АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология
|
Виды теплопередачи
Теплопередача — это переход, передача тепла от одного тела к другому или от одной части пространства или тела к другой вследствие разности температур. Существуют три вида теплопередачи; конвекцией, излучением и теплопроводностью.
Конвекция или конвективный теплообмен — перенос тепла движущимися частицами газов или жидкостей. Различают естественную (свободную) конвекцию, когда движение среды происходит вследствие разности плотностей различно нагретых участков и вынужденную конвекцию (под воздействием перемешивающих средств). В жидкости, наряду с конвективным переносом тепла, всегда имеет место теплопроводность (она велика в жидких металлах). В технике часто рассматривают конвективный теплообмен газа или жидкости с твердой поверхностью. Количество тепла (Q, Дж), передаваемое от стенки газу конвекцией, можно определить по формуле:
Где tп и tГ—температура поверхности стенки и газа, К (или°С); F — площадь стенки, м2; α — коэффициент теплопередачи, Вт/ (м2 • К); τ — длительность процесса, с. Коэффициент теплопередачи (теплоотдачи) характеризует интенсивность теплообмена, он зависит от при-роды и скорости движущейся среды, от температуры поверхности и газа и ряда других факторов; для случая свободного движения воздуха у плоской стенки его приближенно можно определить по формуле:
α = 10 + 0,06*tп Вт/(м2*К), где tп,— температура поверхности стенки, °С.
Теплопроводность — передача тепла от соприкасающихся между собой частиц тела без их взаимного перемещения. В металлах перенос тепла происходит за счет свободных электронов, в неметаллах — колеблющимися атомами. Количество передаваемого теплопроводностью тепла определяется разностью температур и значением коэффициента теплопроводности того или иного вещества. Коэффициент теплопроводности металлов высок: λ= 5 - 450 Вт/ (м • К); у твердых неметаллических материалов λ = 0,15 - 19, у графита 55 - 165 Вт/ (м*К); у газов и жидкостей при нормальной температуре соответственно 0,005—0,3 и 0,13—0,55 Вт/(м*К). Коэффициент теплопроводности λ, зависит также от температуры. Значения коэффициентов теплопроводности некоторых материалов при температурах 0—20 °С приведены ниже:
Материал
t, °С
λ, Вт/ (м • К)
| Fе Сталь(0,5%С) А1 Си Ni
| 25 20 0 0 0
58,7 50 204 384 58
|
Материал Cr Вода Воздух
t, °С 25 0 0
λ, Вт/ (м • К) 55,8 0,5513 0,0244
Значение коэффициентов теплопроводности среднеуглеродистой (0,2—0,5% С) стали при различной температуре приведены ниже:
t, °С 100 400 700 1000 1200
λ, Вт/ (м • К) 49,4 42,5 32,5 26,9 29,6
Эти значения изменяются при введении в сталь легирующих элементов и изменении содержания углерода. Теплопроводность огнеупоров, применяемых для футеровки кислородных конвертеров, характеризуется данными табл. 5.
Простейший случай — передача тепла теплопроводностью через плоскую однослойную (из одного материала) стенку при стационарном режиме (т. е. когда температурное поле не изменяется, температура поверхностей стенок остается постоянной), характеризуется формулой:
,
Таблица 5. Коэффициент теплопроводности λ и теплоемкость Сср некоторых огнеупоров (при 200—1700 °С)
Огнеупор
| Открытая пористость, %
| Кажущаяся плотность, г/м3
| λ, Вт/ (м • К)*
| Сср, Дж/(кг. К)
| Периклаз
|
| 2,6—2,8
| 6,28—0,0027t
| 1050 +0,145t
| Периклазохромит
| 16 — 20
| 2,88—3,11
| 4,1—0,0013t
|
| Хромитопериклаз
| 16 — 20
| 2,92—3,15
| 2,48—0,00024t
|
| Смолодоломит
| 21 — 23
| 2,65—2,74
| 3,14—0,00056t
|
| Смолопериклаз
| 18 — 27
| 2,58—2,88
| 6,1—0,0023t
| —
| Периклазоуглеродистый
| -
| -
| В два-три раза больше, чем у смолопериклаза
|
| * Значения λ справедливы лишь при указанных в табл. 5 значениях пористости и кажущейся плотности огнеупора.
