Понятие абсолютно черного тела является известной абстракцией, поскольку оно в природе не существует; однако это понятие играет чрезвычайно важную роль в теории теплового излучения. Тело, которое отражает все падающие на него лучи, называют абсолютно белым или зеркальным телом; оно не существует в природе и понятие о нем также является абстракцией. Реальные тела занимают промежуточное положение между абсолютно черными и абсолютно белыми телами и для них характерно частичное поглощение и частичное отражение тепловой лучистой энергии. В теории теплового излучения их обычно называют серыми телами. Некоторые из серых тел по своим свойствам близко подходят к абсолютно черным или абсолютно белым телам. Для решения ряда экспериментальных задач и градуировки оптических приборов необходимо пользоваться моделью абсолютно черного тела, которая может быть выполнена либо в виде полого шара с небольшим отверстием, либо в виде длинного цилиндра. Луч, войдя в такой шар или цилиндр, обратно не выйдет из него и, следовательно, сечение входного отверстия в такой шар или цилиндр подобно абсолютно черной поверхности. Зависимость теплового излучения от температуры для абсолютно черного тела. Интенсивность монохроматического при определенной длине волны излучения зависит от температуры и длины волны, т. Определение этой зависимости представляет собой очень важную задачу, которую в г. Вместе с тем из рис. Закон Стефана — Больцмана. Закон Планка устанавливает зависимость интенсивности излучения от температуры при определенной длине волны. Однако для реальных процессов представляет интерес полное излучение, то есть суммарное излучение при всех длинах волн. Это выражение называют законом Стефана — Больцмана, из которого следует, что излучательная способность абсолютно черного тела прямо пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры. Величину С 0 обычно называют коэффициентом лучеиспускания абсолютно черного тела. Зависимость излучения от температуры для реальных серых тел. Так называемое серое излучение характеризуется тем, что его интенсивность излучения составляет некоторую долю от интенсивности абсолютно черного тела, одинаковую. Величину, характеризующую излучательную способность серого тела по отношению к излучательной способности черного тела, называют степенью черноты. Это в свою очередь позволяет сделать очень важный вывод о том, что при одной и той же температуре максимально возможное количество тепловой энергии излучает абсолютно черное тело. Иначе говоря, в природе не может существовать таких серых тел, которые могли бы при одинаковых температурах излучать энергии столько же или больше, чем абсолютно черное тело. Связь между излучательной и поглощательной способностями тел устанавливает закон Кирхгофа, который формулируется следующим образом: Если обозначить через q,q 1, q 2 ,,q 3 и т. Таким образом, степень черноты может характеризовать как излучательную, так и поглощательную способности тела. Закон Кирхгофа справедлив не только для полного, но и для монохроматического излучения, что позволяет установить следующее важное следствие из этого закона: Закон Стефана — Больцмана позволяет рассчитать полное количество тепловой энергии, излучаемой какой-либо поверхностью по всей полусфере. Однако часто необходимо определить, какое количество тепла излучается под тем или иным углом к излучающей поверхности или ее нормали. Подобную зависимость выражает закон Ламберта, по которому. Плотность лучистого потока зависит от того, на каком расстоянии от источника излучения находится тепловоспринимающая поверхность. Представим себе, что тепловую энергию излучает точечный источник в пределах некоторого угла в пространстве, заполненном средой, не поглощающей тепловые лучи. В этом случае по мере удаления тепловоспринимающей поверхности от источника излучения плотность теплового потока изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния между источником и приемником излучения, т. Этот закон строго справедлив для тех случаев, когда размеры излучателя малы по сравнению с расстоянием. В металлургической практике широко распространены такие случаи теплообмена излучением, когда излучающие поверхности разделены ослабляющей средой. Ослабляющей средой могут являться газы, излучающие и поглощающие тепловую энергию, а также газы с взвешенными в них частичками сажистого углерода и золы. В объемах, заполненных такой средой, проходящий лучистый поток будет ослабляться, так как частицы среды способны поглощать и рассеивать тепловую энергию. Наиболее часто встречаются такие случаи газы, газы со взвешенными относительно мелкими частицами , для которых ослабление излучения происходит за счет