Теплопередача что это: Теплопередача — это… Что такое Теплопередача?
Теплопередача — это важный физический процесс. Он предполагает перенос теплоты и является сложным процессом, который состоит из совокупности простых превращений.
Существуют определенные виды теплопередачи: конвекция, теплопроводность, тепловое излучение.
Особенности процесса
Теория теплообмена является наукой об особенностях передачи теплоты. Теплопередача — это перенос энергии в газообразных, жидких, твердых средах.
Теория о теплоте появилась в середине XVIII века. Ее автором стал М. В. Ломоносов, который сформулировал механическую теорию теплоты, воспользовавшись законом сохранения и превращения энергии.
Варианты теплообмена
Теплопередача — это составная часть теплотехники. Разные тела могут обмениваться своей внутренней энергией в форме теплоты. Вариант теплообмена является самопроизвольным процессом передачи теплоты в свободном пространстве, который наблюдается при неравномерном распределении температур.
Разность в значениях температур является обязательным условием проведения теплообмена. Распространение тепла происходит от тел, имеющих более высокую температуру, к телам, обладающим меньшим ее показателем.
Результаты исследований
Теплопередача — это процесс переноса тепла и внутри твердого тела, но при условии, что есть разность температур.
Многочисленные исследования свидетельствуют о том, что теплопередача ограждающих конструкций является сложным процессом. Для того чтобы упростить изучение сути явлений, связанных с передачей тепла, выделяют элементарные операции: кондукцию, излучение, конвекцию.
Теплопроводность: общая информация
Чаще всего используется какой вид теплопередачи? Переносом вещества внутри тела можно изменить температуру, например, нагревая металлический стержень, увеличить скорость теплового движения атомов, молекул, повысить показатель внутренней энергии, увеличить теплопроводность материала. По мере соударения частиц происходит постепенная передача энергии, в результате чего весь стержень меняет свою температуру.
Если рассматривать газообразные и жидкие вещества, то передача энергии путем теплопроводности в них имеет незначительные показатели.
Конвекция
Такие способы теплопередачи связаны с переносом теплоты при движении в газах или жидкостях из области с одним температурным значением в область с другим ее показателем. Существует подразделение конвекции на два вида: вынужденную и свободную.
Во втором случае происходит перемещение жидкости под воздействием разности в плотностях ее отдельных частей из-за нагревания. К примеру, в помещении от горячей поверхности радиатора холодный воздух поднимается вверх, получая от батареи дополнительное тепло.
В тех случаях, когда для перемещения тепла необходимо применение насоса, вентилятора, мешалки, ведут речь о вынужденной конвекции. Прогревание по всему объему жидкости в этом случае происходит существенно быстрее, нежели при свободной конвекции.
Излучение
Какой вид теплопередачи характеризует изменение температурного показателя в газообразной среде? Речь идет о тепловом излучении.
Именно оно предполагает перенос тепла в виде электромагнитных волн, подразумевающий двойной переход тепловой энергии в излучение, затем обратно.
Особенности передачи тепла
Для того чтобы проводить расчет теплопередачи, необходимо иметь представление о том, что для теплопроводности и конвекции нужна материальная среда, а для излучения в этом нет необходимости. В процессе теплообмена между телами наблюдается уменьшение температуры у того тела, у которого этот показатель имел большую величину.
На такую же точно величину повышается температура холодного тела, что подтверждает полноценный процесс обмена энергией.
Интенсивность теплообмена зависит от разности в температурах между телами, которые обмениваются энергией. Если она практически отсутствует, процесс завершается, устанавливается тепловое равновесие.
Характеристика процесса теплопроводности
Коэффициент теплопередачи связан со степенью нагретости тела. Температурным полем называют сумму показателей температур для разных точек пространства в определенный момент времени. При изменении значения температуры в единицу времени поле является нестационарным, для неизменной величины – стационарным видом.
Изотермическая поверхность
Независимо от температурного поля, всегда можно выявить точки, имеющие одинаковое температурное значение. Геометрическое расположение их образует определенную изотермическую поверхность.
В одной точке пространства не допускается одновременного нахождения двух разных температур, поэтому изотермические поверхности не могут пересекаться между собой. Можно сделать вывод о том, что изменение в теле значения температуры проявляется лишь в тех направлениях, которые пересекают изотермические поверхности.
Максимальный скачок отмечается в направлении нормали к поверхности. Температурный градиент представляет собой отношение наибольшего показателя температур к промежутку между изотермами и является векторной величиной.
Он показывает интенсивность изменения температуры внутри тела, определяет коэффициент теплопередачи. То количество теплоты, которое будет переноситься через любую изотермическую поверхность, называют тепловым потоком.
Под его плотностью подразумевают отношение к единице площади самой изотермической поверхности. Эти величины являются векторами, противоположными по направлению.
Закон Фурье
Он является основным законом теплопроводности. Суть его заключается в пропорциональности плотности теплового потока градиенту температуры.
Коэффициент теплопроводности характеризует способность тел пропускать теплоту, он зависит от физических свойств вещества и его химического состава, влажности, температуры, пористости. Влага при заполнении пор стимулирует повышение теплопроводности. При высокой пористости внутри тела содержится повышенное количество воздуха, что сказывается на уменьшении показателя теплопроводности.
Определенный коэффициент сопротивления теплопередаче есть у всех материалов, найти его можно в справочниках.
Теплопроводность в твердой стенке
В качестве обязательного условия для данного процесса считается разность температур поверхностей стенки. В такой ситуации образуется поток теплоты, который направлен от стенки с большим значением температуры к поверхности стенки с небольшой температурой.
По закону Фурье тепловой поток будет пропорционален площади стенки, а также температурному напору, и обратно пропорционален толщине этой стенки.
Приведенное сопротивление теплопередаче зависит от теплопроводности материала, из которого изготовлены стенки. Если они включают в себя несколько разных слоев, их считают многослойными поверхностями.
В качестве примера подобных материалов можно назвать стены домов, где на кирпичный слой наносят внутреннюю штукатурку, а также внешнюю облицовку. В случае загрязнения наружной поверхности передающей тепловую энергию, к примеру, радиаторов либо двигателей, грязь можно рассмотреть как наложение нового слоя, имеющего незначительный коэффициент теплопроводности.
Именно из-за этого снижается теплообмен, возникает угроза перегревания работающего двигателя. Аналогичный эффект вызывает нагар и накипь. При увеличении количества слоев стенки растет ее максимальное термическое сопротивление, уменьшается величина теплового потока.
Для многослойных стенок распределение температуры является ломаной линией. Во многих теплообменных аппаратах осуществляется прохождение теплового потока через стенки круглых трубок. Если нагревающее тело движется внутри таких трубок, то в таком случае тепловой поток направлен к наружным стенкам от внутренних частей. При наружном варианте наблюдается обратный процесс.
Теплопередача: особенности процесса
Существует взаимодействие между тепловым излучением, конвекцией, теплопроводностью. Например, в процессе конвекции происходит тепловое излучение. Теплопроводность в пористых материалах невозможна без излучения и конвекции.
При проведении практических вычислений деление сложных процессов на отдельные явления не всегда целесообразно и возможно. В основном результат суммарного воздействия нескольких простейших явлений приписывают тому процессу, который считается основным в конкретном случае.
Второстепенные процессы при таком подходе учитывают только для количественных вычислений.
В современных теплообменных аппаратах происходит передача теплоты от одного вида жидкости к другой жидкости через стенку, которая их разделяет. Важным фактором, который влияет на коэффициент теплообмена, является форма стенки. Если она плоская, в таком случае можно выделить три этапа теплопередачи:
- к поверхности стенки от нагревающей жидкости;
- теплопроводностью через стенку;
- к нагреваемой жидкости к поверхности стенки.
Полное термическое сопротивление теплопередачи является величиной, которая обратна коэффициенту теплопередачи.
Заключение
Теплопроводность является процессом передачи внутренней энергии от нагретых участков тела к его холодным частям. Подобный процесс осуществляется с помощью беспорядочно движущихся атомов, молекул, электронов. Такой процесс может происходить в телах, которые имеют неоднородное распределение значений температур, но будет отличаться в зависимости от агрегатного состояния рассматриваемого вещества.
Можно рассматривать данную величину в качестве количественной характеристики способности тела к провождению тепла. Удельной теплопроводностью называют количество тепла, которое может проходить через материал, имеющий толщину 1м, площадь 1 м²/сек.
Долгое время считали, что существует взаимосвязь между передачей тепловой энергии и перетеканием от тела к телу теплорода. Но после проведения многочисленных экспериментов была выявлена зависимость подобных процессов от температуры.
