A videó lecke leírása

A belső energia munkavégzés nélküli megváltoztatásának folyamatát hőátadásnak nevezzük. Munkavégzés nélkül a testek felmelegedhetnek és lehűlhetnek. A folyadékok és gázok meleg és hideg rétegei munka nélkül összekeveredhetnek. Munkavégzés nélkül a test belső energiája sugárzás hatására megváltozhat, beleértve az ürességet - vákuum. Tekintsük a hőátadás típusait.

A hővezetőképesség az a jelenség, amikor a testet alkotó részecskék hőmozgása és kölcsönhatása következtében a test egy melegebb részéből egy kevésbé melegített részre energiaátadódik át.

Kísérletet végezhet egy installáció felépítésével: egy vékony horganyzott lemezből készült gyűrűt helyezünk egy állványra. Három huzalt (réz, alumínium és acél) kötőtű formájában helyeznek be (csatlakoznak) a gyűrűbe 120 fokos szögben, először a régi gyertyákból olvasztott viaszba kell mártani. Amíg a viasz megkeményedik rajtuk, a cipőszegeket a fejükkel legalább centiméter távolságra a rúdhoz kell rögzíteni. A három küllőkezdet szorosan egymás mellett helyezkedik el a gyűrű közepén. Gyújtsunk meg egy szeszes lámpát (vagy egy tablettát száraz alkoholt), és helyezzük állványra úgy, hogy a kötőtűk három vége egyformán felmelegedjen. És megfigyeljük: egy idő után a viasz olvadni kezd, és először a réz kötőtű csapjai kezdenek leesni, kicsit később - az alumíniumról és még később - a vasról.

A fémek jó hővezető képességgel rendelkeznek, a műanyag, a gumi, az üveg, a fa, a plexi, és a legtöbb szigetelőnek rossz a hővezető képessége.

A hőátadás második típusa a konvekció.

A konvekció egy hőcserélő folyamat, amelyet folyadék- vagy gázáramokkal energiaátvitel útján hajtanak végre. Végezzük el a kísérletet: öntsünk színes vizet a lombikba: csepegtessünk egy csepp réz-szulfát oldatot vagy egy kálium-permanganát kristályt, és alulról alkohollámpán (vagy száraz alkohol tablettán, gyertyán) melegítsük fel a lombikot. Egy idő után észreveheti a vízrétegek mozgását alulról felfelé (majd körben).

A levegő rossz hővezető, de magában a helyiségben melegszik fel, és meleg és hideg rétegek keverésével az egész helyiséget felmelegíti. Az ablakok alatt központi fűtés radiátorok vannak. Itt Arkhimédész törvénye szerint az öntöttvas akkumulátort érintő meleg levegőrétegek a hideg levegő hatására kiszorulnak, és felfelé emelkednek. Hideg rétegek közelítik meg a megüresedett teret, érintik az akkumulátor felületét, felmelegszenek, majd újra felfelé mennek stb. A meleg és hideg levegő rétegei keverik és fűtik az egész helyiséget.

A harmadik típusú hőátadás a sugárzás. A sugárzás az energia átadása egyik testről a másikra, amelyet az elektromágneses sugárzás kibocsátási, terjedési, szórási és elnyelési folyamatai okoznak. Megmutathatja a napfény és a hő terjedését azzal, hogy a sugárzás a vákuumon keresztül is továbbítódik. A világos felület visszaveri a sugárzást, míg a sötét felület elnyeli azt. Ezért nyáron világos, télen sötét ruhát kell viselnie. Ezért a repülőgépeket és rakétákat világos festékkel festik, a szállított üzemanyagot tartalmazó tartályokat is világos színűre festik.

A nagy kazánházak csöveit magasra építik, hogy jobb legyen a „huzat”: a meleg levegő oszlopa a csőben gyorsabban emelkedik, helyére alulról, gyorsabban jut a levegő új oxigén adaggal a tűztérbe, és a tüzelőanyag elég. jobb, gyorsabb vízmelegítés, lakások melegvízellátása központi fűtési rendszerben - magabiztosabb. A termosz mindhárom hőátadási módot figyelembe veszi, hogy a forró tea ne hűljön tovább: a lombik műanyagra van felszerelve, a dugó balsafából, mert hővezető képessége minimális a duplafalú lombikból a konvekció megakadályozása érdekében; és az izzó belső felülete ezüstös, hogy visszaverje a hősugárzást befelé.

A hőátadás elmélete a hőenergia eloszlásának és átvitelének mintázatait vizsgálja. Az energia hő formájában történő cseréje akkor megy végbe, ha hőmérsékletkülönbség van az egyes testek vagy ugyanazon testrészek között, és addig tart, amíg mindkét test hőmérséklete egyenlő nem lesz. Mivel a hőmérséklet a belső energia mértéke, ezért a hőcsere során az egyik (hideg) test belső energiája növekszik, mivel egy másik testben (melegen) csökken.

A hőcsere folyamata természetes és visszafordíthatatlan, azaz mindig egy irányba folyik: a forró testtől a hideg felé.

A hőátadásnak három módja van: hővezető képesség, konvekció és sugárzás.

Hővezető- a hőterjedés folyamata szilárd és folyadékokban nyugalmi állapotban. A dielektrikumokban (az elektromosságot nem vezető anyagokban) a hőenergiát a kristályrács rezgései adják át, a fémekben pedig - elsősorban a szabad elektronok mozgása miatt a rácsban. A hővezető képesség tiszta formájában csak szilárd anyagokban figyelhető meg.

Konvekció- hőátadás folyékony és gáznemű testek egyedi tömegének és térfogatának mozgatásakor.

Jellemzően a konvekció és a vezetés egyszerre történik. Ezt a folyamatot ún konvektív hőcsere. A hő átadása egyik testről a másikra a konvekció és a hővezetés során csak akkor következik be, amikor azok érintkeznek.

Sugárzás-hőcsere a testek között távolról tiszta energia formájában. A sugárzó energia hordozói az elektromágneses hullámok (fotonok). A sugárzás során egy felhevült test hőenergiája sugárzó energiává alakul, szétterjed a környező térben, egy másik testre esik és ismét hőenergiává alakul.

A hőátadási problémák megoldásának mindig van sajátos jellege, amelyet egyértelműen a folyamatok körülményei határoznak meg.

Ezek a feltételek a következők:

– a testek felületeinek és az őket körülvevő tér geometriai jellemzői (formák, méretek);

– a folyamat időbeli jellemzői;

– a hőcsere folyamat határjellemzői, azaz a fizikai mennyiségek értéke és eloszlása ​​a hőcserében részt vevő testek határfelületein;

– annak a környezetnek a fizikai és kémiai tulajdonságai és paraméterei, amelyben hőátadás történik.

Ezek az egyértelműség feltételei azonban nem mindig teszik lehetővé, hogy analitikus megoldást kapjunk a hőátadás elméletében felmerülő problémákra. Ezért a fizikai kísérletek és eredményeik általánosítása rendkívüli jelentőséggel bír a hőátadási folyamatok vizsgálatában.

