Способы тепло- и массопереноса: теплопроводность, конвекция, излучение, диффузия

Процессы теплопереноса - процессы переноса тепла, текущий в направление уменьшения температуры (из области с большей температурой в область с меньшей).

Процессы массопереноса – процесс, возникающий при наличии в среде неоднородного поля концентраций некоторого i-го компонента смеси, который сопровождается переносом массы в направлении уменьшения концентрации смеси.

Теплопроводность - один из видов переноса теплоты (энергии теплового движения микрочастиц) от более нагретых частей тела к менее нагретым, приводящий к выравниванию температуры. При этом перенос энергии в теле осуществляется в результате непосредственной передачи энергии от частиц (молекул, атомов, электронов), обладающих большей энергией, частицам с меньшей энергией

Конве́кция (перенесение) — явление переноса теплоты в жидкостях или газах, или сыпучих средах потоками вещества.

· Естественная конвекция: возникает в веществе самопроизвольно при его неравномерном нагревании в поле тяготения. При такой конвекции нижние слои вещества нагреваются, становятся легче и всплывают, а верхние слои, наоборот, остывают, становятся тяжелее и опускаются вниз, после чего процесс повторяется снова и снова.

· Вынужденная (принудительная) конвекция: перемещение вещества обусловлено действием каких-то внешних сил (насос, лопасти вентилятора и т. п.). Применима, когда естественная конвекция является недостаточно эффективной.

Излучение - процесс переноса теплоты, который осуществляется в результате испускания, распространения и поглощения электромагнитных волн в определенном диапазоне частот.

Диффузия (распространение, растекание, рассеивание)- движение частиц среды, приводящее к переносу вещества и выравниванию концентраций или установлению их равновесного распределения.

Обычно диффузия определяется тепловым движением частиц. Процесс диффузии может происходить под воздействием разности температур (термодиффузия), электрического поля (электродиффузия), в турбулентном потоке (турбулентная диффузия, осущ. за счет поперечного перемещения турбулентных молей веществ) и т.д.

Молекулярнокинетическая теория явлений тепло- и массопереноса очень сложна, 


она разработана недостаточно, и поэтому современная теория тепло-


и массообмена в основном является феноменологической теорией, базирующейся на гидродинамике и термодинамике сплошных сред.

В последнее время благодаря работам нидерландских и бельгийских:


физиков, главным образом де-Грота, создан новый мощный метод феноменологического исследования явлений переноса, называемый «термодинамикой необратимых процессов, или термодинамикой неравновесных состояний. Этот метод позволяет изучать перенос тепла и массы-


вещества в их неразрывной связи, он охватывает гидродинамику вязких


жидкостей, теплопроводность, диффузию и внутреннее трение. В результате вместо отдельных дифференциальных уравнений движения- (Навье—Стокса), переноса тепла (Фурье — Кирхгофа), диффузии (Фика) получаем систему дифференциальных взаимосвязанных уравнений переноса массы и энергии.

Определение основных понятий: температурное поле, градиент температуры, тепловой поток, плотность теплового потока.

Температурное поле (ТП) - совокупность значений температур во всех точках рассматриваемого пространства в данный момент времени. Математически ТП может быть описано уравнением зависимости температур от 3 пространственных координат и от времени (нестационарное трёхмерное ТП). Для установившихся (стационарных) режимов ТП от времени не зависит. Во многих случаях может рассматриваться зависимость ТП от двух, а иногда от одной координаты. Графически его изображают посредством изотермических поверхностей, соединяющих все точки поля с одинаковой температурой, а для двухмерного поля — посредством семейства изотерм. Расстояние между изотермами обратно пропорционально градиенту температуры; при этом скалярному ТП соответствует векторное поле градиентов температуры.

Градиент температуры - величина изменения температуры на единицу длины в направлении распространения теплоты, т. е. по направлению нормали к изотермической поверхности. Выражают в Кельвинах на метр (К/м) или в градусах Цельсия на метр (°С/м).

Тепловой поток - количество теплоты, переданное через изотермическую поверхность в единицу времени. Размерность ТП совпадает с размерностью мощности. ТП измеряется в ваттах или ккал/ч (1 вт = 0,86 ккал/ч).

ТП отнесённый к единице изотермической поверхности, называется плотностью теплового потока, удельным ТП или тепловой нагрузкой; обозначается обычно q, измеряется в вт/м2 или ккал/(м2×ч).

Вектор плотности теплового потока — вектор, любая компонента которого численно равна количеству теплоты, передаваемой в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной к направлению взятой компоненты.

Дата добавления: 2015-03-29