В реальности при проведении математических расчетов, касающихся определения количества теплоты, передаваемой разными способами, учитывают проводимость путем конвекции, а также проникающее излучение. Коэффициент теплопередачи связан со скоростью передвижения жидкости, характером движения, его природой, а также с физическими параметрами движущейся среды.
В качестве носителей лучистой энергии выступают электромагнитные колебания, имеющие разную длину волн. Излучать их могут любые тела, температура которых превышает нулевое значение.
Излучение является результатом процессов, происходящих внутри тела. При попадании его на другие тела наблюдается частичное ее поглощение и частичное поглощение телом.
Закон Планка определяет зависимость плотности поверхностного потока излучения черного тела от абсолютной температуры и длины волны.
Простейшие виды теплообмена, которые были рассмотрены выше, не существуют по отдельности, они взаимосвязаны друг с другом. Сочетание их является сложным теплообменом, который предполагает серьезное изучение и детальное рассмотрение.
В теплотехнических расчетах используют суммарный коэффициент передачи тепла, который представляет собой совокупность коэффициентов теплоотдачи соприкосновением, которое учитывает теплопроводность, конвекцию, излучение.
При правильном подходе и учете отдельных тепловых явлений можно с высокой достоверностью рассчитать количество теплоты, переданное телу.
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА — это… Что такое ТЕПЛОПЕРЕДАЧА?
- ТЕПЛОПЕРЕДАЧА
- ТЕПЛОПЕРЕДАЧА
-
теплообмен между двумя теплоносителями через разделяющую их тв. стенку или через поверхность раздела между ними. Т. включает в себя теплоотдачу от более горячей жидкости или газа к стенке, теплопроводность в стенке, теплоотдачу от стенки к более холодной подвижной среде. Интенсивность передачи теплоты при Т. характеризуется коэффициентом теплопередачи k, численно равным кол-ву теплоты, к-рое передаётся через ед. площади поверхности стенки в ед. времени при разности темп-р между теплоносителями в 1 К. Коэфф. k зависит от температурного напора AT и теплового потока dQ через элемент поверхности раздела dS: k=d/(DTdS). Величина R =1/k наз. полным термич. сопротивлением Т. Напр., для однослойной стенки
где a1 и a2— коэфф. теплоотдачи от горячей жидкости к поверхности стенки и от поверхности стенки к холодной жидкости; 6 — толщина стенки; l — коэфф. теплопроводности. В большинстве встречающихся на практике случаев k определяется опытным путём.
Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия.
Главный редактор А. М. Прохоров.
1983.- ТЕПЛОПЕРЕДАЧА
-
— теплообмен между двумя теплоносителями через разделяющую их твёрдую стенку или через поверхность раздела между ними.
Т. включает в себя теплоотдачу от более горячей жидкости или газа к стенке, теплопроводность в стенке, теплоотдачу от стенки к более холодной жидкой или газообразной среде. Интенсивность передачи теплоты при Т. характеризуется к о э фф и ц и е н т о м т е п л о п е р е д а ч и k, численно равным колву теплоты, к-рое передаётся через единицу площади поверхности стенки в единицу времени при разности темп-р между теплоносителями в 1 К. Величина R=1/k наз. полным термич. сопротивлением Т. Напр., для однослойной стенки
где a1 и a 2— коэф. теплоотдачи от горячей жидкости к поверхности стенки и от поверхности стенки к холодной жидкости, d — толщина стенки, l — коэф. теплопроводности. В большинстве встречающихся на практике случаев k определяется опытным путём по разности темп-р DT и тепловому потокуdQ через элемент поверхности раздела
Лит.: Михеев М. А., Михеева И. М., Основы теплопередачи, 2 изд., М., 1977; Шорин С. Н., Теплопередача, 2 изд., М., 1964.
И. Н. Розенгауз.
Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия.
Главный редактор А. М. Прохоров.
1988.
.
Синонимы:
- ТЕПЛООТДАЧА
- ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ УРАВНЕНИЕ
Смотреть что такое «ТЕПЛОПЕРЕДАЧА» в других словарях:
теплопередача — теплопередача … Орфографический словарь-справочник
Теплопередача — Теплопередача физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к более холодному либо непосредственно (при контакте), либо через разделяющую (тела или среды) перегородку из какого либо материала. Когда физические тела… … Википедия
Теплопередача — – перенос теплоты через ограждающую конструкцию от среды с более высокой температурой к среде с более низкой температурой. [ГОСТ 26602.1 99] Теплопередача – теплообмен между теплоносителем и бетоном через разделяющую их твердую стенку … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА — теплообмен между двумя теплоносителями или иными средами через разделяющую их твердую стенку или через поверхность раздела между ними. Интенсивность теплопередачи характеризуется коэффициентом теплопередачи, равным плотности теплового потока на… … Большой Энциклопедический словарь
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА — ТЕПЛОПЕРЕДАЧА, теплопередачи, мн. нет, жен. (физ.). Передача теплоты от одного тела к другому. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА — совокупность явлений, при к рых имеет место перенос тепла из одной части пространства в другую. Перенос может происходить различными способами: теплопроводностью, конвекцией и лучеиспусканием. Теплопроводность явление непосредственной передачи… … Технический железнодорожный словарь
теплопередача — сущ., кол во синонимов: 2 • передача (85) • теплообмен (4) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
теплопередача — Теплообмен между двумя теплоносителями через разделяющую их твёрдую стенку или через поверхность раздела между ними [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] Тематики термодинамикахолодильная техника EN heat … Справочник технического переводчика
теплопередача — 3.20 теплопередача: Теплообмен между двумя средами через разделяющую их жалюзи роллету. Источник: ГОСТ Р 52502 2012: Жалюзи роллеты металлические. Технические условия оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Теплопередача — Теплообмен между двумя теплоносителями через разделяющую их твёрдую стенку или через поверхность раздела между ними. Т. включает в себя теплоотдачу (См. Теплоотдача) от более горячей жидкости к стенке, Теплопроводность в стенке,… … Большая советская энциклопедия
Типы теплопередачи. Виды передачи теплоты
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА (или теплообмен) — один из способов изменения внутренней энергии тела (или системы тел), при этом внутренняя энергия одного тела переходит во внутреннюю энергию другого тела без совершения механической работы.
Теплообмен между двумя средами происходит через разделяющую их твердую стенку или через поверхность раздела между ними.
Теплота способна переходить только от тела с более высокой температурой к телу менее нагретому.
Теплообмен всегда протекает так, что убыль внутренней энергии одних тел всегда сопровождается таким же приращением внутренней энергии других тел, участвующих в теплообмене.
Существует три вида теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение.
В настоящее время на рынке существует большое количество компаний, предлагающих различные типы термальных колб, которые придерживаются только оконного стекла. Их производительность не больше, чем у дополнительных очков. Доступные альтернативы: если изолирующие очки не подходят для вас, можно использовать другие альтернативы. Тепло нельзя предотвратить. рулонные шторы, лучше всего с направляющими рельсами, которые обеспечат лучшую изоляцию. Двухдверные окна могут быть установлены снаружи. Внутри воробьевых окон создается еще один зазор, который имеет аналогичную функцию для третьего стекла, а глянцевый плавкий предохранитель, который отскакивает от тепла, может быть прикреплен к затвору.
ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ — перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия микрочастиц (атомов, молекул, ионов и т.п.).
Приводит к выравниванию температуры тела. Не сопровождается переносом вещества!
Этот вид передачи внутренней энергии характерен как для твердых веществ, так и для жидкостей,газов.
Теплопроводность различных веществ разная.
Существует зависимость теплопроводности от плотности вещества.
Роликовые подставки, конечно, снимаются только ночью, но зимние ночи длинные, поэтому они платят за эту меру. Другим относительно простым решением являются ставни, которые можно закрыть на ночь. Древесина изолирует гораздо лучше, чем любой стакан, и на внутренней стороне оконных ставней он прикрепляет полистирол, который имеет хороший эффект изоляции, с одной стороны, и, с другой стороны, когда оконные ставни открываются, он осветляет окна.
Сегодня будет немного более абстрактная запись, о законах физики. Теплопередача — это процесс, при котором тепло течет из места с более высокой температурой в место с более низкой температурой. Когда оба места имеют одинаковую температуру, теплообмен не происходит. Место с более высокой температурой может быть радиатором, а нижнее — комнатой. Когда мы закрываем клапан в радиаторе, он остынет, повышая температуру в помещении до тех пор, пока он не остынет до комнатной температуры. Место с более высокой температурой также может быть концом покера, лежащим в огне.
