SHPORA.net :: PDA | |
Main FAQ гуманитарные науки естественные науки математические науки технические науки 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. |