Hővezető

A hővezetési jelenségek jellemzői a testek hőmérséklet-eloszlásával függnek össze. Általánosságban elmondható, hogy a testek hőmérséklete a tér minden pontján változhat az idő múlásával. A pillanatnyi hőmérsékleti értékek halmazát a vizsgált tér minden pontján nevezzük hőmérsékleti mező.

A hőmérsékleti mező az homogén, ha a hőmérséklet a tér minden pontjában azonos, és heterogén, ha más. Azokat a felületeket, amelyeken azonos hőmérsékletű pontok találhatók, nevezzük izotermikus, és ezeknek a felületeknek a keresztmetszete az izotermák(3.1. ábra) A hő nem terjed az izoterm felületek mentén. A leggyorsabb hőmérsékletváltozás az izoterm felületekre merőleges irányban történik.

Rizs. 3.1. Hőmérsékleti mező

Két izoterma hőmérsékletkülönbsége és a köztük lévő távolság arányának határa a normál mentén, amikor n nullára hajlamos hívják gradiens

hőmérséklet térfogataés grad jelöli t.

A gradiens a hőmérsékletváltozás legnagyobb intenzitásának mértéke; ez egy vektormennyiség. A hőmérséklet növekedési irányát pozitívnak tekintjük. Mennyiségileg a hőátadás intenzitását jellemezzük hőáram sűrűsége, vagyis az egységnyi felületen időegység alatt áthaladó hőmennyiség. A Fourier-törvény - a hővezetési tényező alaptörvénye - szerint a hőáram sűrűségét, W/m 2, a képlet határozza meg

Ahol K- hőmennyiség, J; F- Terület, m2 ; τ - idő, h.

A Fourier-törvény kimondja, hogy a hőáram sűrűsége arányos a hőmérsékleti gradienssel

Ahol λ - a hőterjedés intenzitását jellemző hővezetési együttható, azaz a hővezető képesség miatt egységnyi hőcserélő felületen egységnyi idő alatt áthaladó hő mennyisége, amikor a hőmérséklet az izoterm felület normáljának egységnyi hosszára 1 fokkal csökken, W/m K .

A jobb oldali mínusz jel a hőáramlás és a hőmérséklet-változás ellentétes irányát jelzi a testben. A hővezetési együttható a testek kémiai összetételétől, szerkezetétől, sűrűségétől, páratartalmától, nyomásától, hőmérsékletétől függ, és 0,01 és 400 W/(m K) között mozog.

Olyan testek, amelyek λ <0,2 Вт/(м·К), называются hőszigetelők. A jó hővezetők azok a testek, amelyek rendelkeznek λ >20 W/(m K).

A gázok hővezető képessége a legalacsonyabb (0,01-1 W/(m K)), a legmagasabb érték a fémek (ezüst - 410, réz -

360, alumínium - 200-300, acél - 45-55 W/(m K)).

A hővezetési tényező Fourier-egyenlete a test bármely pontján bekövetkező hőmérséklet-változás folyamatának matematikai leírása, amelyet a létrejövő hőátadás okoz.

A hővezetési egyenleteket általában analitikusan oldják meg az eljárás meghatározott körülményeire, ismert egyértelmű feltételek mellett.

A gyakorlatban a hővezető képesség különböző problémáival találkozunk, amelyeket hagyományosan három csoportra osztanak:

1) stacionárius hővezető képesség, amikor a test hőmérséklet-eloszlása ​​idővel változatlan marad, és ennek megfelelően a hőáram sűrűsége állandó. A fűtőberendezésekben és -berendezésekben, az épületszerkezetek körülzáró szerkezeteiben zajló hőcsere folyamatok a külső és belső környezet hosszú távú állandó hőmérsékletén időtől függetlennek tekinthetők;

2) nem stacionárius hővezető képesség, amikor a hőmérsékleti mező idővel változik. Instabil hővezető képesség figyelhető meg például a testek melegítése és hűtése során, amikor a hőterhelés kezdete előtt a teljes testtömeg azonos hőmérsékletű volt;

3) hőmérsékleti hullámok a periodikus hőhatásoknak kitett testekben. Például a föld felszíni rétegének éves hőmérséklet-ingadozása, a külső levegő hőmérsékletének napi ingadozása és ezek hatására a zárt szerkezetek felületeinek hőmérséklete.

Az alábbiakban a Fourier-egyenlet részleges megoldása látható a stacionárius hővezetés két problémájára.

1. Egydimenziós hőeloszlás síkfalban (3.2. ábra). A síkfalban a hőáram egyenlő

dolgokat F 1 és F 2 , °С.

Többrétegű falhoz rétegvastagságokkal δiés hővezetési együtthatók λ i A hőáramlási egyenlet a következőképpen általánosítható:

Ahol α - a konvekciós hőátadás intenzitását jellemző konvektív hőátbocsátási tényező, W/(m 2 K); t- folyadék hőmérséklete a faltól távol, °C; t st- falfelület hőmérséklete, °C; F- a test hőbefogadó felülete, m 2.

A konvektív hőátadás elméletének egyik fő feladata a hőátbocsátási tényező értékének meghatározása a folyamat adott körülményeihez.

Az összeg szerint α számos tényező befolyásolja, amelyek közül a legfontosabbak a konvekció jellege, a mozgás módja, a folyadék fizikai tulajdonságai, a hőcserében részt vevő testek felületének geometriai jellemzői.

A konvekciót nevezzük ingyenes, ha a folyadék hőmérsékleti mezőjének inhomogenitása okozta nyomáskülönbség (sűrűség) miatt következik be. A felhevült testek felszíne felett a szabad konvekció jelensége figyelhető meg, amikor a felületek közelében elhelyezkedő légrészecskék felmelegednek, felfelé emelkednek, és helyükre hideg légtömegek rohannak (3.4. ábra).

A szabad konvekció természetesen minden olyan térfogatban megtörténik, ahol különböző hőmérsékletű testek vannak, és minél nagyobb a hőmérsékletkülönbség, annál intenzívebb.

Rizs. 3.4. Szabad konvekció: A– függőleges fűtött fal; b– vízszintes lemez; V– vízszintes lemez, alulról fűtve

Kényszerített konvekció Hőcserének nevezzük, amikor a folyadék külső erők hatására mozog, például szivattyú, ventilátor, kompresszor által. A hőcsere intenzitása ebben az esetben annál nagyobb, minél nagyobb a testek felületét mosó folyadék áramlási sebessége.

A hőátadási intenzitás növekedésének oka az áramlási sebesség növekedésével a folyadék mozgási módjának megváltozása, a lamináris mozgás turbulenssé való átmenete (lásd 3.1. ábra).

A lamináris áramlásban a hőenergia átvitele hővezető képességgel és keresztirányú tömegdiffúzióval történik. Az ilyen energiaátvitel intenzitása a közeg tulajdonságaitól függ, és minél nagyobb az áramlás vastagsága, annál kisebb. Turbulens áramlásban az energia a folyadékból a falba tömegek keverésével, a hővezető képességgel pedig csak a határrétegben kerül át. Ezért a hőátadás intenzitása turbulens áramlásban nagyobb, mint lamináris áramlásban.

Lamináris és turbulens folyadékáramlások mind kényszer, mind szabad mozgásban megfigyelhetők. Utóbbi esetben azonban ezeket a módokat kizárólag a termikus hatás feltételei hozzák létre, míg a kényszermozgásnál a folyadék áramlását mesterséges befolyásoló módszereket alkalmaznak.

A konvektív hőátadás intenzitása a folyadék fizikai tulajdonságaitól is függ, amelyeket a hővezetési tényező és a hődiffúzivitás, a hőkapacitás, a térfogattágulási együtthatók és a kinematikai viszkozitás értékei jellemeznek.

A konvektív hőátadás geometriai feltételeit a test alakja, méretei, valamint a folyadék körül áramló felület jellege határozza meg.

Geometriai feltételek szerint megkülönböztetünk hőátadást a folyadék belső áramlása során a csövekben, csatornákban (belső feladat) és a felületek külső áramlással történő mosásakor (külső feladat). Külső áramlásnál az áramlás lehet a felület legnagyobb méretéhez képest hosszanti vagy keresztirányú (például ha az áramlás irányára merőlegesen elhelyezkedő csőköteg körül folyik).

A geometriai feltételek minden esetben jelentős hatást gyakorolnak az áramlási sebességek és hőmérsékletek eloszlására, a mozgásmódra, megváltoztatva a hőátadás intenzitását. Ezen tényezők figyelembe vételéhez meg kell határozni a test jellemző méretét és alakját.

A hőátbocsátási együtthatók értékeit a konvektív hőátadás különböző problémáiban kritériumegyenletek megoldásával határozzák meg, amelyek segítségével általánosítják a kísérleti vizsgálatok adatait, például a szabad konvekcióhoz egy alakú egyenletet használnak.

Ahol Nu l - Nusselt-kritérium; α -konvektív hőtényező-

Grashof; g- gravitációs gyorsulás, m/s 2 ; β - térfogati együttható

Reynolds; VAL VEL, n, m- kísérleti együtthatók, - folyadék sebessége, m/s.

AZ 1-BEN hőátadás típusai

A hőátadási elmélet a hőátadási folyamatok tudománya. A hőátadás összetett folyamat, amely számos egyszerű folyamatra osztható. Három alapvető hőátadási folyamat létezik, amelyek alapvetően különböznek egymástól: a hővezető képesség, a konvekció és a hősugárzás.

Hővezető– anyagrészecskék (molekulák, atomok, szabad elektronok) közvetlen érintkezése (ütközése) során következik be, energiacserével együtt. A gázok és folyadékok hővezető képessége elhanyagolható. A szilárd testekben a hővezetési folyamatok sokkal intenzívebbek. Az alacsony hővezető képességű testeket hőszigetelésnek nevezzük.

Konvekció- csak folyadékokban és gázokban fordul elő, és a folyadék vagy gáz részecskéinek mozgása és keveredése következtében fellépő hőátadás. A konvekciót mindig hővezető képesség kíséri.

Ha egy folyadék vagy gáz részecskéinek mozgását a sűrűségkülönbség okozza (a hőmérséklet-különbségek miatt), akkor az ilyen mozgást természetes konvekciónak nevezzük.

Ha egy folyadékot vagy gázt szivattyúval, ventilátorral, ejektorral vagy más eszközökkel mozgatnak, akkor ezt a mozgást kényszerkonvekciónak nevezik. A hőcsere ebben az esetben sokkal intenzívebben megy végbe, mint a természetes konvekciónál.

Hősugárzásösszetett molekuláris és atomi zavarok következtében fellépő elektromágneses hullámok által egyik testből a másikba történő hőátvitelből áll. Az elektromágneses hullámok a test felületéről minden irányban terjednek. Amikor más testekkel találkoznak útjuk során, a sugárzó energiát részben elnyelhetik, visszaváltva hővé (megnövelve a hőmérsékletüket).

B2 Fourier-törvény és hővezetési együttható

Fourier a szilárd anyagok hőterjedési folyamatainak tanulmányozása során kísérletileg megállapította, hogy az átadott hő mennyisége arányos a hőmérséklet eséssel, az idővel és a hőterjedés irányára merőleges keresztmetszettel.

Ha az átadott hőmennyiség metszetegységhez és időegységhez kapcsolódik, akkor ezt írhatjuk:

Az (1.6) egyenlet a hővezető képesség alaptörvényének matematikai kifejezése - Fourier törvénye. Ez a törvény alapozza meg a hővezető képességgel kapcsolatos minden elméleti és kísérleti vizsgálatot. A mínusz jel azt jelzi, hogy a hőáramlási vektor a hőmérsékleti gradienssel ellentétes irányba van irányítva.

Hővezetési tényező

Arányos szorzó  az (1.6) egyenletben a hővezetési együttható. A test fizikai tulajdonságait és hővezető képességét jellemzi:

(1.7)

Nagyságrend  azt a hőmennyiséget jelenti, amely egységnyi idő alatt áthalad egy egységnyi hőmérsékleti gradiensű izoterm felület egységnyi területén.

Különböző anyagok esetében a hővezetési együttható eltérő, és az anyag természetétől, szerkezetétől, páratartalmától, szennyeződések jelenlététől, hőmérséklettől és egyéb tényezőktől függ. A gyakorlati számításokban az építőanyagok hővezetési együtthatóját az SNiP II-3-79** „Épületi hőtechnika” szerint kell venni.

Például:

gázokhoz -  = 0,0050,5 [W/mС]

folyadékokhoz -  = 0,080,7 [W/mС]

építőanyagok és hőszigetelők -  = 0,023,0 [W/mС]

fémekhez -  = 20400 [W/mС]

B3 Hővezetőképesség

A hővezető képesség az a folyamat, amelynek során a test kaotikusan mozgó részecskéi (atomok, molekulák, elektronok stb.) a belső energiát átadják a test melegebb részeiről (vagy testeiről) kevésbé fűtött részekre (vagy testekre). Az ilyen hőcsere bármely nem egyenletes hőmérséklet-eloszlású testben előfordulhat, de a hőátadás mechanizmusa az anyag aggregációs állapotától függ.

A hővezető képesség a test hővezető képességének mennyiségi jellemzője is. A hőáramkörök és az elektromos áramkörök összehasonlításával ez a vezetőképesség analógja.

Egy anyag hővezető képességét jellemzik hővezetési tényező (fajlagos hővezetési tényező). Számszerűen ez a jellemző megegyezik az 1 m vastagságú, 1 m 2 területű anyagmintán időegységenként (másodpercenként) áthaladó hőmennyiséggel egységnyi hőmérsékleti gradiens mellett.

Történelmileg azt hitték, hogy a hőenergia átadása a kalória egyik testből a másikba való áramlásához kapcsolódik. A későbbi kísérletek, különösen az ágyúcsövek felmelegítése fúrás közben azonban megcáfolták a kalória, mint önálló anyagtípus létezését. Ennek megfelelően jelenleg úgy gondolják, hogy a hővezetőképesség jelensége az objektumok azon vágya, hogy a termodinamikai egyensúlyhoz közelebbi állapotot foglaljanak el, ami a hőmérsékletük kiegyenlítésében fejeződik ki.

A gyakorlatban figyelembe kell venni a molekulák konvekciója és a sugárzás behatolása miatti hővezetést is. Például a vákuum teljes nem hővezető képessége esetén a sugárzás miatt hőt lehet átadni (például - a Nap, infravörös sugárzás). A gáz vagy a folyadék pedig önállóan vagy mesterségesen cserélheti a fűtött vagy hűtött rétegeket (például hajszárító, fűtőventilátor). Kondenzált anyagban is lehetséges, hogy a fononok szubmikronos réseken keresztül „ugráljanak” egyik szilárd testről a másikra, ami elősegíti a hanghullámok és a hő terjedését, még akkor is, ha a rések tökéletes vákuum.

B4 Konvektív hőátadás Konvektív hőcsere csak mozgó közegben - cseppfolyós folyadékokban és gázokban - történhet meg. A mozgó közeget általában folyadéknak nevezik, függetlenül az anyag aggregációs állapotától.

Hőáramlás K A konvektív hőátadás során átadott W értéket a Newton-Richmann képlet határozza meg:

K =  F ( t és - t ) , (2.1)

Ahol:  - hőátbocsátási tényező, W/m 2 С;

F – hőcserélő felület, m2;

t és És t – a folyadék és a falfelület hőmérséklete, С.

Hőmérséklet különbség ( t és - t ) néha hívják hőmérséklet különbség.

A hőátbocsátási tényező azt a hőmennyiséget jellemzi, amely egységnyi felületen egységnyi idő alatt, 1C hőmérséklet-különbség mellett konvekcióval átadódik, és mérete [J/sm 2 C] vagy [W/m 2 C].

vagy kinematikus (  =  /  ), térfogat-tágulási együttható  ;

Folyadék sebességek w ;

Folyadék és falhőmérséklet t és És t ;

A mosott fal alakja és lineáris méretei ( F , l 1 A hőátbocsátási tényező értéke számos tényezőtől függ, nevezetesen:

A folyadék mozgásának jellege (módja) (lamináris vagy turbulens);

A mozgás jellege (természetes vagy kényszerített);

Mozgó közeg fizikai tulajdonságai - hővezetési együttható  , sűrűség  , hőkapacitás Val vel , dinamikus viszkozitási együttható (  ), l 2 ,...).

Így általános formában ezt írhatjuk:  = f (w,  ,Val vel,  ,  ,  , t és , t ,F ,l 1 ,l 2 ,...). (2.2)

Nusselt-kritérium. Beállítja a konvekciós hőátadás intenzitásának arányát (  ) és hővezető képesség (  ) a szilárd-folyadék határon: Nu =  l /  . (2.3)

Prandtl-kritérium. Jellemzi a folyadékokban a hőátadás mechanizmusait (a folyadék fizikai tulajdonságaitól függően): Pr =  / a =  c  /  . (2.4)

Nagyságrend a =  / c  nak, nek hívják termikus diffúziós együttható.

Reynolds-kritérium. Meghatározza a tehetetlenségi és viszkózus erők arányát egy folyadékban, és jellemzi a folyadék mozgásának hidrodinamikai rendszerét. R=V*l/meztelen Újra = wl /  .

Nál nél Újra <2300 режим движения ламинарный, при Újra >10 4 - turbulens, 2300-on<Újra <10 4 режим движения переходной от ламинарного к турбулентному.

Grashof-kritérium. A folyadéksűrűség és a viszkózus erők különbségéből adódó emelőerők arányát jellemzi. A sűrűségkülönbség a folyadék térfogatának hőmérséklet-különbségéből adódik: Gr = gl 3  t  /  2 .

Az összes fent megadott egyenletben a mennyiség l – jellemző méret, m.

A hasonlósági számokra vonatkozó egyenleteket kritériumegyenleteknek nevezzük, és általában a következőképpen írjuk le: Nu = f ( Újra , Gr , Pr ) . (2.7)

A kényszerített folyadékmozgással járó konvektív hőátadás kritériumegyenlete a következő: Nu = cRe m Gr n Pr p . (2.8)

És a közeg szabad mozgásával: Nu = dGr k Pr r . (2.9)

Ezekben az egyenletekben az arányossági együtthatók c És d , valamint a hasonlósági kritériumok kitevőit m , n , p , k És r kísérleti úton állapítják meg.

B5 hőátadás sugárzással

A sugárzó energia hordozói különböző hullámhosszú elektromágneses rezgések. Minden test, amelynek hőmérséklete eltér az abszolút nullától, képes elektromágneses hullámok kibocsátására. A sugárzás az atomon belüli folyamatok eredménye. Amikor a sugárzási energia más testeket ér, részben elnyelődik, részben visszaverődik, és részben áthalad a testen. A testre eső energiamennyiségből a felvett, visszavert és továbbított energia részesedését ennek megfelelően jelöljük A , R És D .

Ez nyilvánvaló A +R +D =1.

Ha R =D =0, akkor egy ilyen testet nevezünk teljesen fekete.

Ha a test tükrözőképessége R =1 és a visszaverődés engedelmeskedik a geometriai optika törvényeinek (azaz a sugár beesési szöge egyenlő a visszaverődés szögével), akkor az ilyen testeket ún. tükrözött. Ha a visszavert energia minden lehetséges irányba szétszóródik, akkor az ilyen testeket nevezzük teljesen fehér.

Testek, amelyek számára D =1 hívják teljesen átlátszó(diatermikus).

A hősugárzás törvényei

Planck törvénye megállapítja egy abszolút fekete test monokromatikus sugárzás felületi fluxussűrűségének függőségét E 0  hullámhossztól  és abszolút hőmérséklet T .

Stefan-Boltzmann törvény. Kísérletileg (I. Stefan 1879-ben) és elméletileg (L. Boltzmann 1881-ben) megállapították, hogy egy abszolút fekete test belső integrál sugárzásának fluxussűrűsége E 0 egyenesen arányos az abszolút hőmérséklettel a negyedik hatványig, azaz:

Ahol  0 – Stefan-Boltzmann állandó: 5,6710 -8 W/m 2 K 4;

VAL VEL 0 – egy teljesen fekete test emissziós tényezője 5,67 W/m 2 K 4.

A „0” index az összes fenti egyenletben azt jelenti, hogy egy teljesen fekete testről van szó. A valódi testek mindig szürkék. Hozzáállás  =S/S 0 A test feketeségének mértéke 0 és 1 között változik.

Szürke testekre alkalmazva a Stefan-Boltzmann törvény a következőképpen alakul: (2.11)

Feketeségi érték  főként a test természetétől, hőmérsékletétől és felületének állapotától (sima vagy érdes) függ.

Lambert törvénye. Az egységnyi felületre jutó maximális sugárzás a hozzá való normál irányában történik. Ha K n a felszínre normálisan kibocsátott energia mennyisége, és K  - a szöget alkotó irányban  a normálissal tehát, Lambert törvénye szerint: K  = K n  kötözősaláta  . (2.12)

Kirchhoff törvénye. A test emissziós aránya E abszorpciós képességéhez A minden testre azonos és egyenlő egy abszolút fekete test emissziós tényezőjével E 0 ugyanazon a hőmérsékleten: E/A=E 0 = f ( T ) .