КОНВЕКЦИЯ — это перенос энергии струями жидкости или газа.
Конвекция происходит за счет перемешивания вещества жидкой или газообразной среды.
Конвекция невозможна в твёрдых телах.
Существует зависимость скорости конвекции от плотности вещества и от разницы температур соприкасающихся тел.
Конвекция может быть естественной и принудительной, например, с помощью вентилятора.
Когда он будет там в теч
«Виды теплопередачи:
теплопроводность, конвекция, излучение»
Теплопередача – это способ изменения внутренней энергии тела при передаче энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому без совершения работы. Существуют следующие виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение.
Теплопроводность
Теплопроводность – это процесс передачи энергии от одного тел а к другому или от одной части тела к дpугой благодаря тепловому движению частиц. Важно, что при теплопроводности не происходит перемещения вещества, от одного тела к другом у или от одной части телa к другой передается энергия.
Разные вещества обладают разной теплопроводностью. Если на дно пробирки, наполненной водой, положить кусочек льда и верхний её конец поместить над пламенем спиртовки, то через некоторое время вода в верхней части пробирки закипит, а лёд при этом не растает. Следовательно, вода, так же как и все жидкости, обладает плохой теплопроводностью.
Ещё более плохой теплопроводность ю обладают газы. Возьмём пробирку, в которой нет ничего, кроме воздуха, и расположим её над пламенем спиртовки. Палец, помещённый в пробирку, не почувствует тепла. Следовательно, воздух и другие газы обладает плохой теплопроводностью.
Хорошими проводниками теплоты являются металлы, самыми плохими — сильно разреженные газы. Это объясняется особенностями их строения. Молекулы газов находятся друг от друга на расстояниях, больших, чем молекулы твёрдых тел, и значительно реже сталкиваются. Поэтому и передача энергии от одних молекул к другим в газах происходит не столь интенсивно, как в твёрдых телах. Теплопроводность жидкости занимает промежуточное положение между теплопроводностью газов и твёрдых тел.
Конвекция
Как известно, газы и жидкости плохо проводят теплоту. В то же время от батарей парового отопления нагревается воздух. Это происходит благодаря такому виду теплопроводности, как конвекция.
Если вертушку, сделанную из бумаги, поместить над источником тепла, то вертушка начнёт вращаться. Это происходит потому, что нагретые менее плотные слои воздуха под действием выталкивающей силы поднимаются вверх, а более холодные движутся вниз и занимают их место, что и приводит к вращению вертушки.
Конвекция — вид теплопередачи, при котором энергия передаётся слоями жидкости или газа. Конвекция связана с переносом вещества, поэтому она может осуществляться только в жидкостях и газах; в твёрдых телах конвекция не происходит.
Излучение
Третий вид теплопередачи — излучение. Если поднести руку к спирали электроплитки, включённой в сеть, к горящей электрической лампочке, к нагретому утюгу, к батарее отопления и т.п., то можно явно ощутить тепло.
Опыты также показывают, что чёрные тела хорошо поглощают и излучают энергию, а белые или блестящие плохо испускают и плохо поглощают её. Они хорошо энергию отражают. Поэтому понятно, почему летом носят светлую одежду, почему дома на юге предпочитают красить в белый цвет.
Путём излучения энергия передаётся от Солнца к Земле. Поскольку пространство между Солнцем и Землёй представляет собой вакуум (высота атмосферы Земли много меньше расстояния от неё до Солнца), то энергия не может передаваться ни путём конвекции, ни путём теплопроводности. Таким образом, для передачи энергии путём излучения не требуется наличия какой-либо среды, эта теплопередача может осуществляться и в вакууме.
Конспект урока «Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение».
Следующая тема: «Количество теплоты. Удельная теплоёмкость».
Теплопередача — это… Что такое Теплопередача?
- Теплопередача
- Теплообмен между двумя теплоносителями через разделяющую их твёрдую стенку или через поверхность раздела между ними. Т. включает в себя теплоотдачу (См. Теплоотдача) от более горячей жидкости к стенке, Теплопроводность в стенке, теплоотдачу от стенки к более холодной подвижной среде. Интенсивность передачи теплоты при Т. характеризуется коэффициентом Т. k, численно равным количеству теплоты, которое передаётся через единицу поверхности стенки в единицу времени при разности температур между жидкостями в 1 К; размерность k — вт/(м2․К) [ккал/м2․°С)].
Величина R, обратная коэффициенту Т., называется полным термическим сопротивлением Т. Например, R однослойной стенки
,
где α1 и α2 — коэффициенты теплоотдачи от горячей жидкости к поверхности стенки и от поверхности стенки к холодной жидкости; δ — толщина стенки; λ— коэффициент теплопроводности. В большинстве встречающихся на практике случаев коэффициент Т. определяется опытным путём. При этом полученные результаты обрабатываются методами подобия теории (См. Подобия теория). См. также Конвективный теплообмен.
Лит.: Гребер Г., Эрк С., Григулль У., Основы учения о теплообмене, пер. с нем., М., 1958; Шорин С. Н., Теплопередача, 2 изд., М., 1964; Михеев М. А., Михеева И. М., Основы теплопередачи, 2 изд., М., 1973.
И. Н. Розенгауз.
Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия.
1969—1978.
Синонимы:
- Теплопеленгация
- Теплопроводности уравнение
Смотреть что такое «Теплопередача» в других словарях:
теплопередача — теплопередача … Орфографический словарь-справочник
Теплопередача — Теплопередача физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к более холодному либо непосредственно (при контакте), либо через разделяющую (тела или среды) перегородку из какого либо материала. Когда физические тела… … Википедия
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА — теплообмен между двумя теплоносителями через разделяющую их тв. стенку или через поверхность раздела между ними. Т. включает в себя теплоотдачу от более горячей жидкости или газа к стенке, теплопроводность в стенке, теплоотдачу от стенки к более… … Физическая энциклопедия
Теплопередача — – перенос теплоты через ограждающую конструкцию от среды с более высокой температурой к среде с более низкой температурой. [ГОСТ 26602.1 99] Теплопередача – теплообмен между теплоносителем и бетоном через разделяющую их твердую стенку … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА — теплообмен между двумя теплоносителями или иными средами через разделяющую их твердую стенку или через поверхность раздела между ними. Интенсивность теплопередачи характеризуется коэффициентом теплопередачи, равным плотности теплового потока на… … Большой Энциклопедический словарь
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА — ТЕПЛОПЕРЕДАЧА, теплопередачи, мн. нет, жен. (физ.). Передача теплоты от одного тела к другому. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА — совокупность явлений, при к рых имеет место перенос тепла из одной части пространства в другую. Перенос может происходить различными способами: теплопроводностью, конвекцией и лучеиспусканием. Теплопроводность явление непосредственной передачи… … Технический железнодорожный словарь
теплопередача — сущ., кол во синонимов: 2 • передача (85) • теплообмен (4) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
теплопередача — Теплообмен между двумя теплоносителями через разделяющую их твёрдую стенку или через поверхность раздела между ними [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] Тематики термодинамикахолодильная техника EN heat … Справочник технического переводчика
теплопередача — 3.20 теплопередача: Теплообмен между двумя средами через разделяющую их жалюзи роллету. Источник: ГОСТ Р 52502 2012: Жалюзи роллеты металлические. Технические условия оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА — это… Что такое ТЕПЛОПЕРЕДАЧА?
- ТЕПЛОПЕРЕДАЧА
- ТЕПЛОПЕРЕДАЧА
совокупность явлений, при к-рых имеет место перенос тепла из одной части пространства в другую. Перенос может происходить различными способами: теплопроводностью, конвекцией и лучеиспусканием. Теплопроводность — явление непосредственной передачи тепла от одной частицы тела к соседней, менее нагретой. В простейшем случае (плоская стенка) количество тепла, передаваемого в 1 час, прямо пропорционально площади сечения и разности темп-р по обе стороны стенки и обратно пропорционально толщине стенки.
