ГОЛОВНІ ЗАКОНИ ТЕПЛО- ТА МАСООБМІНУ

Дата добавления: 2014-11-10; просмотров: 850

Речовина може перебувати в одному з трьох агрегатних станів (фаз): газоподібному, рідині та твердому тілі. Головні параметру стану: температура (Т), тиск (Р), питомий об’єм (v).Головні функції стану: внутрішня енергія (U), ентальпія (Н), ентропія (S).

Фізичні властивості речовини: теплоємність, щільність, теплопровідність тощо.

Перехід речовини з однієї фази в іншу звуть фазовим переходом (те такі переходи, як кипіння, конденсація, випарювання, тощо). Якщо питомі ентальпії фаз 1 та 2 - відповідно h₁ та h₂, nо теплота фазового переходу буде

r = h₂ – h₁.

Теплопровідність (рівняння Фурьє)

Теплопровідність являє собою один з видів теплообміну, який здійснюється шляхом молекулярного перенесення у твердих та рідких (газоподібних) середовищах. Кількість теплоти Q, яка передана за рахунок теплопровідності, визначається за формулою

, (10-1)

де λ – коефіцієнт теплопровідності, Вт/(м* ⁰С),

dA – площа поверхні, через яку здійснюється теплообмін, м²,

dT/dx – градієнт температур, ⁰С/м.

У наведеному вигляді формула застосовується лише для опису об’єктів із розосередженими параметрами. Для спрощення такі об’єкти замінюють на ряд кінечномірних об’єктів із зосередженими параметрами, після чого формула (10-1) приймає наступний вигляд:

,

де Т_і – температура і-го елементу із зосередженими параметрами, ⁰С,

Т_і+1 - температура (і+1) -го елементу із зосередженими параметрами, ⁰С,

S – глибина елемента, вздовж якої йде тепло, або відстань між центрами елементів і та (і+1), м.

Теплопровідність матеріалу , зазвичай, залежить від температури:

,

де β – температурний коефіцієнт теплопровідності, 1/⁰С,

Т – температура матеріалу, ⁰С,

λ₀ – теплопровідність, віднесена до певної температури, Вт/(м*⁰С).

Конвективний теплообмін (закон тепловіддачи Ньютона)

Конвекція – це теплообмін, який здійснюється шляхом переміщення об’ємів рідини або газів. Кількість теплоти, яка передається під час такого теплообміну, визначається рівнянням

,

де α – коефіцієнт теплопередавання, Вт/м²*⁰С,

dA – площа поверхні контакту, м²,

T_s – температура твердої поверхні, ⁰С,

T_f – температура рідини, ⁰С.

Моделювання процесів теплоперенесення

Променистий теплообмін (закон Стефана-Больцмана)

Променистий теплообмін полягає у тому, що усі тіла випромінюють (поглинають) енергію пропорційно температурі у 4-му ступеню. Кількість енергії, що випромінюється, визначається рівнянням

,

а теплообмін випромінюванням між двома поверхнями - рівнянням

де dA- площа поверхні, м²,

ε – ступінь чорноти,

σ = 5,669*10^-9, Вт/(м³*⁰С⁵ – стала Стефана-Больцмана,

Т1 –температура поверхні, що випромінює, ⁰С,

Т2 – температура поверхні, що поглинає, ⁰С.