Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | ||
|
Глава 1
Принципы теплопередачи
Введение
Перенос энергии и вещества присутствуют во всех физических явлениях окружающего мира, в живых организмах, технических устройствах и др. При этом энергия, перенос которой обусловлен разностью температур, называется теплом. Нельзя назвать ни одного процесса (физического, технологического и т.д.), который бы не обеспечивался как количественным, так и выполняемым по определенному временному закону транспортом тепла.
В общем случае при анализе транспорта тепла необходимо рассмотреть три различных механизма теплопередачи: кондукцию (теплопроводность), конвекцию и излучение. Ниже будут рассмотрены основные принципы трех механизмов теплопередачи с их более детальным анализом в последующих главах.
Формы транспорта тепла и обобщенный закон сохранения энергии
Второй закон термодинамики однозначно определяет, что тепло самопроизвольно распространяется только в направлении уменьшения температуры.
Различают три формы транспорта тепла:
1) кондукция (теплопроводность) – транспорт энергии обусловлен непосредственным взаимодействием частиц вещества на микроуровне (молекул, атомов, свободных электронов….);
2) конвекция – транспорт энергии связан с перемещением масс подвижных сред (макроуровень) в неоднородном температурном поле;
3) радиационный теплообмен (излучение) – транспорт энергии осуществляется в виде электромагнитных волн, обусловленных тепловым движением микрочастиц в веществе.
Если второй закон термодинамики позволяет качественно характеризовать процесс транспорта тепла, то первый закон термодинамики дает возможность количественного анализа термодинамических систем в равновесном состоянии:
dq* = di – 1/ρ·dp, di = cp·dt
Для обеспечения возможности анализа процессов транспорта тепла модифицируем закон сохранения энергии применительно к изобарному процессу и элементарному объему вещества dV (dm = ρ·dV). Получим:
dq* = di dm·dq* = dm·di dQ = ρcp·dV ·dt.
При единичном поверхностном тепловом воздействии на элемент dV имеем:
.
При воздействии нескольких поверхностных и объемных источников тепла модифицированный закон сохранения примет вид:
. (1.2.1)
Появление частной производной в уравнении (1.2.1) определяется необходимостью характеризовать скорость изменения температуры в некоторой локальной точке объема. При этом в общем случае температура является функцией трех пространственных и одной временной координат. В математической физике функция такого типа, взятая в некоторый фиксированный момент времени, называется полем физической величины; для рассматриваемого случая – полем температур.
Одно-, двух- и трехмерные поля температур определяются соответствующим количеством пространственных координат, а временная зависимость поля характеризует режим теплообмена как нестационарный; при отсутствии такой зависимости – как стационарный.
Дата публикования: 2015-01-23; Прочитано: 191 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!