Тепловые процессы

Тепловыми называются процессы, скорость протекания которых определяется скоростью подвода или отвода теплоты. Тепловая энергия передаётся от тел, имеющих более высокую температуру, к телам с более низкой температурой.

Геометрическое место точек, имеющих одинаковую температуру, образует изотермическую поверхность Рассмотрим две изотермические поверхности, имеющие температуры t и t + Δt, расположенные на расстоянии ΔХ друг от друга.

t t + Δt

ΔX

Тогда отношение разности температур Δt к расстоянию между изотермами по нормали ΔХ называется гидравлическим градиентом:

где - градиент температур, показывающий, как быстро изменяется температура на данном отрезке.

- 5/2 - Вяжущие в-ва

Тепловая энергия распространяется всегда только в сторону области с меньшей температурой. Количество переносимой теплоты за единицу времени называется тепловым потоком. Различают три способа передачи теплоты: теплопроводностью, конвекцией и тепловым излучением.

Теплопроводностью называется процесс распространения теплоты путём непосредственного соприкосновения между частицами тела. Распространение теплоты теплопроводностью определяют по формуле:

q_T = - λ·Δt,

где q_T – плотность теплового потока;

λ – коэффициент теплопроводности, равный количеству теплоты, которое проходит в единицу времени через единицу поверхности при разности температур в 1º на единицу длины, Вт/(м·К).

Коэффициент теплопроводности зависит от структуры и плотности тела, температуры и давления. Высокие значения λ имеют металлы, низкие – воздух, теплоизоляционный кирпич, минеральная вата.

Конвекцией называют процесс распространения теплоты путём перемещения частиц, а плотность теплового потока, передаваемого конвекцией, определяется по формуле:

q_K = α·Δt

где α – коэффициент теплоотдачи, показывающий, какое количество теплоты отдаётся единицей поверхности в окружающую среду в единицу времени при разности между изотермическими поверхностями в 1º, Вт/(м²·К).

На величину α влияют физически свойства жидкости и газа (плотность, вязкость и другие), скорость движения жидкости или газа, характер движения (ламинарное или турбулентное), форма и шероховатость поверхности и так далее.

Лучистым теплообменом называется процесс распространения теплоты в виде электромагнитных волн. Часть её превращается в лучистую энергию, в виде электромагнитных колебаний распространяется в пространстве со скоростью света. Эти лучи, поглощённые снова телом, превращаются в тепловую энергию.

Как правило, в передаче теплоты участвуют одновременно все три способа передачи, которые получили название сложного теплообмена. При теплообработке материалов обычно рассматриваются два случая теплообмена:

- теплообмен между окружающей средой и нагреванием (охлаждением) материала – внешний теплообмен;

- теплообмен между внутренними слоями материала и его поверхностью – внутренний теплообмен.

- 5/3 - Вяжущие в-ва

Основные параметры, при которых происходит термообработка материала, называются тепловым режимом. Тепловой режим определяют: температура, время её воздействия, давление, состав и скорость перемещения газов. Работу тепловых агрегатов (печей, сушил) обычно оценивают по следующим параметрам:

- удельный расход тепла на единицу готовой продукции;

- удельный расход условного топлива;

- коэффициент полезного действия;

- удельный съём с 1 м² тепловой поверхности;

- удельный съём с 1 ³ рабочего объёма.