Коэффициент пропорциональности, указывающий, сколько калорий тепла проходит в течение 1 часа через стенку площадью в 1 м2 и толщиной в 1 м при разности темп-р в 1°, наз. коэффициентом теплопроводности. Конвекция — явление переноса тепла движущейся средой (газами, жидкостью) путем соприкосновения с менее нагретым телом. Количество тепла, передаваемого в 1 час, пропорционально поверхности, воспринимающей тепло, и разности темп-р движущейся среды и стенки. Коэффициент пропорциональности наз. коэффициентом теплоперехода. Лучеиспускание — явление теплообмена на расстоянии между двумя телами различной темп-ры посредством лучистой энергии при условии, что пространство между ними наполнено средой, пропускающей такую энергию. В этом случае тепло одного тела переходит в лучистую энергию, проходит в этом состоянии пространство, разделяющее тела, и превращается опять в тепло на поверхности второго тела. Последнее, хотя и более холодное, в свою очередь отдает лучи первому телу, и, следовательно, лучистая теплота, передаваемая в конечном счете от горячего тела более холодному, получается как разность двух количеств теплоты. При тепловом лучеиспускании, имеющем место в котловой практике, можно считать, что количество тепла, излучаемого в 1 час, пропорционально поверхности тела и разности абсолютных темп-р в четвертой степени. Коэффициент пропорциональности наз. коэффициентом лучеиспускания. В паровозном котле имеют место все указанные способы передачи тепла. В дымогарных и жаровых трубах тепло передается преимущественно конвекцией за счет соприкосновения горячих продуктов сгорания со стенками труб; далее тепло, пройдя сквозь стенки труб, передается окружающей их воде в топке гл. обр. лучеиспусканием от раскаленного слоя топлива на стенки огневой коробки; в силу теплопроводности тепло затем проходит сквозь толщу стенок и, наконец, передается воде, омывающей огневую коробку.
Технический железнодорожный словарь. — М.: Государственное транспортное железнодорожное издательство.
Н. Н. Васильев, О. Н. Исаакян, Н. О. Рогинский, Я. Б. Смолянский, В. А. Сокович, Т. С. Хачатуров.
1941.
.
Синонимы:
- ТЕПЛОПАРОВОЗ
- ТЕПЛОТВОРНАЯ СПОСОБНОСТЬ ТОПЛИВА
Смотреть что такое «ТЕПЛОПЕРЕДАЧА» в других словарях:
теплопередача — теплопередача … Орфографический словарь-справочник
Теплопередача — Теплопередача физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к более холодному либо непосредственно (при контакте), либо через разделяющую (тела или среды) перегородку из какого либо материала. Когда физические тела… … Википедия
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА — теплообмен между двумя теплоносителями через разделяющую их тв. стенку или через поверхность раздела между ними. Т. включает в себя теплоотдачу от более горячей жидкости или газа к стенке, теплопроводность в стенке, теплоотдачу от стенки к более… … Физическая энциклопедия
Теплопередача — – перенос теплоты через ограждающую конструкцию от среды с более высокой температурой к среде с более низкой температурой. [ГОСТ 26602.1 99] Теплопередача – теплообмен между теплоносителем и бетоном через разделяющую их твердую стенку … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА — теплообмен между двумя теплоносителями или иными средами через разделяющую их твердую стенку или через поверхность раздела между ними. Интенсивность теплопередачи характеризуется коэффициентом теплопередачи, равным плотности теплового потока на… … Большой Энциклопедический словарь
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА — ТЕПЛОПЕРЕДАЧА, теплопередачи, мн. нет, жен. (физ.). Передача теплоты от одного тела к другому. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
теплопередача — сущ., кол во синонимов: 2 • передача (85) • теплообмен (4) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
теплопередача — Теплообмен между двумя теплоносителями через разделяющую их твёрдую стенку или через поверхность раздела между ними [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] Тематики термодинамикахолодильная техника EN heat … Справочник технического переводчика
теплопередача — 3.20 теплопередача: Теплообмен между двумя средами через разделяющую их жалюзи роллету. Источник: ГОСТ Р 52502 2012: Жалюзи роллеты металлические. Технические условия оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Теплопередача — Теплообмен между двумя теплоносителями через разделяющую их твёрдую стенку или через поверхность раздела между ними. Т. включает в себя теплоотдачу (См. Теплоотдача) от более горячей жидкости к стенке, Теплопроводность в стенке,… … Большая советская энциклопедия
теплопередача — это… Что такое теплопередача?
- теплопередача
3.20 теплопередача: Теплообмен между двумя средами через разделяющую их жалюзи-роллету.
Теплопередача — перенос теплоты через ограждающую конструкцию от среды с более высокой температурой к среде с более низкой температурой.
Теплопередача — перенос теплоты через ограждающую конструкцию от взаимодействующей с ней средой с более высокой температурой к среде с другой стороны конструкции с более низкой температурой.
3.1 теплопередача: Перенос теплоты от одной окружающей среды через ограждающую конструкцию к другой окружающей среде.
3.2 теплопередача: Перенос теплоты через ограждающую конструкцию от взаимодействующей с ней среды с более высокой температурой к среде с более низкой температурой другой стороны конструкции.
3.17 теплопередача: Перенос теплоты через ограждающую конструкцию от взаимодействующей с ней средой с более высокой температурой к среде с другой стороны конструкции с более низкой температурой.
3.2 теплопередача: Перенос теплоты через ограждающую конструкцию от среды с более высокой температурой к среде с более низкой температурой.
3.1 теплопередача: Перенос теплоты через ограждающую конструкцию от взаимодействующей с ней средой с более высокой температурой к среде с другой стороны конструкции с более низкой температурой.
3.21. Теплопередача: перенос теплоты через ограждающую конструкцию от взаимодействующей с ней среды с более высокой температурой к среде с другой стороны конструкции с более низкой температурой.
Смотри также родственные термины:
3.14 теплопередача светопрозрачной ограждающей конструкции : Перенос теплоты через светопрозрачную конструкцию от среды с более высокой температурой к среде с более низкой температурой.
Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации.
academic.ru.
2015.
Синонимы:
- Теплоотражающий экран светового прибора
- теплопередача светопрозрачной ограждающей конструкции
Смотреть что такое «теплопередача» в других словарях:
теплопередача — теплопередача … Орфографический словарь-справочник
Теплопередача — Теплопередача физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к более холодному либо непосредственно (при контакте), либо через разделяющую (тела или среды) перегородку из какого либо материала. Когда физические тела… … Википедия
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА — теплообмен между двумя теплоносителями через разделяющую их тв. стенку или через поверхность раздела между ними. Т. включает в себя теплоотдачу от более горячей жидкости или газа к стенке, теплопроводность в стенке, теплоотдачу от стенки к более… … Физическая энциклопедия
Теплопередача — – перенос теплоты через ограждающую конструкцию от среды с более высокой температурой к среде с более низкой температурой. [ГОСТ 26602.1 99] Теплопередача – теплообмен между теплоносителем и бетоном через разделяющую их твердую стенку … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА — теплообмен между двумя теплоносителями или иными средами через разделяющую их твердую стенку или через поверхность раздела между ними. Интенсивность теплопередачи характеризуется коэффициентом теплопередачи, равным плотности теплового потока на… … Большой Энциклопедический словарь
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА — ТЕПЛОПЕРЕДАЧА, теплопередачи, мн. нет, жен. (физ.). Передача теплоты от одного тела к другому. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
ТЕПЛОПЕРЕДАЧА — совокупность явлений, при к рых имеет место перенос тепла из одной части пространства в другую. Перенос может происходить различными способами: теплопроводностью, конвекцией и лучеиспусканием. Теплопроводность явление непосредственной передачи… … Технический железнодорожный словарь
теплопередача — сущ., кол во синонимов: 2 • передача (85) • теплообмен (4) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
теплопередача — Теплообмен между двумя теплоносителями через разделяющую их твёрдую стенку или через поверхность раздела между ними [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] Тематики термодинамикахолодильная техника EN heat … Справочник технического переводчика
Теплопередача — Теплообмен между двумя теплоносителями через разделяющую их твёрдую стенку или через поверхность раздела между ними. Т. включает в себя теплоотдачу (См. Теплоотдача) от более горячей жидкости к стенке, Теплопроводность в стенке,… … Большая советская энциклопедия
Что такое теплопередача? (с картинками)
Теплообмен — это процесс перемещения тепла из места, где существует много тепла, в другое место. В физике учат, что в основном это достигается одним из трех способов: проводимость, конвекция или излучение. В некотором смысле, использование этих знаний помогает людям манипулировать тепловой энергией наиболее выгодными способами.
Пар переносит тепло в воздух, поэтому его часто используют для обогрева зданий.
Понимание принципов теплопередачи помогает людям выполнять ряд действий более эффективно. Передача тепла играет важную роль в жизни каждого человека, начиная от обеспечения достаточного количества тепла в доме и заканчивая приготовлением различных блюд. Использование теплопередачи практически бесконечно.
Кастрюля на горелке печи передает тепло через проводимость.
