Способы переноса теплоты




Раздел 1. «Термодинамика»

Тема 1.2 «Основные законы термодинамики. Теплопередача»

Занятие №6. «Энтальпия и энтропия. Способы переноса тепла»

 

С целью упрощения расчетов термодинамических процессов была ведена функция энтальпия.

Удельная энтальпия, т. е. отношение энтальпии к массе тела,обозначается i и выражается в джоулях на килограмм (Дж/кг). Она представляет собой функцию вида

Поскольку входящие в удельную энтальпию величины и (внутренняя энергия), р (давление) и v (объем) являются параметрами (функцией) состояния, то и сама удельная энтальпия будет также параметром (функцией) состояния.

Изменение удельной энтальпии определяется следующим вы­ражением:

Удельная энтальпия идеального газа, так же, как и внутренняя энергия, является функцией только температуры (Т) и не зависит от других параметров. Действительно, для идеального газа

Для удобства термодинамических расчетов Клаузиус ввел но­вую функцию состояния рабочего тела — энтропию (от греч. tropos — превращение, преобразование). Для 1 кг газа энтропия обозначается s и измеряетсяДж/кг∙К, а для произвольной массыобозначается S и измеряетсяДж/К.

Энтропия для 1 кг газа может быть определена из выражения

Удельной энтропией s называют функцию состояния термоди­намической системы, приращение которой Δ s равно отношению бесконечно малого количества теплоты Δ q,сообщаемого системе, к ее абсолютной Т, т. е.

Для термодинамических расчетов используют не саму энтро­пию, а её изменение Δ s, которое для любого процесса равно

Энтропию не измеряют (нет приборов), се рассчитывают. Простота и удобство применения энтропии в качестве парамет­ров состояния привели к широкому использованию ее в теплотех­нических расчетах.

Понятие энтропии позволяет ввести очень удобную для ис­следования термодинамических процессов циклограмму состоя­ний, в которой по оси ординат откладывают абсолютную темпе­ратуру T а по оси абсцисс — значения энтропии s. Такую цикло­грамму называют T, s -диаграммой.

При этом условно принимают энтропию, равную нулю при нормальном состоянии газа.

 

Способы переноса теплоты

В учении о теплообмене рассматриваются процессы распро­странения теплоты в твердых, жидких и газообразных телах. Эти процессы по своей физико-механической природе весьма много­образны, отличаются большой сложностью и обычно развивают­ся в виде целого комплекса разнородных явлений.

Перенос теплоты может осуществляться тремя способами: те­плопроводностью, конвекцией и излучением или радиацией. Эти формы теплообмена существенно отличаются по своей природе и характеризуются различными законами.

Процесс переноса теплоты теплопроводностью происходит между непосредственно соприкасающимися телами или частица­ми тел с различной температурой.

Теплопроводность представляет собой, согласно взглядам со­временной физики, молекулярный процесс передачи теплоты. В металлах при такой передаче теплоты большую роль играют свободные электроны.

Известно, что при нагреве тела кинетическая энергия его мо­лекул возрастает. Частицы более нагретой части тела, сталкиваясь при своем беспорядочном движении с соседними частицами, со­общают им часть своей кинетической энергии. Этот процесс постепенно распространяется по всему телу. Например, если нагре­вать один конец металлического стержня, то через некоторое вре­мя температура другого его конца также повысится. Перенос теплоты теплопроводностью зависит от физических свойств тела, от его геометрических размеров, а также от разности температур между различными частями тела.

Конвекция происходит только в газах и жидкостях. Этот вид переноса осуществляется при перемещении и перемешивании всей массы неравномерно нагретых жидкости или газа. Конвек­тивный перенос теплоты происходит тем интенсивнее, чем боль­ше скорости движения жидкости или газа, так как в этом случае за единицу времени перемещается большее количество частиц тела. В жидкостях и газах перенос теплоты конвекцией всегда сопровождается теплопроводностью, так как при этом осуществ­ляется и непосредственный контакт частиц с различной темпера­турой.

Одновременный перенос теплоты конвекцией и теплопровод­ностью называют конвективным теплообменом. Различают выну­жденный и свободный конвективный теплообмен. Если движе­ние рабочего тела вызвано искусственно (вентилятором, ком­прессором, мешалкой и др.), то такой конвективный теплообмен называют вынужденным. Если движение рабочею тела возникает под влиянием разности плотностей отдельных частей жидкости от нагревания, то такой теплообмен называют свободным или ес­тественным конвективным теплообменом.

Изучение — процесс передачи теплоты излучением между двумя телами, разделенными полностью или частично пропус­кающей излучение средой. Этот процесс происходит в три этапа: превращение части внутренней энергии одного из тел в энергию электромагнитных волн, распространение электромагнитных волн в пространстве, поглощение энергии излучения другим те­лом и преобразование ее во внутреннюю энергию. При сравни­тельно невысоких температурах перенос энергии осуществляется в основном инфракрасными лучами.

Совокупность всех трех видов переноса теплоты называют сложным теплообменом. Однако изучение закономерностей слож­ного теплообмена представляет собой довольно трудную задачу. Поэтому отдельно рассматривают каждый их трех видов теплооб­мена, а затем проводят расчеты сложного теплообмена.

В основе теории теплообмена лежат первый и второй законы термодинамики, а также другие законы общей физики (закон Фу­рье, второй закон Ньютона, закон Планка и др.).

 

Вопросы и задания

 

1. Для чего была введена удельная энтальпия?

2. От каких параметров зависит удельная энтальпия?

3. Что называют энтропией и как она используется в термодинамических расчетах?

4. Что называют удельной энтропией?

5. В чем удобство и что позволяет ввести понятие энтропии?

6. Какими способами может осуществляться перенос теплоты?

7. Что представляет собой теплопроводность?

8. Что называют конвекцией и в каких веществах она происходит?

9. Какие бывают виды конвективного теплообмена и в чем их особенность?

10*. В каких машинах, используемых при проведении аварийно-спасательных работ происходит конвективный теплообмен? (конкретные его виды).

11. Что собой представляет излучение?

12. Что называют сложным теплообменом?

13. Какие виды переноса теплоты происходят во время пожара? Приведите примеры!



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2022-12-31 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: