Механизмы теплопередачи и их применение
Теплообменное оборудование и отопительные приборы выполняют свои функции прежде всего благодаря физическому процессу – теплопередаче (иначе — теплообмену): тело с более высокой температурой передает тепло телу с температурой ниже, пока не наступит относительное термодинамическое равновесие. При этом среды разделены либо твердой стенкой, либо другой поверхностью. Относительное термодинамическое равновесие предполагает, что в итоге величины вроде температуры будут примерно равняться друг другу.
Деятельность различных типов теплообменников и отопительных приборов основывается на разных физических процессах – в зависимости от механизмов теплопередачи:
- На теплопроводности
- На конвекции
- На тепловом излучении.
Теплопроводность и теплообменное оборудование
Процесс теплопроводности характеризуется способностью тел переносить энергию с помощью движущихся частиц. К таким частицам относятся молекулы, атомы, электроны и другие. Теплопроводность выше в твердых телах и меньше – в газообразных, это известно еще из школьного курса: молекулы в газах находятся дальше друг от друга, поэтому заявленный вид теплопередачи происходит медленнее. Интенсивность теплообмена связана с коэффициентом теплопередачи.
Кожухотрубные, спиральные, пластинчато-ребристые, секционные и другие теплообменники осуществляют обогрев за счёт теплопроводности.В рекуперативных теплообменниках теплоносители разделяются стенкой, в регенеративных происходит поочередное взаимодействие горячего и холодного теплоносителя с определенной поверхностью.
Конвекция и отопительные приборы
При таком виде теплопередачи, как конвекция, внутренняя энергия передается потоком или струйно.
Конвекция бывает двух видов:
- вынужденная — при содействии внешних сил; инструментами могут выступать вентилятор, насос, смешивающий прибор.
- естественная — при нагреве происходит перемещение слоев воздуха.
Действие конвектора как отопительного прибора основано на этом механизме теплопередачи. Благодаря естественной термогравитационной конвекции нагретый воздух поднимается выше, а на его место приходит менее теплый, который находился наверху — так постепенно нагревается помещение.
Естественная конвекция ответственна за многие природные явления — в том числе за образование облаков. Искусственная конвекция влияет на работу сухих градирен — драйкулеров, которые осуществляют свою работу с помощью вентиляторов.
Тепловое излучение
Веществу свойственно излучать электромагнитные волны. Тепловое излучение как механизм теплопередачи основывается как раз на электромагнитном излучении, появляющимся из-за внутренней энергии, которым обладает тело. Чем выше температура вещества, тем выше излучение. Другие тела могут улавливать излучение или же отбрасывать его. Известно, что темные предметы легче поглощает излучение. Светлым предметам свойственно отражать излучение. Так, к примеру, тепловым излучением обладает металл в нагретом состоянии.
Многие искусственные источники освещения работают за счёт теплового излучения — в том числе лампы накаливания. В обогреве помещений также применяется механизм излучения — широко применяются инфракрасные обогреватели, излучателями служат галогенные, кварцевые, а также карбоновые лампы. Особенностью ИК-обогревателя является последовательность нагрева: при его действии сначала нагреваются предметы (например, мебель) и только потом от предметов нагревается воздух.
При обогреве помещения обычно ориентируются на конвекцию и теплопроводность, потому что использования теплового излучения дорого обходится. Чтобы оценить эффективность обогрева помещения, учитывайте распределение температуры воздуха относительно высоты самого помещения — итогом должно стать более-менее равномерное распределение, чтобы теплый воздух не концентрировался у потолка, а пол не был холодным. Необходимо обратить внимание не только на процесс теплообмена оборудования, но и на теплопотери.
05.09.2017, 10004 просмотра.