Проводимость является одним из наиболее распространенных способов передачи тепла.Это делается путем передачи тепла через вещество от одного атома к другому. Чаще всего это происходит, когда кусок металла, например, кухонная ложка, слишком долго остается в горячей жидкости. Жара поднимется вверх по ложке. Некоторые материалы являются более проводящими, чем другие, поэтому металлические горшки часто имеют резиновые ручки и почему кухонные принадлежности также бывают разных видов дерева и пластика.
Кондукция — это тип теплопередачи, который также может быть легко испытан другими способами, например, при удержании куска металла.Часто металл будет казаться прохладным на ощупь, даже при том, что это на самом деле такая же температура, как и в любой другой комнате или помещении. То, что действительно происходит, — это теплообмен между вашим телом и металлом. Металл фактически отводит тепло от вашей кожи.
Конвекция — это фактическое физическое перемещение тепла из одного места в другое в форме жидкости или газа.Обычно поднимается горячий воздух и вообще тепло, поэтому пар из кипящего котла поднимается вверх. Эта концепция может быть четко продемонстрирована в жаркий день, и она отвечает за снижение температуры вблизи океанов и появление бризов. Когда теплый воздух поднимается с суши днем и ранним вечером, более прохладный воздух над водой движется и занимает свое место, вызывая ветер к берегу.
Утром верно обратное.Поскольку воздух над водой не охлаждается так быстро, он поднимается утром и заменяется воздухом над землей. Таким образом, морской бриз фактически дует к морю в то время.
Другой тип теплопередачи — это излучение. Хотя многие стали беспокоиться, услышав о вредном воздействии радиации и ее способности вызывать рак, этот тип теплопередачи ответственен за большую часть тепла, которое получает наша планета.Излучение возникает, когда тепло распространяется через электромагнитные волны через, казалось бы, пустые пустоты, такие как солнечное тепло, распространяющееся в пространстве. Радиация отвечает за традиционную выпечку, а также за приготовление пищи в микроволновой печи.
,
Теплообмен и энтропия | IntechOpen
1. Введение
Когда вы прочитаете стандартный учебник по термодинамике (например, [1-3]) в качестве одной из наиболее фундаментальных формул, вы найдете
, указывающий, что тепловая величина (процесса) (δQ), очевидно, близко связан с (состоянием) количественной энтропии (dS), здесь оба записаны как бесконечно малые величины.
Если, однако, вы делаете то же самое со стандартным учебником по теплопередаче (например, [4] с 1024 страницами или [5] с 1107 страницами), вы не найдете энтропию ни в указателе этих книг, ни в тексте. ,
Может быть две причины для этого: либо энтропия оказалась неуместной для анализа теплообмена, либо энтропия намеренно игнорируется в сообществе теплообмена, несмотря на ее актуальность. Что является правдой — это пока открытый вопрос, и на него можно ответить только тогда, когда учтены термодинамические соображения.
В термодинамике актуальность энтропии в отношении теплопередачи вне всякого спора, именно сообщество теплопередачи должно быть убеждено в ее актуальности.Лучше всего это можно сделать, продемонстрировав преимущества включения энтропии в анализ теплопередачи, а также выявив недостатки, с которыми приходится сталкиваться, когда энтропия игнорируется.
2. Термодинамический взгляд на теплопередачу
2.1. Общие соображения
Инженеры, использующие фразу «теплопередача», не будут обеспокоены представлением о том, что тепло перемещается через границу системы и затем сохраняется в ней, увеличивая ее теплосодержание.
Эта аргументация, однако, нарушает, по крайней мере, два принципа термодинамики и упускает важный момент.С точки зрения термодинамики тепло — это величина процесса, которая описывает определенный способ передачи энергии через границу системы. И, конечно, это количество не может быть сохранено, только энергия, перемещаемая им, может быть сохранена. . Энергия, передаваемая в форме тепла и работы, хотя и может быть одинаковым количеством, имеет совершенно другое качество, когда она является частью энергии системы.Чтобы выразить это в простой и еще не точной форме на данный момент: это не только количество энергии, которое учитывается в процессах передачи энергии (например, теплообмена), но также качество энергии и изменение качества в процессе передачи , Если это правда, должна быть мера для качества и его потенциального ухудшения в процессах передачи энергии. Именно здесь возникает энтропия и играет решающую роль — даже в том числе и в соображениях теплообмена.
Из очень четкого принципа сохранения энергии (термодинамически сформулированного как первый закон термодинамики) мы знаем, что энергия, передаваемая в качестве первичной энергии, никогда не теряется при использовании в технических устройствах, но в конечном итоге оказывается частью внутренней энергии окружающей среды.Тогда, однако, это бесполезно. Очевидно, что энергия обладает определенным потенциалом, который может потеряться на пути от первичной энергии до части внутренней энергии окружающей среды.
В термодинамике есть полезное определение, которым можно охарактеризовать качество энергии, которое было впервые предложено в [6]. Это определение в первую очередь относится к энергии, которая подвергается процессам передачи либо работой, либо нагревом. Согласно этому определению энергия состоит из двух частей: , эксергии, и , анергии, .В рамках этой концепции эксергия является драгоценной частью энергии. Это та часть, которая может использоваться работой до тех пор, пока она не станет частью внутренней энергии окружающей среды. Иногда эксергию также называют доступной работой . Оставшаяся часть энергии называется анергией. Согласно второму закону термодинамики эксергия может быть потеряна (может быть преобразована в анергию) в необратимых процессах, но никогда не может генерироваться. Таким образом, любая передача энергии работой или теплом может либо сохранить эксергетическую часть энергии в обратимом процессе, либо уменьшить ее в необратимом.
Что касается теплопередачи, то важны два аспекта: первый — это количество энергии, передаваемой теплом, а второй — количество эксергии, теряемой в этом процессе (теплопередачи). Игнорирование энтропии означает, что можно учитывать только первый аспект. Для полной характеристики процесса теплопередачи должны учитываться оба аспекта, т.е. должны быть указаны две физические величины. Они могут быть
. В процессе теплопередачи обе величины не зависят друг от друга, потому что определенное количество энергии (q˙) может передаваться с различным снижением качества, т.е.е. с другой степенью необратимости (ΔT). Здесь ΔT является косвенной мерой снижения качества энергии в процессе передачи, поскольку ΔT = 0 является обратимым пределом необратимого процесса с ΔT> 0. Когда требуются две независимые величины, тогда необходимы два безразмерных параметра в контексте описания безразмерных процессов теплообмена. В разделе 3 будет обсуждаться то, чего не хватает при использовании числа Нусселта Нуалона для характеристики процесса теплообмена.
В термодинамике два аспекта передачи энергии и ее девальвации в результате необратимых процессов количественно определяются путем введения энтропии и ее генерации в ходе необратимых процессов. В этом контексте энтропия является мерой структуры системы, хранящей рассматриваемую энергию, то есть энергия может храниться более или менее упорядоченным образом. Это снова может быть выражено в терминах эксергии и анергии энергии, передаваемой и сохраняемой.
2.2. Изменение энтропии в процессах передачи энергии
Для большинства соображений абсолютное значение энтропии представляет не интерес, а ее изменение в течение определенного процесса, такого как процесс теплообмена.Это изменение энтропии в процессе переноса обычно имеет два аспекта:
Transfer — изменение энтропии в обратимом процессе,
Generation — изменение энтропии, когда процесс переноса не является обратимым, то есть необратимым.
В реальном (необратимом) процессе изменение энтропии, таким образом, всегда является суммой обоих, то есть (i) + (ii).
Для процесса теплопередачи между двумя температурными уровнями Taand Tb две части (i) и (ii) равны
dgS˙ = δQ˙ (1Ta − 1Tb) = δQ˙Ta− TbTaTb = δQ˙ΔTTaTbE3
Уравнение (2) соответствует к уравнению(1) во введении, теперь с точки зрения ставок за непрерывный процесс. Уравнение (3) утверждает, что генерирование энтропии приводит к увеличению энтропии, когда энергия передается от одной системы (а) с высокой температурой (то есть с низкой энтропией) к другой системе (б) с низкой температурой (то есть с высокой энтропией). Таким образом, общее изменение энтропии в таком процессе составляет
. На фиг.1 такой процесс иллюстрируется для конвективного теплообмена от потока в системе (a) с потоком в системе (b) с m˙b.Стенка между обоими потоками является диабатической, а стенки к окружающей среде — адиабатическими.
Смена поколений энтропии в уравнении (3) строго говоря, является только приближением. Он основан на предположении, что в (a) и в (b) реальные распределения температуры могут быть аппроксимированы их (постоянными) средними значениями и что падение температуры от (a) до (b) полностью происходит в стенке между системы, см. рисунок 1 для иллюстрации этого приближения. В разделе 4 учтено реальное распределение температуры для определения изменения энтропии при генерации без аппроксимации.
