Техническая термодинамика Понятие теплоемкости Изотермический процесс Двигатели внутреннего сгорания Теплопроводность Роль теплоты и её использование Источники энергии и топливные ресурсы Тепловые, гидравлические, атомные электростанции


Лекции по термодинамике

Явление конвекции можно объяснить законом Архимеда и явлением теплового расширения тел.

Как мы уже говорили, при подводе тепла к жидкости или газу увеличивается интенсивность движения молекул, а вследствие этого повышается давление. Если жидкость или газ не ограничены в объеме, то они расширяются; локальная плотность жидкости (газа) становится меньше, и благодаря выталкивающим (архимедовым) силам нагретая часть среды движется вверх (именно поэтому теплый воздух в комнате поднимается от батарей к потолку, вентиляция форточками).

Конвективный тепловой поток от нагревателя к нагреваемой среде зависит от начальной скорости движения молекул, плотности, вязкости, теплопроводности и теплоемкости и среды; очень важны также размер и форма нагревателя. Соотношение между соответствующими величинами подчиняется закону Ньютона

q = hA (TW  T),

где q – тепловой поток (измеряемый в ваттах), A – площадь поверхности источника тепла (в м2), TW и T – температуры источника и его окружения (в кельвинах). Коэффициент конвективного теплопереноса h зависит от свойств среды, начальной скорости ее молекул, а также от формы источника тепла, и измеряется в единицах Вт/(м2хК). Закон Стефана-Больцмана Закон Стефана-Больцмана устанавливает зависимость излучения от температуры.

Величина h неодинакова для случаев, когда воздух вокруг нагревателя неподвижен (свободная конвекция) и когда тот же нагреватель находится в воздушном потоке (вынужденная конвекция). В простых случаях течения жидкости по трубе или обтекания плоской поверхности коэффициент h можно рассчитать теоретически. Однако найти аналитическое решение задачи о конвекции для турбулентного течения среды пока не удается. Турбулентность – это сложное движение жидкости (газа), хаотичное в масштабах, существенно превышающих молекулярные.

Конвекцию необходимо учитывать при проектировании теплообменников, систем кондиционирования воздуха, высокоскоростных летательных аппаратов и многих других устройств. Во всех подобных системах одновременно с конвекцией имеет место теплопроводность, причем как между твердыми телами, так и в окружающей их среде. При повышенных температурах существенную роль может играть и лучистый теплообмен.

Лучистый теплообмен.

Существует источник энергии, играющий очень важную роль в природе — солнечное излучение. Передача энергии в этом случае происходит с помощью лучистого теплообмена, с которым мы часто встречаемся в быту.

Если вы зажжете настольную лампу и подставите руку, как показано на рисунке, то почувствуете тепло. Точно так же путем лучистого теплообмена мы ощущаем тепло от костра, нагретой печи, раскаленного куска металла или тлеющих углей и т. д. Пример с включенной лампочкой в руке.Этот вид теплообмена не связан ни с теплопроводностью и ни с конвекцией. Лучистый теплообмен имеет другую природу. Лучистый теплообмен хорошо происходит и в вакууме, т. е. в пространстве, где практически нет вещества.

lamp

 

 

 

 

Отражение света

 

Снег отражает 90% солнечных лучей

 


Руководство к лабораторным работам по термодинамике