B6 Komplex hőcsere és hőátadás

A szóban forgó elemi hőcsere típusok (hővezetés, konvekció és sugárzás) a gyakorlatban általában egyidejűleg fordulnak elő. A konvekciót például mindig hővezetéssel kíséri a sugárzás gyakran konvekcióval. A különböző típusú hőátadások kombinációja nagyon sokrétű lehet, és szerepük a teljes folyamatban eltérő. Ez az ún komplex hőcsere.

A komplex hőátadás termotechnikai számításaiban gyakran használják az általános (teljes) hőátbocsátási tényezőt  0 , amely a hőátadási együtthatók összege érintkezéssel, figyelembe véve a konvekció hatását, a hővezető képességet  Nak nek , és a sugárzás  l , azaz  0 = Nak nek + l .

Ebben az esetben a hőáram meghatározására szolgáló számítási képlet a következő:

K =(  Nak nek + l )( t és - t Val vel )=  0 ( t és - t Val vel ) . (2.14)

De ha a falat egy cseppfolyós folyadék, például víz mossa, akkor

 l =0 és  0 = Nak nek . (2.15)

Hőátadás

A hőtechnikában az egyik folyadékból (vagy gázból) a másikba áramló hő gyakran falon keresztül jut el. Az ilyen teljes hőcsere folyamatot, amelyben az érintkezéssel történő hőátadás szükséges összetevő, nevezzük hőátadás.

Ilyen összetett hőcsere lehet például: hőcsere a fűtőberendezésben lévő víz (vagy gőz) és a helyiség levegője között; beltéri és kültéri levegő között.

B7 egy- és többrétegű szerkezetek hőállósága

Tekintsük ezt a fajta komplex hőátadást

Hőátadás egy lapos egyrétegű falon keresztül.

Tekintsük a hőátadást egy sík egyrétegű falon keresztül. Tegyük fel, hogy a hőáram balról jobbra irányul, a fűtött közeg hőmérséklete t g1 , hideg környezeti hőmérséklet t zh2 . A falfelületek hőmérséklete ismeretlen: jelöljük őket t c1 És t s2 (2.1. ábra).

A szóban forgó példában a hőátadás egy összetett hőcsere folyamata, amely három szakaszból áll: hőátadás fűtött közegből (folyadék vagy gáz) a fal bal oldalára, hővezetés a falon keresztül és hőátadás jobb oldalról. a fal felületét a hideg közeghez (folyadék vagy gáz). Feltételezzük, hogy a hőáramok felületi sűrűsége a három jelzett szakaszban azonos, ha a fal sík és a hőátadási mód álló.

Nagyságrend k hívott hőátbocsátási tényezőés az 1 m 2 felületen keresztül egy melegebb közegből egy kevésbé fűtött közegbe áthaladó hőáram teljesítményét 1 K közeg közötti hőmérsékletkülönbséggel. A hőátbocsátási tényező reciprokát ún hőállóság a hőátadással szembenés ki van jelölve R , m 2 K/W:

Ez a képlet azt mutatja, hogy a teljes hőellenállás egyenlő a részleges ellenállások összegével.

B8 Ogre szerkezetek hőtechnikai számítása

A számítás célja: olyan kültéri kerítésszerkezetek kiválasztása, amelyek megfelelnek az épületek SSN hővédelmének 2003.02.23.

Határozza meg a hőszigetelés vastagságát

A hőátadási ellenállásra vonatkozó követelmények az egészségügyi feltételek alapján

Ahol n - táblázat szerinti, a körülvevő szerkezetek külső felületének külső levegőhöz viszonyított helyzetétől függően vett együttható. 3*, lásd még a kézikönyv 4. táblázatát;

t V - a belső levegő tervezési hőmérséklete, o C, a GOST 12.1.005-88 és a vonatkozó épületek és építmények tervezési szabványai szerint elfogadott (lásd még a 2. függeléket);

t n - számított téli külső levegő hőmérséklet, o C, megegyezik a leghidegebb ötnapos időszak átlaghőmérsékletével, 0,92 valószínűséggel az SNiP 23-01-99 szerint (lásd az 1. függeléket);

Δ t n - a belső levegő hőmérséklete és a burkolószerkezet belső felületének hőmérséklete közötti standard hőmérsékletkülönbség, o C, táblázat szerint felvetve. 2*, lásd még a táblázatot. 3.

α V - a zárt szerkezetek belső felületének hőátbocsátási tényezője a táblázat szerint. 4*, lásd még a táblázatot. 5.

A feltételektől energiatakarékosR O tr táblázat szerint minden más épülettípusra elfogadott. 2 attól függően fokos napok fűtési időszak (GSOP) képlet határozza meg

GSOP = (t V - t from.per.) z from.per., (5a)

Ahol t V- ugyanaz, mint az (5) képletben;

t from.per.- a fűtési időszak átlaghőmérséklete, o C, 8 o C vagy annál kisebb átlagos napi levegőhőmérséklet esetén az SNiP 23-01-99 szerint (lásd még az 1. mellékletet);

z from.per.- a fűtési időszak időtartama, napjai alatti napi átlaghőmérséklet mellett Egyrétegű burkolószerkezet teljes (csökkentett) hőellenállásaR o , m 2 o C/W, egyenlő az összes egyedi ellenállás összegével, azaz.

Ahol α V- a befoglaló szerkezetek belső felületének hőátbocsátási tényezője, W/(m 2 o C), a táblázatból meghatározva. 4*, lásd még a táblázatot. jelen kézikönyv 5. pontja;

α n - a befoglaló szerkezetek külső felületének hőátbocsátási tényezője, W/(m 2 o C), a táblázatból meghatározva. 6*, lásd még a táblázatot. 6.

R Nak nek- egyrétegű szerkezet hőállósága, amelyet a (2) képlet határoz meg.

Hőálló (hőátadási ellenállás) R , m 2 o C /W , - a kerítés legfontosabb hőtechnikai tulajdonsága. Jellemzője a kerítés belső és külső felülete közötti hőmérséklet-különbség, amelyből 1 m2-en 1 watt hőenergia halad át (1 kilokalória óránként).

Ahol δ - a kerítés vastagsága, m;

λ - hővezetési együttható, W/m o C.

Minél nagyobb a burkolat hőállósága, annál jobbak a hővédő tulajdonságai. A (2) képletből világos, hogy a hőellenállás növelése érdekében R vagy növelni kell a kerítés vastagságát δ , vagy csökkentse a hővezetési együtthatót λ , azaz használjon hatékonyabb anyagokat. Ez utóbbi gazdasági okokból előnyösebb.

B9 A mikroklíma fogalma. Emberek hőátadása és kényelmi feltételek szükségesek

Alatt a helyiség mikroklímája A termikus, levegő és páratartalom összefüggéseinek összessége értendő. A mikroklíma fő követelménye a helyiségben tartózkodó emberek számára kedvező feltételek fenntartása. Az emberi szervezetben lezajló anyagcsere-folyamatok eredményeként energia szabadul fel hő formájában. Ezt a hőt (az állandó emberi testhőmérséklet fenntartása érdekében) át kell adni a környezetnek. Normál körülmények között a keletkező hő több mint 90%-a kerül a környezetbe (50%-a sugárzás, 25%-a konvekció, 25%-a párolgás), és a hőnek kevesebb, mint 10%-a megy el az anyagcsere következtében.

Az emberi hőátadás intenzitása a helyiség mikroklímájától függ, amelyet a következők jellemeznek:

Beltéri levegő hőmérséklete t V ;

A helyiség sugárzási hőmérséklete (a körülvevő felületek átlagos hőmérséklete) t R ;

A levegő mozgási sebessége (mobilitása). v ;

Relatív páratartalom  V .

Ezeknek a mikroklíma-paramétereknek a kombinációit, amelyeknél az emberi szervezetben a termikus egyensúly megmarad, és nincs feszültség a hőszabályozó rendszerében, az ún.kényelmes vagyoptimális .

A legfontosabb, hogy a helyiségben mindenekelőtt kedvező hőmérsékleti viszonyokat tartsunk fenn, mivel a mobilitás és a relatív páratartalom általában jelentéktelen ingadozásokkal jár.

Az optimálisak mellett megkülönböztetik elfogadható olyan mikroklíma-paraméterek kombinációi, amelyekben egy személy enyhe kényelmetlenséget érezhet.

A helyiségnek azt a részét, amelyben az ember munkaidejének nagy részét tölti, ún szolgált vagy munkaterület. A helyiségben uralkodó hőviszonyok főként az i.e. hőmérsékleti környezetére, amelyet általában jellemeznek kényelmi körülmények.

A kényelem első feltétele– a kombinációk ilyen területét határozza meg t V És t R , amelyben a munkaterület közepén tartózkodó személy nem tapasztal sem túlmelegedést, sem hipotermiát. Az ember nyugodt állapotáért t V =21…23, könnyű munkával – 19..21, nehéz munkával – 14…16С.

Az év hideg időszakára az első állapotot a következő képlet jellemzi:

t R =1,57 t P -0,57 t V  1,5 Ahol: t P =( t V + t R )/ 2.

A kényelem második feltétele– meghatározza a fűtött és hűtött felületek megengedett hőmérsékletét, ha valaki közel van hozzájuk.

Az elfogadhatatlan sugárzási túlmelegedés vagy az ember fejének hipotermiájának elkerülése érdekében a mennyezet és a falak felülete elfogadható hőmérsékletre melegíthető:

Vagy hőmérsékletre hűtve:, (3.3)

Ahol:  - besugárzási együttható az ember fején lévő elemi terület felületétől a fűtött vagy hűtött felület felé.

A hideg padló felületi hőmérséklete télen csak 2-2,5°C-kal lehet alacsonyabb a szoba levegőjének hőmérsékleténél az ember lábának túlmelegedésre való érzékenysége miatt, de legfeljebb 22-34°C lehet, a céltól függően. a helyiségeket.

A helyiségek mikroklímájára vonatkozó alapvető szabályozási követelményeket a szabályozó dokumentumok tartalmazzák: SNiP 2.04.05-91 (módosításokkal és kiegészítésekkel), GOST 12.1.005-88.

A helyiségben a becsült meteorológiai viszonyok meghatározásakor figyelembe veszik az emberi szervezet akklimatizációs képességét az év különböző időszakaiban, az elvégzett munka intenzitását és a helyiségben a hőtermelés jellegét. A tervezési levegő paraméterek az év időszakától függően szabványosítva vannak. Az évnek három időszaka van:

Hideg (átlagos napi külső levegő hőmérséklet t n <+8С);

Átmeneti (-"- t n =8С);

meleg (-"- t n >8С);

Optimális és megengedett meteorológiai viszonyok (beltéri levegő hőmérséklete t V ) a lakó-, köz- és igazgatási helyiségek szolgáltatási területén a 3.1.

3.1. táblázat

A munkaterületen a megengedett legnagyobb levegőhőmérséklet 28°C (ha a külső levegő becsült hőmérséklete meghaladja a 25°C-ot, legfeljebb 33°C megengedett).

A levegő relatív páratartalmának optimális értéke 40-60%.

Az optimális légsebesség a helyiségben hideg időszakban 0,2-0,3 m/s, meleg időszakban - 0,2-0,5 m/s.

B10 Épületgépészeti berendezésrendszerek mikroklíma kialakítására és fenntartására

A szükséges beltéri mikroklímát a következő épületgépészeti berendezésrendszerek teremtik meg: fűtés, szellőztetés és légkondicionálás.

Fűtési rendszerek a hideg évszakban a helyiségekben a szükséges levegő hőmérséklet megteremtésére és fenntartására szolgál, amelyet a vonatkozó szabványok szabályoznak. Azok. biztosítják a helyiségek szükséges hőfeltételeit.

A helyiségek termikus rezsimjéhez szorosan kapcsolódik a légkör, amely alatt a helyiségek és a kültéri levegő közötti levegőcsere folyamatát értjük.

Szellőztető rendszerekÚgy tervezték, hogy eltávolítsák a szennyezett levegőt a helyiségekből, és tiszta levegővel látják el azokat. Ebben az esetben a számított belső levegő hőmérséklet nem változhat. A szellőzőrendszerek a befújt levegő fűtésére, párásítására és szárítására szolgáló berendezésekből állnak.

Légkondicionáló rendszerek fejlettebb eszközök a jobb mikroklíma megteremtésére és biztosítására a helyiségben, pl. meghatározott levegőparaméterek: hőmérséklet, páratartalom és tisztaság a helyiségben megengedett légmozgási sebesség mellett, függetlenül a külső meteorológiai viszonyoktól és a helyiségben az időben változó káros kibocsátásoktól. A légkondicionáló rendszerek a levegő hő- és párakezelésére, portól, biológiai szennyeződésektől és szagoktól való tisztítására, a helyiség levegőjének mozgatására és elosztására, valamint a berendezések és berendezések automatikus vezérlésére szolgáló eszközökből állnak.