Хотя это и не тема этой главы, следует упомянуть, что (i) и (ii) предназначены для передачи энергии работой:
с δΦ˙ как скоростью рассеяния механической энергии в поле потока, участвующем в передаче обработать. То, что всегда dtS˙ = 0 для рабочей передачи энергии, показывает принципиальное различие двух способов передачи энергии, то есть с помощью тепла или работы, см. э. (2) для передачи энергии теплом.
Рисунок 1.
Конвективный перенос тепла от потока в (a) к потоку в (b) над элементом поверхности dA (1) Распределение реальной температуры (2) Модель средней температуры
2.3. Девальвация энергии в процессе теплообмена и концепция энтропийного потенциала
Когда в процессе переноса энергии теряется эксергия, «ценность» энергии уменьшается, поскольку эксергия как драгоценная часть энергии уменьшается. Это называется девальвацией энергии во время процесса передачи и сразу же связано с изменением генерации энтропии, ср. э. (3).
Потеря эксергии и генерируемая энтропия взаимосвязаны так называемой теоремой Гуи-Стодолы, см., Например, [7].Он читается как
Здесь T∞ — это температура окружающей среды, а E thele — потеря скорости эксергии Eee от скорости энергии E˙ после разделения E ˙ на эксергию и анергию, E˙e и E˙a, соответственно. ,
Для одной операции переноса, обозначенной ithen, есть конечная потеря эксергии
с S˙g, т.е. генерирование энтропии в операции переноса i. Эту генерацию энтропии можно и нужно рассматривать в контексте тех девальваций скорости передачи энергии, которые произошли до операции передачи, и которые произойдут впоследствии.Эта идея учитывает, что определенная энергия (скорость) всегда начинается как первичная энергия, являющаяся эксергией в целом, и, наконец, заканчивается как часть внутренней энергии окружающей среды, а затем становится анергией в целом. В [8] это было описано как «цепочка девальвации» в отношении скорости передачи энергии E с процессом, являющимся одним звеном этой цепочки.
Для суммы всех отдельных операций переноса, которая полностью обесценивает энергию со 100% эксергии до 100% анергии, то
выполняется.Здесь S˙gis — общая генерация (скорость) энтропии, то есть увеличение энтропии окружающей среды, когда E становится частью его внутренней энергии.
В [8] эта величина называется энтропийным потенциалом :
энергии, вовлеченной в процесс передачи энергии (здесь: тепло). Принимая это в качестве эталонной величины, так называемое число девальвации энергии
Ni≡ S˙g, iS˙g = T∞S˙g, iE˙E11
указывает, сколько энтропийного потенциала энергии используется в определенной передаче процесс с Ni = 0 для обратимого процесса.Примеры будут приведены позже.
3. Инженерный взгляд на теплопередачу
Как упоминалось ранее, инженеры, обученные решать проблемы теплопередачи с помощью книг, подобных [4], мало заботятся или не заботятся об энтропии. Они характеризуют ситуации теплопередачи с помощью коэффициента теплопередачи
или более систематически с помощью числа Нуссельта
. В обоих случаях q˙wand ΔTare объединены в одну оценочную величину, так что два независимых аспекта теплопередачи
Сумма, связанная с q˙wand
за изменение качества, связанная с ΔT
, не учитывается отдельно.Вторая оценочная величина требуется для комплексной характеристики ситуации теплообмена. Это может быть номер девальвации энергии в соответствии с экв. (11).
Когда Niaselt учитывает качество теплопередачи, число Нуссельта раскрывает количественный аспект в следующем смысле. Часто либо ΔTor q˙ware прописывают как тепловое граничное условие. Затем число Нуссельта количественно определяет теплопередачу, предоставляя возникающий тепловой поток или требуемую разность температур, соответственно.Оба являются количественными аспектами, оставляя вопрос о качестве все еще открытым. Это затем решается с помощью девальвации энергии Ni.
Поскольку число Нуссельта Нуис хорошо установлено в сообществе по теплопередаче, но число девальвации энергии Ниис нет, объяснение Найва будет дано в отношении его физического фона в следующем разделе.
4. Физика, стоящая за номером девальвации энергии
Согласно закону теплопроводности Фурье, см., Например, [4] или [9],
δQ˙ → = −k (град. T) dAE14
i.е. тепловой поток происходит вдоль (отрицательного) градиента температуры. Передаваемая таким образом энергия уменьшает свою эксергетическую часть, потому что эта эксергетическая часть равна
с коэффициентом Карно
Здесь снова T∞ — температура окружающей среды, так что эксергетическая часть Q — только когда ее уровень температуры достигнет температуры окружающей среды, это ноль.
Эта постоянная потеря эксергии, когда теплообмен происходит с gradT> 0 (необратимый теплообмен) в соответствии с теоремой Гуи-Стодолы (7), сопровождается генерированием энтропии, которое здесь можно записать как
или после интегрирования локальной скорости генерации энтропии. S˙g » ‘как
, который в декартовых координатах читается как
dgS˙ = kT2 [(∂T∂x) 2+ (∂T∂y) 2+ (∂T∂z) 2] dVE19
Обратите внимание, что это уравнение ,(19) сводится к уравнению (3) когда имеется линейное распределение температуры только в направлении x, так что ∂T / ∂x = ΔT / Δx, dV = dAΔx и ∂Q˙ = −k (ΔT / Δx) dA.
Сравнивая уравнения (3) и (19) показывает, что
в модели средней температуры в соответствии с ур. (3) и рисунок 1 (2) представляет собой интегрирование по δQ˙, в то время как реальное распределение температуры в соответствии с уравнением. (19) и рис. 1 (1) это интеграция по объему, учитывающая скорость генерации локальной энтропии.
В обоих случаях S˙g определяется, какова общая генерация энтропии из-за теплопроводности в процессе передачи, т.е.Число девальвации энергии связывает это с энтропийным потенциалом Q˙, то есть с Q˙ / T∞, так что
Ni = k T∞Q˙∫V1T2 [(∂T∂x) 2+ (∂T∂y) 2 + (∂T∂z) 2] dVE21
— это процент использования энтропийного потенциала энергии E, который в процессе передается в виде тепла Q˙. Обратите внимание, что часть энтропийного потенциала уже использовалась на пути Эстарта в качестве первичной энергии для ситуации, в которой он передается в виде тепла, и что оставшаяся часть энтропийного потенциала после процесса теплообмена может быть использована в последующих процессы передачи энергии.Это может проиллюстрировать, почему важно видеть определенный процесс передачи в контексте всей цепочки девальвации энергии, начинающейся как первичная энергия и заканчивающейся как часть внутренней энергии окружающей среды, для получения более подробной информации об этой концепции см. [8] ,
5. Конвективный теплообмен
Часто конвективный теплообмен происходит в таких технических областях, как электростанции и системы отопления или охлаждения. Затем включается второй поток энергии, который является рабочей скоростью потока, необходимой для поддержания потока, в который или из которого происходит теплообмен.Этот поток энергии, применяемый как работа, является чистой эксергией, которая теряется в процессе рассеяния во время конвективного теплообмена.
5.1. Потери из-за рассеивания механической энергии
В механике жидкости потери в поле потока обычно характеризуются коэффициентом сопротивления cD для внешних потоков и коэффициентом потерь напора K для внутренних потоков, которые представляют собой безразмерную силу сопротивления FD и безразмерную потерю давления Δp соответственно , В таблице 1 оба определения показаны вместе с альтернативным подходом, основанным на скорости генерации энтропии S˙g, Ddue для рассеивания механической энергии (индекс: D).Подробнее об этом альтернативном подходе см. [10]. Поскольку оба коэффициента, cD и K, учитывают скорость рассеяния Φ˙ в поле потока и в соответствии с уравнением. (6) δΦ˙ = TdgS˙, рассеивание механической энергии соответствует потере эксергии только при T = T∞, ср. э. (7). Всякий раз, когда поток возникает на уровне температуры, который не соответствует температуре окружающей среды T∞, cD и Kaccount для рассеивания, но не для потери эксергии в потоке.
Затем необходим второй коэффициент, который лучше всего определить как число разрушения эксергии NE Аналогично числу девальвации энергии, экв.(11), т. Е.
| традиционный подход | альтернативный подход | |||
| внешний поток | кД = FDρ2u∞2A | кД = Tρ2u∞3AS˙g D71, 971 D828282 поток | K = Δpρ2um2 | K = Tρ2um3AS˙g, D |
Таблица 1.
