Презентация на тему: "Законы теплообмена"

ЗАКОНЫ

ТЕПЛООБМЕНА

ПЛАН ЛЕКЦИИ

• Основные понятия теории теплообмена
• Способы передачи тепла

• Теплопроводность
• Конвекция
• Тепловое излучение

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕОРИИ ТЕПЛООБМЕНА

ТЕПЛООБМЕН – это процесс переноса теплоты, происходящий между телами, имеющими разную температуру

Нагревание

Испарение

Кипячение

Охлаждение

Конденсация

ТРЕБОВАНИЯ

ТЕПЛОНОСИТЕЛЬ – вещество, с помощью которого подводится и отводится тепло

• первоначальная температура должна быть достаточной для создания движущей силы теплообмена
• экономичность
• безопасность
• высокий коэффициент теплоотдачи
• инертность по отношению к материалу аппарата

НАГРЕВАНИЕ

ОХЛАЖДЕНИЕ

• Вода
• Водяной пар
• Топочные газы
• Минеральные масла
• Электричество

• Вода
• Вода со льдом
• Воздух
• Рассолы

ДВИЖУЩАЯ СИЛА ТЕПЛООБМЕНА – разность температур теплоносителей

t 1 – теплоноситель, отдающий тепло

t 2 – теплоноситель, принимающий тепло

ТЕПЛОВОЙ ПОТОК – количество теплоты, передаваемое в единицу времени

Q

Тепловой поток [Q] = [Вт]

Удельный тепловой поток (плотность теплового потока) [q] = [Вт/м 2 ]

2. СПОСОБЫ ПЕРЕДАЧИ ТЕПЛА

ТЕПЛОВОПРОВОДНОСТЬ

КОНВЕКЦИЯ

ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ – это процесс передачи тепла на молекулярном уровне, от одних микрочастиц вещества к другим вследствие их движения и взаимного соприкосновения

λ – коэффициент теплопроводности, Вт/м*К (кал/м*К)

• Природа вещества Агрегатное состояние Температура Влажность Давление Примеси
• Природа вещества
• Агрегатное состояние
• Температура
• Влажность
• Давление
• Примеси

  1 калория = 4,19 Джоулей

Закон Фурье

Для однослойной стенки

Q

t 1

t 2

Для многослойной стенки

δ

Корпус рефрижераторного бака, заполняемый охлажденным рассолом (25% раствор хлористого кальция), можно выполнить из углеродистой стали или из нержавеющей стали толщиной 6 мм. Плотность теплового потока через стенку составляет 525 Вт/м 2 . Температура на наружной поверхности бака – 18 0 С. Рассчитать температуру внутренней стенки бака.

При прохождении теплового потока 7550 Вт через плоскую металлическую стенку площадью 2,5 м 2 температура на 1 мм толщины стенки снижается на 0,2 0 С.

Определить коэффициент теплопроводности металла.

Площадь поверхности корпуса теплообменного аппарата 11,5 м 2 .

Стенка корпуса состоит из четырех слоев:

• листовая нержавеющая сталь толщиной 8 мм
• слой стекловаты толщиной 60 мм
• деревянная обшивка из сосновых досок толщиной 20 мм
• масляная краска толщиной 1 мм

Температура внутренней поверхности стенки 180 0 С,

наружной – 82 0 С.

Рассчитать потери теплоты через стенку теплообменника.

Рассчитать температуру на поверхности стальной стенки.

КОНВЕКЦИЯ – процесс передачи тепла в результате движения и перемещения агрегатов частиц жидкостей и газов

Естественная конвекция – движение вследствие разной плотности холодных и нагретых агрегатов вещества

Вынужденная конвекция – движение с помощью насоса, вентилятора, мешалки

Закон

Ньютона-Рихмана

t 1

t 2

α – коэффициент теплоотдачи, Вт/м 2 *К

• размер поверхности форма поверхности вид теплообменного процесса скорость теплоносителя направление движения теплоносителя режим движения теплоносителя физические свойства теплоносителя температура теплоносителя
• размер поверхности
• форма поверхности
• вид теплообменного процесса
• скорость теплоносителя
• направление движения теплоносителя
• режим движения теплоносителя
• физические свойства теплоносителя
• температура теплоносителя

13

Критерий Нуссельта

(критерий теплоотдачи)

Критерии теплового подобия

Конденсация пара внутри горизонтальных труб

Нагревание и охлаждение жидкостей внутри труб

Критерии теплового подобия

Критерий Рейнольдса

Критерий Прандтля

Режим движения жидкости

Физические свойства теплоносителя

Критерий Грасгофа

Критерий Пекле

Режим движения при свободной конвекции

Мера отношения интенсивности переноса теплоты конвекцией и теплопроводностью

Рассчитать критерий Прандтля для воды

при ее нагревании от 20 до 80 0 С.

ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ – распространение теплоты с помощью электромагнитных волн инфракрасного диапазона, обусловленное температурой и оптическими свойствами излучающего тела

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Идеальные тела

Реальные тела

• абсолютно белые
• абсолютно черные
• абсолютно прозрачные

• серые (температура, состояние и цвет поверхности)

Закон

Стефана-Больцмана

Со = 5,67 Вт/м 2 *К 4 – коэффициент излучения абсолютно черного тела

Расчет теплового потока между двумя параллельными поверхностями

ε – степень черноты (природа материала, состояние поверхности)

СУММАРНАЯ ТЕПЛООТДАЧА КОНВЕКЦИЕЙ И ИЗЛУЧЕНИЕМ

Суммарный коэффициент теплоотдачи конвекцией и излучением

Потери теплоты аппарата, находящегося в закрытом помещении при суммарной теплоотдаче конвекцией и излучением

Определить потерю теплоты лучеиспусканием поверхностью стального аппарата, размеры которого: высота 2 м, диаметр 1 м. Температура стенки аппарата 70 0 С, температура воздуха в помещении 20 0 С.

Определить общую потерю теплоты аппарата лучеиспусканием и конвекцией.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

• В чашку налили горячий чай. Как осуществляется теплообмен между чаем и стенками чашки?
• Какой из чайников быстрее остынет – керамический или металлический?
• Почему самолеты красят серебристой краской, а бочку для летнего душа на даче в темный?
• Как быстрее охладить горячий гвоздь – под водой или на воздухе?
• Почему вы обжигаете губы, когда пьете чай одинаковой температуры из металлической кружки, и не обжигаете, когда пьете чай из фарфоровой кружки?
• Почему грязный снег в солнечную погоду тает быстрее, чем чистый?
• Почему нельзя строить печи для отопления дома из огнеупорного кирпича?