SHPORA.net :: PDA

Login:
регистрация

Main
FAQ

гуманитарные науки
естественные науки
математические науки
технические науки
Search:
Title: | Body:

Физические основы тепловых преобразователей.


Основным уравнением теплового преобразования является уравнение теплового

баланса, физический смысл которого заключается в том, что вся теплота,

поступающая к преобразователю, идет на повышение его теплосодержания Qтс и

следовательно, если теплосодержание преобразователя остаётся неизменным (не

меняется температура и агрегатное состояние), то количество поступающих в

единицу времени теплоты равно количеству отдаваемой теплоты. Теплота,

поступающая к преобразователю, является суммой количества теплоты Qэ,

создаваемой в результате выделения в нем электрической мощности и количества

теплоты Qто, поступающей в преобразователь или отдаваемое им в результате

теплообмена с окружающей средой. Теплосодержание при неизменном агрегатном

состоянии вещества зависит от массы «m» и удельной теплоемкости «c» материала

преобразователя и связано с температурой







Теплообмен осуществляется тремя способами:



1) посредством теплопроводности;



2) посредством конвекции;



3) посредством теплового излучения;



На практике обычно имеет место комбинация этих способов.



Теплообмен посредством теплопроводности:



При нем происходит перенос тепловой энергии только путем взаимодействия частиц,

находящихся в непосредственном соприкосновении друг с другом и имеющих различную

температуру. В чистом виде теплообмен путем теплопроводности имеет место только

в твердых телах. Распространение теплоты путем теплопроводности определяется

законом Фурье:



g=-Ляgrad тет



g - тепловой поток, представляющий собой количество теплоты, переданное в

единицу времени через единицу поверхности.







Ля - теплопроводность











Теплопроводность зависит от природы и физического состояния вещества. В

анизотропных телах она зависит кроме того от направления распространения

теплоты. Лучшими проводниками теплоты являются металлы, наименьшей

теплопроводностью обладают газы. Для газов теплопроводность зависит не только от

состава газа, но и от температуры при большом разряжении от давления.



Полный тепловой поток созданный разностью температур определяется формулой:







Gтет - тепловая проводимость среды.



Rтет - тепловое (термическое) сопротивление среды.



Тепловая проводимость среды зависит от теплопроводности, определяемой по

справочным данным из геометрических соотношений и для её расчета можно

использовать аналогичные формулы электропроводимости, заменив удельную

проводимость теплопроводностью.



Тепловая проводимость плоской стенки:







S - площадь стенки;



бет - толщина стенки;



Тепловая проводимость цилиндрической стенки:







l - длина цилиндра;



d1 - внешний диметр стенок цилиндра;



d2 - внутренний диаметр стенок цилиндра;



Теплообмен посредством конвекции совершается путем перемещения материальных

частиц и может иметь место только в жидкостях или газах. Если причиной движения

потоков жидкости или газа является неодинаковая плотность среды, вызванная

разностью температур, то говорят о естественной конвекции. Движение потоков под

действием внешних причин вызывает вынужденную конвекцию. Полный тепловой поток в

этом случае определяется формулой Ньютона:



gто - тепловой поток теплоотдачи;



Е - коэффициент теплоотдачи;



S - площадь поверхности тела;



Дтет - разность температур окружающей среды и тела;



Е при естественной и вынужденной конвекции рассчитывается на основании теории

теплового и геометрического подобий.



Тепловое излучение- поток электромагнитных волн, излучаемых телом за счет его

тепловой энергии и полностью или частично поглощаемых другими телами.



Разность между излучаемой и поглощаемой телом лучистой энергии отлична от нуля,

если температура тел, участвующих во взаимном обмене лучистой энергии, различна.

По закону Стефана-Больцмана полное количество энергии, излучаемой в единицу

времени единицей поверхности, имеющей температуру , равно:







сиг0 - константа излучения абсолютно черного тела.



С0 – коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела.



Закон Стефана-Больцмана применим к реальным (серым) телам, но их коэффициент

лучеиспускания рассчитывается с учетом относительной излучательной способности

или степени черноты тела .



Еэффективное – извне падающее эффективное значение окружающих тел.



При выводе формул лучистого теплообмена между телами необходимо учитывать кроме

лучеиспускательной, поглощательной и отражательной способности тел их размеры и

направления излучений. Относительно простые формулы могут быть выведены для

обмена теплом между плоскими параллельными поверхностями и между двумя

поверхностями в замкнутом пространстве, когда одна из поверхностей охватывает

другую обязательно выпуклую поверхность.