Коэффициенты сопротивления и потери напора; общепринятые и альтернативные определения из [10]. u∞: скорость набегающего потока, um: средняя скорость поперечного сечения
, которая для внешнего потока с E˙ = u∞22m˙ = ρ2u∞3Ais (c.е. таблица 1):
NE = T∞TcD (число разрушения эксергии) E23
и для внутреннего потока с E˙ = um22m˙ = ρ2um3Ais (см. таблицу 1):
NE = T∞TK (число разрушения эксергии) E24
Примечание что NE не является числом девальвации энергии в смысле его определения в уравнении (11) потому что справочная величина E˙in в уравнении (22) не является скоростью передачи энергии (которая может быть обесценена во время процесса передачи). Вместо этого это кинетическая энергия, вовлеченная в конвективный процесс. Он служит эталонной величиной для работы потока, необходимой для поддержания потока.
Отличается от Nia, согласно уравнению (11), для которого по определению всегда 0≤Ni≤1 придерживается, NE не ограничивается этим диапазоном. Например, NE = 3 для внутреннего потока означает, что потери эксергии (разрушение эксергии) во время этого процесса в три раза выше, чем кинетическая энергия, участвующая в конвективном процессе. Обратите внимание, что обесценивается не кинетическая энергия, а энергия, которая поступает в систему как работа потока, будучи чистой эксергией в начале и частично или полностью преобразующейся в анергию в процессе рассеяния.
5.2. Оценка конвективного теплообмена
Поскольку обе энергии в процессе конвективного теплообмена (необходимая работа потока и перенесенная тепловая энергия) подвергаются девальвации, они должны учитываться при оценке процесса конвективного теплообмена, например, с целью его оценки. оптимизация.
Что касается потерь, то учитывается потерянная эксергия обеих энергий, которые участвуют в процессе конвективного теплообмена. Эти потери эксергии характеризуются соответствующими скоростями генерации энтропии S˙g, т.е.(11) и S˙g, Din экв. (22). Они могут быть добавлены для обеспечения общей скорости образования энтропии в процессе конвективного теплообмена и служат в качестве целевого значения в процедуре оптимизации. Это разумный критерий для всех тех случаев, когда эксергетическая часть процесса переноса энергии считается как энергетический цикл. В таком процессе эксергия, потерянная перед турбиной, не может быть преобразована в механическую энергию в турбине и, таким образом, снижает эффективность цикла мощности.
Когда скорости генерации энтропии должны быть определены из подробных численных решений конвективного процесса теплопередачи, S˙g, ifollows из формул.(19), (20) в то время как Sgg из-за диссипации определяется как
S˙g = ∫ dgS (число разрушения эксергии) 25E25
с
dgS˙ = µT (2 [(∂u∂x) 2+ ( ∂u∂y) 2+ (∂u∂z) 2] + (∂u∂y + ∂v∂x) 2+ (∂u∂z + ∂w∂x) 2+ (∂v∂z + ∂w∂y) 2) dVE26
Когда поток турбулентный, dgS˙ в соответствии с уравнениями. (19) и (26) адекватны только для подхода прямого численного моделирования (DNS) в отношении турбулентности, как для примера, показанного в [11]. Поскольку решения DNS с их необычайными вычислительными потребностями не могут быть использованы для решения технических задач, вместо этого решаются усредненные по времени уравнения (осредненные по Рейнольдсу Навье-Стокса: RANS).Затем также dgS˙ должен быть усредненным по времени, что приводит к:
dgS˙C = dgS˙C¯ + dgS˙C’E27
и
dgS˙D = dgS˙D¯ + dgS˙D’E28
с dgS˙ C¯and dgS˙D¯ для генерации энтропии в усредненных по времени полях температуры и скорости, а также dgS˙C ‘и dgS˙D’ для усредненных по времени вкладов соответствующих флуктуирующих частей.
Все четыре части:
dgS˙C¯ = kT2 [(∂T¯∂x) 2+ (∂T¯∂y) 2+ (∂T¯∂z) 2] dVE29dgS˙C ‘= kT2 [(∂ T’∂x) 2 + (∂T’∂y) 2 + (∂T’∂z) 2] dVE30dgS˙D¯ = мкТл (2 [(∂u¯∂x) 2+ (∂U ∂y) 2+ (∂u¯∂z) 2] + (∂u¯∂y + ∂v¯∂x) 2+ (∂u¯∂z + ∂w¯∂x) 2+ (∂v¯∂z + ∂ w¯∂y) 2) dVE31dgS˙D ‘= мкТл (2 [(∂u’∂x) 2 + (∂u’∂y) 2 + (∂u’∂z) 2] + (∂u ‘∂y + ∂v’∂x) 2¯ + (∂u’∂z + ∂w’∂x) 2¯ + (∂v’∂z + ∂w’∂y) 2¯) dVE32
с результатами для турбулентного поле потока по уравнениям RANS, dgS˙C¯and dgS˙D¯ может быть определено, но не dgS˙C’и dgS˙D ‘.Для этих терминов необходимы модели турбулентности, как для примеров, обсуждаемых в [12].
5.3. Безразмерные параметры
Когда весь процесс конвективного теплообмена должен быть оценен (включая эксергетические потери в температуре и в поле потока), это снова должно быть сделано с помощью безразмерных параметров. Введенные до сих пор безразмерные параметры:
число Нуссельта Nu / eq. (13), указывающий силу теплообмена в сравнении с его необратимостью;
Девальвация энергии номер Ni / экв.(11), указывающий на потерю энтропийного потенциала переданной энергии;
Коэффициент потерь напора K / таблица 1, указывающая скорость рассеяния в поле потока;
Число разрушения эксергии NE / экв. (24), указывая на потерю эксергии в поле потока.
Если теперь интерес представляют общие потери эксергии для процесса конвективного теплообмена, то это, в основном, сумма эффектов, охватываемых Niand NE. Поскольку оба параметра не безразмерны одинаковым образом, их просто нельзя добавить.E = 0 для процесса, в котором вся эксергия теряется, потому что она преобразуется в анергию.
6. Примеры
Будут приведены два примера, в которых параметры, которые были введены выше, будут использоваться для характеристики ситуации теплопередачи. С этими примерами должно стать очевидным, что энтропия и / или ее генерация не должны игнорироваться, когда процессы теплообмена рассматриваются в практических промышленных применениях.
6.1. Полностью разработанный поток трубы с теплопередачей
Этот простой пример может проиллюстрировать, насколько важно учитывать образование энтропии, что является решающим аспектом в девальвации энергии № Согласно ее определению (11).
То, что обычно можно определить как характеристику теплопередачи полностью развитого потока в трубе, это число Нуссельта Nu. Предположим, что это Nu = 100, и это происходит на верхнем температурном уровне энергетического цикла, то есть перед турбиной этого устройства преобразования энергии. Предположим также, что эта ситуация с теплопередачей при Nu = 100 и тепловом потоке q˙w = 103 Вт / м2 на длине L = 0,1 moccurs в двух разных циклах мощности:
Паровой энергетический цикл (SPC) с водой как рабочая жидкость и верхний температурный уровень Tm, u = 900 К.
Органический цикл Ренкина (ORC) с аммиаком Nh4 как рабочей жидкостью и верхним температурным уровнем Tm, u = 400 К.
Когда в обоих циклах Nu, q˙w и Lare одинаковы, разница температур ΔTin Nuaccording к уравнению (13) больше в 2,6 раза для аммиака по сравнению с водой. Это связано с различными значениями теплопроводности воды (при Tm, u = 900 К и p = 250 бар) и аммиака (при Tm, u = 400 К и p = 25 бар), принимая типичные значения температуры и давления уровни в обоих циклах.
Для дальнейшего сравнения обратите внимание, что номер девальвации энергии в соответствии с ур. (11) в этом случае с dgS, согласно уравнению (3) и интегрированы для получения
S˙g, i = Q˙w, i (1Tw − 1Tm, u) ≈Q˙w, i ΔTTm, u2E35
с E˙ = Q˙wis
Таблица 2 показывает Число девальвации энергии Ни в обоих случаях согласно этому приближению. Это показывает, что только 0,37% энтропийного потенциала используется для теплообмена в случае SPC, но почти 5% в случае ORC «хотя» обе ситуации теплообмена имеют одинаковое число Нуссельта Nu = 100 и одинаковое количество энергия передается.Обратите внимание, что только та часть энтропийного потенциала, которая еще не используется, доступна для дальнейшего использования после рассматриваемого процесса.
| 90 164 Цикл / жидкость | кВт / мК | T∞K Тт, ик | ΔTK Ni | ||
| SPC / вода | 0,1 | 300 | 900 | 10 | 0,0037 |
| ORC / аммиак | 0.038 | 300 | 400 | 26 | 0,049 |
Таблица 2.