где Q – количество передаваемого тепла, Дж/(м2*с); t1 и t2 — температуры на противоположных поверхностях стенки, К (°С); S —толщина стенки, м; λ — коэффициент теплопроводности материала при температуре, средней между t1 и t2 Вт/(м*К).
Удельное (отнесенное к 1 с и 1 м2 поверхности) количество тепла, которое передается через многослойную плоскую стенку, состоящую из nслоев различных веществ, равно, Дж/(м2*с),
,
где t1 и tп + 1—температуры внутренней (нагретой) и наружной поверхности стенки, °С; S —толщина слоя из того или иного материала, м; λ — коэффициент теплопроводности материала при температуре, средней для каждого из слоев, Вт/ (м • К).
Потери тепла через футеровку печи, состоящую, например, из двух слоев огнеупорных материалов в окружающую воздушную среду можно определить по формуле, кДж;
Где tвн и tнар — температуры внутренней и наружной поверхности футеровки, °С; S — толщина каждого из слоев футеровки, м; λ1 и λ2 — каждого из слоев огнеупора температуре, Вт/ (м • К); α — коэффициент теплоотдачи от стенки окружающему воздуху, Вт/ (м2 • К); т—время, с; F — площадь футеровки печи, м2.
Теплообмен излучением — это передача тепловой энергии электромагнитными волнами (преимущественно это инфракрасное излучение с длиной волн от 0,8 до 50 мкм). Каждое тело (вещество) постоянно излучает тепловые лучи и поглощает излучение окружающих. тел. Согласно закону Кирхгофа лучеиспускательная способность тела пропорциональна его поглощательной способности.
Лучеиспускательную способность характеризуют степенью черноты, которая может изменяться от 0 до 1 и коэффициентом излучения (лучеиспускания). Максимальные значения этих величин у так называемого абсолютно черного тела: степень черноты ε = 1 и коэффициент излучения с0 = 5,7 • 10'8 Вт/ (м2 • К4). Все реальные тела и вещества не являются абсолютно черными и могут излучать и поглощать меньше лучистой энергии: степень черноты у них < 1, а коэффициент излучения с = ε -с0. Степень черноты ε зависит от природы вещества, температуры и состояния поверхности тела; значения ε для некоторых веществ приведены в табл. 6.
Таблица 6. Степень черноты некоторых материалов
Материал
| t, oC
| ε
| Сталь листовая прокатная
|
| 0,6
| Сталь полированная
| 40—260
| 0,07 0,10
| Алюминий листовой
|
| 0,09
| Графит, углерод Сталь жидкая
| —
1700—1800
| 0,93
0,28
| Чугун жидкий Шлаки жидкие
|
—
| 0,29
0,53—0,9
| Магнезитовый кирпич
|
| 0,39
| Полное количество лучистой энергии Е, Дж/(м2*с), излучаемой за 1 с с 1 м2 поверхности тела, выражается формулой Стефана— Больцмана:
,
Где Т – температура тела, К (оС+273).
Количество тепла, передаваемого излучением от более нагретого тела к менее нагретому, определяется по формуле, Дж/(м2*с):
,
Где Т1 и Т2 — температура первого и второго тел, К (°С+273); ε — приведенная степень черноты, которая зависит от степени черноты обоих тел (ε1 и ε2), геометрии системы и др.
Дата добавления: 2015-09-03 | Просмотры: 1008 | Нарушение авторских прав
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 | 51 | 52 | 53 | 54 | 55 | 56 | 57 | 58 | 59 | 60 | 61 | 62 | 63 | 64 | 65 | 66 | 67 | 68 | 69 | 70 | 71 | 72 | 73 | 74 | 75 | 76 | 77 |
|