поглощения, а рассеяние отсутствует вовсе или им можно пренебречь. Согласно закону Бугера, относительное ослабление луча в слое среды пропорционально толщине этого слоя dх. Отсюда следует объединенный закон Бугера— Бера. Интегрированием выражения 69 можно найти интенсивность луча, прошедшего через слои толщиной S. Согласно закону Кирхгофа, для равновесной системы спектральные степень черноты и поглощательная способность равны. Поскольку одни и те же частицы реагируют на излучение волн разных длин неодинаково, то закон Бугера — Вера не всегда справедлив для интегрального излучения. Ослабление последнего происходит преимущественно в результате ослабления отдельных волн; другие волны могут вообще не ослабляться. Закон Бугера — Бера достаточно точно соблюдается лишь при малых концентрациях поглощающего вещества, когда взаимодействие между частицами практически отсутствует. Для упрощения практических расчетов обычно вводят понятие серый газ, т. Спектр поглощения газов является селективным. Как следует из закона Кирхгофа, газы могут испускать лучи только с теми длинами волн, что и лучи, которые они поглощают. Поэтому излучение газов является также селективным. Не все газы практически излучают и поглощают тепловые лучи. Спектр встречающихся в составе печной атмосферы одно- и двухатомных газов кислорода, азота, окиси углерода и др. Вместе с тем эти газы являются также лучепрозрачными и практически не нагреваются при прохождении через них лучей от других тел. Трехатомные и многоатомные газы, наоборот, могут излучать и поглощать большое количество тепла. Наибольшее практическое значение имеет излучение углекислоты С0 2 и водяных паров Н 2 0 , поскольку из них наряду с азотом в основном состоят дымовые газы. Спектры этих газов очень сложны. Для С0 2 обычно принимают три полосы излучения и поглощения, соответствующие следующим интервалам длин волн, мкм: Для Н 2 0 эти интервалы длин волн соответственно равны 2,24—3,27; 4,8—8,5 и 12,0—25,0 мкм. Поглощение газами тепловой энергии зависит от температуры и концентрации газа, выражаемой его парциальным давлением и эффективной толщиной газового слоя, т. Сохраняя единообразие записи с твердыми телами, можно написать то же самое для степени черноты газов:. Излучение газами тепловой энергии, как показали исследования, для С0 2 пропорционально T 3. Применение различных законов излучения для твердых и газообразных тел очень сильно затруднило бы расчет. Поэтому для практических расчетов теплового излучения газов применяют также закон Стефана— Больцмана, причем степень черноты газа также характеризует его излучательную способность. Определение степени черноты газов. Как указывалось выше, степень черноты газов зависит от температуры газа, его парциального давления и средней длины пути луча. Обычно температура газов известна. Парциальное давление газов можно получить из расчета горения топлива. Для определения степени черноты газов пользуются графиками, приведенными на рис. Степень черноты водяных паров необходимо умножить на поправку, которую находят по рис. Теплообмен излучением между излучающим газом и стенками. Нагретый газ излучает на 1 м 2 поверхности окружающих его стенок количество тепла, определяемое по выражению. Газ и стенки поглощают только часть лучей в соответствии с их степенями черноты. Часть лучей газами будет пропущена и попадает снова на стены, которые определенную долю поглотят, а остальное снова отразят и т. Проанализировав весь ход этих многократных поглощений, отражений и пропусканий лучистых потоков, Г. Теплообмен в замкнутой системе из двух поверхностей, разделенных ослабляющей средой серый газ. Рассмотрим случай теплообмена двух серых поверхностей см. Допустим, что поверхность F 2 адиабатная. Это означает, что эффективное излучение этой поверхности равно падающему на нее лучистому потоку. Поверхность F 1 по выбранной схеме представляет собой тепловоспринимающую поверхность поверхность нагреваемого материала. Поэтому целью данного вывода является определение результирующего потока поверхности F 1. Результирующий поток равен разности между падающим потоком и эффективным излучением. Таким образом, результирующий поток поверхности F 1. Увлечёшься девушкой-вырастут хвосты, займёшься учебой-вырастут рога - - или читать все A Основные направления использования финансовых ресурсов Cоциализация: ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ТЕОРИИ I. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Теория теплопередачи рассматривает процессы передачи тепла из одной части пространства в другую. Виды и основные законы процесса теплообмена. Различают три основных вида передачи тепла: Основные понятия теории теплообмена.
Тепловые процессы часто сопутствуют другим технологическим процессам: Для тепловых процессов в химической промышленности характерны широкий диапазон изменения температуры от нескольких тысяч градусов до близких к абсолютному нулю и количеств передаваемой теплоты. Такой широкий диапазон требует применения различных способов передачи теплоты и материалов, которые наилучшим способом обеспечивают этот процесс. Производства химической технологии, требующие больших затрат тепловой энергии, обычно комплексно связаны с тепловыми энергетическими установками. Перенос теплоты, происходящий между телами с различной температурой, носит название теплообмена. В соответствии со вторым законом термодинамики перенос тепла самопроизвольно происходит от тела с более высокой температурой к телу с меньшей температурой. Таким образом, причиной направленного теплопереноса является разность температур— температурный напор , который есть движущей силой переноса тепла. При выравнивании температур наступает равновесие. Перенос теплоты может осуществляется различными способами. В зависимости от механизма различают три способа теплопереноса: В чистом виде теплопроводность наблюдается в твердых телах, а в жидкостях и газах — лишь в неподвижных средах. Такой способ теплопереноса возможен лишь в жидкостях и газах, при этом всегда сопровождается теплообменом между частицами посредством теплопроводности. В свою очередь, конвекция бывает свободной и вынужденной. Свободная конвекция происходит в результате разности плотностей жидкости или газа в различных точках занимаемого ими объема вследствие разных температур, вынужденная — когда перемещение частиц жидкости или газа происходит под действием внешних сил с помощью насосов, компрессоров. Тепловое излучение — это перенос энергии в форме электромагнитных колебаний, сопровождаемый переходом лучистой энергии в тепловую и наоборот. Этот вид переноса тепла имеет место между телами любого агрегатного состояния независимо от того, удалены ли они друг от друга или соприкасаются между собой. В реальных условиях теплота чаще всего передается одновременно двумя или даже тремя способами. Однако обычно преимущественное значение имеет какой-нибудь один способ. Наиболее распространенным случаем в практике является перенос тепла от одного теплоносителя к другому через разделяющую их стенку. Такой вид теплообмена называют теплопередачей. Процесс теплопередачи включает три стадии: Перенос теплоты в стенке происходит путем теплопроводности. Передача теплоты от теплоносителя к стенке и от нагретой стенки к более холодной среде называют теплоотдачей. Особое место среди тепловых процессов занимают процессы, сопровождающиеся изменением агрегатного состояния теплоносителей кипение, конденсация пара и т. Пространство с различными температурами в отдельных его точках является температурным полем. Изменение температуры в данной точке пространства со временем характеризуют мгновенными температурами. Процессы, в которых поля температур постоянны во времени, являются установившимися или стационарными. Они соответствуют непрерывно действующим аппаратам. Если же распределение температур в телах, участвующих в теплообмене, изменяется во времени, то процесс считается неустановившимся или нестационарным. Такие процессы протекают в аппаратах периодического действия. Предел отношения изменения температуры к расстоянию между изотермами по нормали называют температурным градиентом:. Температурный градиент является вектором, направленным по нормали к изотермической поверхности. Его положительным направлением считается направление в сторону возрастания температуры. Значение температурного градиента, взятое с обратным знаком, называют падением температуры. Величина теплового потока зависит от теплофизических свойств теплоносителя. Непосредственное влияние на процесс переноса тепла оказывают температура, теплоемкость, температуропроводность, энтальпия, теплота фазового превращения. FAQ Обратная связь Вопросы и предложения. Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Тела, участвующие в переносе тепла, называют теплоносителями. В процессе переноса теплоты температура в общем случае изменяется в пространстве и во времени: Так как в одной и той же точке пространства одновременно не может быть двух различных температур, то изотермические поверхности разных температур друг с другом не пересекаются. Все они либо замыкаются на себя, либо кончаются на границах тела. Изменение температуры в теле наблюдается лишь в направлениях, пересекающих изотермические поверхности. При этом наиболее резкое изменение происходит в направлении нормали n к изотермическим поверхностям рис. Предел отношения изменения температуры к расстоянию между изотермами по нормали называют температурным градиентом:
https://gist.github.com/fa6b9450a74ce3071366c30ecec5d550
https://gist.github.com/2ae42c5957e55ba494187307190cdc8c
https://gist.github.com/c932159422f7384f8e55870aa5604408