Теплообмен с Nu = 100, q ,w = 103 Вт / м2, L = 0,1 мин два разных цикла мощности
6,2. Использование CFD для оценки теплообменника
В предыдущем примере были рассмотрены два аналогичных процесса при двух разных уровнях температуры. Такой поток труб с теплопередачей является частью ситуации теплопередачи, показанной на фиг.1: холодная сторона (b) нагревается.
Во втором примере вычислительная гидродинамика (CFD) используется для оценки нагрева жидкости в канале внутри пластинчатого теплообменника, пытаясь найти наилучшую точку срабатывания для устройства.Сначала мы опишем устройство и то, как оно моделируется, а затем обсудим результаты и способы их использования. Дальнейшие подробности можно найти в [14].
6.2.1. Геометрия устройства
Пластинчатые теплообменники выполнены из гофрированных пластин, которые расположены в стопке пластин, образуя каналы между пластинами. Пластины сконструированы таким образом, что две жидкости отделяются друг от друга на своем пути через смежные каналы.
В зависимости от гофрировки пластин каналы имеют постоянно меняющиеся сечения, но имеется повторяющийся геометрический рисунок.и период Λ; c.f. [15]
6.2.2. Моделирование устройства
Первое упрощение, выполненное для того, чтобы облегчить моделирование, состоит в том, что пластина (и, следовательно, теплообменник) имеет бесконечную длину. Таким образом, влиянием на поток, вызванным областями входа или выхода, можно пренебречь: поток гидравлически развивается. Это имеет два следствия:
канал может быть смоделирован как бесконечно повторяющаяся полоса конечной длины, см. Рисунок 3 (a),
должна быть смоделирована только половина канала, см. Рисунок 3 (b).
Полученная геометрия области показана на рисунке 4.
Рисунок 3.
Упрощенная геометрия теплообменника: (а) симметричная полоса; (б) область решения из-за предположения симметрии.
Рисунок 4.
— вид имитирующей пластины пластинчатого теплообменника.
Второе упрощение, сделанное здесь, заключается в том, что теплообменник работает со сбалансированным встречным потоком: объемный расход m˙cpis одинаков как на горячей, так и на холодной стороне, так что разность температур между ними, а также температура флюс q одинаково в каждой точке между входом и выходом.
6.2.3. Граничные условия
На основании сделанных выше предположений периодические граничные условия могут быть применены к полю потока в направлении основного потока x (см. Рисунок 3). Граничное условие, применяемое по отношению к полю давления, представляет собой так называемое граничное условие «вентилятор», которое устанавливает постоянный перепад давления между впускным и выпускным патчем. В плоскости симметрии накладывается граничное условие симметрии, и граничные условия без скольжения выполняются на всех стенках.
Рисунок 5.
Общая скорость генерации энтропии S˙g, скорость генерации энтропии из-за рассеяния S˙g, D и скорость генерации энтропии из-за проводимости S˙g, C (нормированная с минимальной скоростью генерации энтропии при Re≈2000) при различных числах Рейнольдса , для моделируемого прохода теплообменника.
Поле температуры имеет граничное условие вентилятора с положительным перепадом температур ΔTiobet между входным и выходным патчем. Это приводит к нагреву жидкости при ее прохождении через моделируемый проход.Граничное условие, используемое для верхней и нижней стенок, представляет собой линейно увеличивающийся профиль температуры в направлении среднего потока. Увеличение температуры ΔTω, iois такое же, как ΔTio. Вместе эти два граничных условия моделируют конфигурацию сбалансированного противотока теплообменника. Граничное условие с нулевым градиентом используется для прокладки, которая моделируется как адиабатическая стенка.
Изменение перепада давления приводит к различным средним скоростям потока. Чтобы сохранить тепловой поток q˙wfix, необходимо было соответственно отрегулировать разность температур между входом и выходом (ΔTw, io = ΔTio = q˙wA / m˙cp).
6.2.4. Результаты моделирования
Результаты, полученные в результате моделирования CFD, дают доступ к полям скорости, давления и температуры u, pand T. Их можно использовать для расчета коэффициента теплопередачи и коэффициента потерь напора для рассматриваемой конвективной теплопередачи.
Расчет полей давления и скорости является дорогостоящей частью моделирования. Когда предполагается, что все свойства флюида постоянны, то есть не зависят от давления и температуры, температурное поле можно даже смоделировать как пассивный скаляр, который требует очень небольших вычислительных затрат.Четыре части генерации энтропии (S˙g, C¯, S˙g, C ‘, S˙g, D¯, S˙g, D’, см. Уравнения (29) — (32) в разделе 5.2. ) являются величинами постобработки: они могут быть получены из u-, p- и T-полей без решения дополнительных дифференциальных уравнений. Это полезно для оценки определенного процесса, работающего на разных уровнях температуры.
Скорости генерации энтропии из-за рассеяния, проводимости и их суммы показаны на рисунке 5 для различных чисел Рейнольдса. Для увеличения чисел Рейнольдса S˙g Dincreases, а S˙g Cdecreases.Оптимальная точка работы может быть определена примерно при Re = 2000. Такой же оптимум может быть определен на рисунке 6 для номера девальвации энергии теплообменника, Nhe, поскольку в уравнении. (11) тепловой поток, площадь стенки и температура окружающей среды одинаковы для всех расчетов.
Рисунок 6.
Число девальвации энергии Nhe для прохода моделируемого пластинчатого теплообменника.
Обратите внимание, что кривые для S˙g, Cand S˙g, Din на рисунке 5 — почти прямые линии, особенно для больших чисел Рейнольдса.Поэтому для того, чтобы приблизительно оценить оптимальную точку операции, необходимы только два моделирования. Из двух прямых для S˙g, Cand S˙g, D сумма обоих получается в виде кривой с минимумом при оптимальном числе Рейнольдса.
Как упоминалось ранее, генерация энтропии является величиной постобработки. Это можно использовать для оценки моделируемой ситуации теплообмена при разных уровнях температуры. Если общее изменение температуры между входом и выходом не слишком велико, аппроксимация может быть сделана простым масштабированием результатов соответственно.Генерация энтропии за счет рассеяния S˙g, D, newat на уровне температуры Tnewis (по сравнению с генерацией энтропии в существующем результате моделирования) S˙g, D, new / S˙g, D, sim = Tsim / Tnew. Если новый уровень температуры выше, S˙g, D, new будет меньше, чем S˙g, D, sim. Точно так же для генерации энтропии из-за проводимости соотношение S isg, C, new / S˙g, C, sim = (Tsim / Tnew) 2. Опять же, если новый уровень температуры выше, S˙g, C, new будет меньше, чем S˙g, C, sim. Оптимальная точка срабатывания смещается в сторону меньшего числа Рейнольдса (см. Рисунок 7), потому что влияние изменения уровня температуры на S˙g, Cis больше, чем влияние на S˙g, D.
Рисунок 7.
Скорости генерации энтропии для теплообмена при различных уровнях температуры. При более высоких температурах оптимальная точка срабатывания смещается на более низкие числа Рейнольдса.
7. Выводы
Несмотря на свою явно низкую популярность, генерация энтропии является важнейшим аспектом каждого процесса теплопередачи. Каждый реальный технический процесс включает генерацию энтропии, которая в какой-то момент должна быть разряжена в окружающую среду. Было показано, что каждый поток энергии имеет энтропийный потенциал, который представляет собой величину энтропии, которая может быть выделена в окружающую среду вместе с потоком энергии.Поэтому он устанавливает предел для всех требуемых процессов, связанных с этим потоком энергии. На основании этого было введено число девальвации энергии , которое количественно определяет часть энтропийного потенциала, которая теряется в процессе передачи. Номер девальвации энергии применим ко всем процессам, в которых передается энергия, и рекомендуется для их оценки, особенно в отношении устойчивости.
В примерах также было показано, как разные ситуации теплопередачи можно сравнивать друг с другом.Такие сравнения могут быть сделаны на самых разных уровнях, начиная от оценки системы (то есть для сравнения различных систем) до более подробных исследований, касающихся оптимизации подсистем, которые являются частью общей системы теплопередачи. Также было показано, как существующие результаты моделирования могут быть повторно использованы при различных уровнях температуры, эффективно снижая стоимость моделирования CFD.