11-REalapképlet a tervezési korlátok miatti hőveszteség kiszámításához

Q t = F/R* (tв - tн)* (1+b)* n, Ahol

A Qt a helyiség belső levegőjéből átadott hőenergia mennyisége

külső levegő, W

F - a körülzáró szerkezet területe, m kV

R - a burkolószerkezet teljes hőátadási ellenállása, m 2 C/W

tв - tн - belső és külső levegő tervezési hőmérséklete, C o

b - az SNiP 2.04.05-91* 9. függeléke szerint meghatározott további hőveszteségek

n - együttható a külső felületnek a külső levegőhöz viszonyított helyzetétől függően

12-KORA burkolószerkezetek felületének mérése az alábbiak szerint történik:

Az első emelet falainak magassága egy padló jelenlétében:

a földön - Az első és a második emelet padlószintjei között

gerendákon - Az első emelet felső emeleti előkészítési szintjétől a második emelet padlószintjéig

fűtetlen pince jelenlétében - Az első emelet födémszerkezetének alsó felületétől a második emelet padlószintjéig

A közbenső padló falainak magassága:

ennek és a fenti emeletek padlószintjei között

Felső emeleti falmagasság:

a padlószinttől a tetőtér szigetelőrétegének tetejéig

A külső falak hossza az épület külső kerülete mentén:

sarokszobákban - a falak külső felületeinek metszésvonalától a belső falak tengelyeiig

nem sarokhelyiségekben - a belső falak tengelyei között

A mennyezetek és padlók hossza és szélessége pincék és mászóterek felett:

a belső falak tengelyei között és a külső fal belső felületétől a belső fal tengelyéig a nem sarok- és sarokhelyiségekben

Ablakok, ajtók szélessége és magassága:

a legkisebb méretekkel a fényben

B13 A külső és belső levegő becsült hőmérséklete

A számított külső levegő hőmérséklethez t n, °C, nem a leghidegebb ötnapos időszak legalacsonyabb átlaghőmérsékletét feltételezzük t 5 , °C, értéke pedig 0,92 valószínűséggel.

Ennek az értéknek az eléréséhez a vizsgált időszak minden évében a leghidegebb ötnapos időszakot kell kiválasztani. P, év (in SNiP 23-01-99* 1925 és 1980 közötti időszak). A leghidegebb ötnapos időszak kiemelt hőmérsékleti értékei t Az 5-öt csökkenő sorrendbe soroljuk. Minden értékhez egy szám tartozik T. Biztonság NAK NEKáltalános esetben a képlet alapján számítjuk ki

Az év időszaka	Egy szoba neve	Levegő hőmérséklet, С		A kapott hőmérséklet, С		Relatív páratartalom, %		Légsebesség, m/s
		optimális	elfogadható	optimális	elfogadható	optimális	elfogadható, nem több		optimális, nem több	elfogadható, nem több
Hideg	Nappali
	Ugyanez azokon a területeken, ahol a leghidegebb ötnapi hőmérséklet (0,92 valószínűség) mínusz 31°C
	Fürdőszoba, kombinált WC
	Rekreációs és tanulási lehetőségek
	Lakásközi folyosó
	Előcsarnok, lépcsőház
	Raktárak
	Nappali

B14 Hőveszteség beszivárgó levegővel. További hőveszteség. Specifikus termikus jellemzők. n – az SNiP II-3-79** szerint meghatározott együttható a körülvevő szerkezet külső felületének a külső levegőhöz viszonyított helyzetétől függően;

 – további hőveszteségek a fő veszteségek töredékében, figyelembe véve:

a) külső függőleges és ferde kerítésekre, amelyek olyan irányokba irányulnak, ahonnan januárban a szél 4,5 m/s-ot meghaladó sebességgel fúj, legalább 15%-os ismételhetőség mellett (SNiP 2.01.01.-82 szerint) 0,05 5 m/s-ig terjedő szélsebességnél és 0,10 5 m/s vagy nagyobb szélsebességnél; szabványos kialakításnál további veszteségeket kell figyelembe venni 0,10 összegben az első és második emeleten és 0,05 a harmadik emeleten;

b) többszintes épületek külső függőleges és ferde kerítéseire 0,20 összegben az első és a második emeletre; 0,15 – a harmadiknak; 0,10 – 16 vagy több emeletes épületek negyedik emeletére; 10-15 emeletes épületeknél további veszteségeket kell figyelembe venni 0,10 összegben az első és második emeleten és 0,05 a harmadik emeleten.

Hőveszteség a beszivárgott levegő felmelegítéséhez

Hőveszteség a beszivárgó levegő felmelegítéséhez K V , kW, minden olyan fűtött helyiségre számítanak, amelynek a külső falaiban egy vagy több ablak vagy erkélyajtó van, annak alapján, hogy a külső levegő fűtését fűtőberendezésekkel kell biztosítani óránkénti egyszeri légcsere mennyiségében, a képlet

K V =0,28 L inf*r*s( t V - t n )

Az épület fajlagos hőtani jellemzője az épület fűtéséhez szükséges maximális hőáram, a belső és külső környezet közötti hőmérsékletkülönbség 1 Celsius fok, 1 köbméterenként. m az épület fűtött térfogata. A tényleges fajlagos termikus jellemzőket vizsgálati eredmények vagy a tényleges hőenergia-fogyasztás mérési eredményei stb. határozzák meg. A tényleges fajlagos termikus jellemző az épület ismert hőveszteségeivel egyenlő: q = (Qin / (Vout (tv - tn.p)), ahol Qin az épület összes helyiségének számított hővesztesége, W; Vout a fűtött épület térfogata a külső mérés szerint, tв - beltéri levegő hőmérséklet, C;

B15 Emberek káros kibocsátása a napsugárzásból és más mindennapi forrásokból

A hőtermelés meghatározása. A hőkibocsátás fő típusai közé tartozik a mechanikai energia hőenergiává történő átalakulása következtében az emberektől származó hő, a fűtött berendezésekből, a termelési területre bevitt hűtőanyagokból és egyéb tárgyakból, a fényforrásokból, az égéstermékekből, napsugárzás stb.

Az emberek hőtermelése függ az általuk felhasznált energiától és a helyiség levegőjének hőmérsékletétől. A férfiakra vonatkozó adatokat a táblázat tartalmazza. 2.3. A nők hőteljesítménye 85%, a gyerekeké átlagosan 75% a férfiak hőteljesítményének.

A fűtési rendszerek B16 osztályozása. Hűtőfolyadékok

Fűtési rendszer A (CO) olyan elemek komplexuma, amelyek a szükséges hőmennyiség befogadására, átvitelére és fűtött helyiségekbe történő továbbítására szolgálnak. Mindegyik CO három fő elemet tartalmaz (6.1. ábra): hőtermelő 1, hő fogadására és a hűtőfolyadéknak való továbbítására szolgál; hőcsőrendszer 2 hűtőfolyadék szállítására rajtuk keresztül a hőfejlesztőből a fűtőberendezésekbe; fűtőberendezések 3, hőátadás a hűtőfolyadékból a helyiség levegőjébe és burkolataiba 4.

A CO hőtermelőjeként szolgálhat egy fűtőkazán egység, amelyben tüzelőanyagot égetnek el, és a felszabaduló hőt egy hűtőfolyadéknak adják át, vagy bármely más hőcserélő berendezés, amely a CO-tól eltérő hűtőközeget használ.

A CO-ra vonatkozó követelmények:

- egészségügyi és higiéniai– a helyiség levegőhőmérsékletének és a külső kerítések felületeinek a vonatkozó szabványok által előírt biztosítása;

- gazdasági– minimális építési és üzemeltetési költségcsökkentés, minimális fémfelhasználás biztosítása;

- Építkezés– az épület építészeti, tervezési és utasítási döntéseinek való megfelelés biztosítása;

- összeszerelés– ipari módszerekkel történő beépítés biztosítása szabványos, gyárilag gyártott egységek maximális kihasználásával, minimális számú szabványos mérettel;

- működőképes– a karbantartás, kezelés és javítás egyszerűsége és egyszerűsége, megbízhatóság, biztonság és csendes működés;

- esztétika– jó kompatibilitás a helyiség belső építészeti dekorációjával, minimális területet foglal el a CO.

Hőátadás a hő átadása egyik testről a másikra vagy testrészről a másikra, amelyet hőmérséklet-különbség okoz. A hőátadási folyamat összetett folyamat, konvektív és molekuláris diffúzióhoz kapcsolódik, és az aerodinamika, a gázdinamika, a termodinamika, az energia hő formájában történő átadása, a sugárzási energia átadása és hővé alakulása és fordítva. .

A hőcserét a hőmérséklet-kiegyenlítés jellemzi, és háromféleképpen hajtják végre: hővezető képesség, konvekció és sugárzás.

Hővezető– a hőátadás molekuláris diffúzióval, azaz. A hőenergia átvitele a nagyobb energiájú részecskékről az alacsonyabb energiájú részecskékre történik. A hővezető képesség csak szilárd anyagokban és álló folyadék- vagy gázrétegekben figyelhető meg.

Konvekció– a hő átadása folyadék- vagy gázáramlással a tér egyik régiójából a másikba. A konvekció lehet szabad vagy kényszerített.

Ingyenes egyezmény a fűtött és a hideg közeg sűrűségkülönbsége miatt keletkezik. Nál nél kényszeregyezmény mozgó áramlások kényszerből jönnek létre - kompresszor, ventilátor stb.

A konvekciót a határrétegekben a hővezető képességgel történő hőátadás kíséri. A konvekció és a hővezetés kombinált folyamatát ún konvektív hőátadás.

Sugárzás– a hőenergia átvitele elektromágneses rezgésekkel. A sugárzás általi hőátadás folyamata 3 szakaszra osztható:

1. A rendszer belső energiájának átalakítása elektromágneses hullámok energiájává;

2. E hullámok terjedése a forrást és a vevőt elválasztó közegben.

3. A vevő válasza a sugárzásra.

Valós körülmények között a fenti hőátadási módok egyidejűleg fordulnak elő: ezt a fizikai jelenséget ún komplex hőcsere. Törvényei az egyszerű hőátadási típusok törvényei alapján állapíthatók meg.

Hőáramlás az időegység alatt egy tetszőleges felületen áthaladó hőenergia mennyisége:

Fajlagos hőáram az 1-en keresztül átvitt hőenergia mennyisége m 2 felület egységnyi idő alatt:

Ahol F- felszíni terület, m 2;F- hőáramlás, W

. 2.2 Hővezetőképesség

Ha olyan vastagságú réteget választunk ki a testben dx, majd a peronon keresztül dF, a hőáramlás irányára merőlegesen, idővel egyenlő hőmennyiség fog áthaladni

ahol a hővezetési együttható, W/m K;

– hőmérséklet különbség a rétegben, K;

– rétegvastagság, m;

– idő, s;

dF- Terület, m2 .

A differenciálfüggést (2.3) alaphőegyenletnek vagy Fourier-egyenletnek nevezzük.

Rizs. 2.1 Sémája a hőátadás egy lapos homogén

Az érték a réteg hőmérséklet-változását mutatja, és meghívásra kerül hőmérséklet gradiens. A hő terjedése a testben csak a hőmérséklet csökkenésének irányában megy végbe, ezért az érték negatív, amint azt a mínusz előjel jelzi a Fourier-egyenletben.

Hőátadás a test belső energiájának megváltoztatásának módja, amikor az energiát egyik testrészről a másikra vagy egyik testről a másikra viszi át munka nélkül. Vannak a következők hőátadás típusai: hővezető képesség, konvekció és sugárzás.

Hővezető

Hővezető A részecskék hőmozgása következtében az energia egyik testről a másikra vagy testrészről a másikra történő átvitelének folyamata. Fontos, hogy a hővezetés során ne kerüljön anyagmozgás az egyik testből a másikba vagy a test egyik részéből a másikba.

A különböző anyagok eltérő hővezető képességgel rendelkeznek. Ha egy vízzel töltött kémcső aljára teszel egy darab jeget, és a felső végét alkohollámpa lángja fölé helyezed, akkor egy idő után a kémcső felső részében lévő víz felforr, de a jég nem fog elolvadni. Következésképpen a víznek, mint minden folyadéknak, gyenge a hővezető képessége.

A gázok hővezető képessége még rosszabb. Vegyünk egy kémcsövet, amely nem tartalmaz mást, mint levegőt, és helyezzük alkohollámpa lángja fölé. A kémcsőbe helyezett ujj nem érez hőt. Következésképpen a levegő és más gázok hővezető képessége gyenge.

A fémek jó hővezetők, míg a nagyon ritka gázok a legrosszabb. Ezt felépítésük sajátosságai magyarázzák. A gázmolekulák egymástól nagyobb távolságra helyezkednek el, mint a szilárd anyagok molekulái, és sokkal ritkábban ütköznek. Ezért a gázokban az egyik molekulából a másikba történő energiaátvitel nem megy végbe olyan intenzíven, mint a szilárd anyagokban. A folyadékok hővezető képessége a gázok és a szilárd anyagok hővezető képessége között köztes.

Konvekció

Mint ismeretes, a gázok és a folyadékok rosszul vezetik a hőt. Ugyanakkor a levegőt gőzfűtő akkumulátorok melegítik fel. Ez a konvekciónak nevezett hővezető képességnek köszönhető.

Ha papírból készült forgókereket helyezünk egy hőforrás fölé, a forgókerék forogni kezd. Ez azért van így, mert a felmelegedett, kevésbé sűrű légrétegek a felhajtóerő hatására felfelé emelkednek, a hidegebbek pedig lefelé mozdulnak el és foglalják el a helyüket, ami a forgótányér elfordulásához vezet.

Konvekció- a hőátadás olyan fajtája, amelyben az energia folyadék- vagy gázrétegeken keresztül történik. A konvekció az anyagátvitelhez kapcsolódik, így csak folyadékokban és gázokban fordulhat elő; Szilárd testekben nem fordul elő konvekció.

Sugárzás

A harmadik típusú hőátadás az sugárzás. Ha a kezét a hálózatra csatlakoztatott villanytűzhely tekercséhez, égő izzóhoz, felmelegített vasalóhoz, fűtőtesthez stb. viszi, jól érezheti a meleget.

A kísérletek azt is mutatják, hogy a fekete testek jól abszorbeálják és bocsátanak ki energiát, míg a fehér vagy fényes testek rosszul bocsátják ki és abszorbeálják azt. Jól tükrözik az energiát. Ezért érthető, hogy az emberek miért hordnak nyáron világos színű ruhákat, és miért festik előszeretettel fehérre a házakat délen.

Sugárzás útján az energia a Napról a Földre kerül. Mivel a Nap és a Föld közötti tér vákuum (a Föld légkörének magassága sokkal kisebb, mint a Nap távolsága), az energia sem konvekcióval, sem hővezetéssel nem továbbítható. Így a sugárzással történő energiaátvitelhez nem szükséges semmilyen közeg jelenléte, ez a hőátadás vákuumban is végrehajtható.