Види теплообміну та їх характеристика

Теплообмін – самовільний незворотний процес переносу теплоти від більш нагрітих тіл до менш нагрітих.

Теплопередача – теплообмін між двома теплоносіями через тверду стінку, що їх розділяє.

Передача теплоти може здійснюватись теплопровідністю, тепловим випромінюванням та конвекцією.

Теплопровідністю теплота передається в металах і твердих тілах; конвекцією - у рідинах і газах, завдяки тепловому випро­мінюванню теплота передається в безповітряному просторі. Найкраще проводять тепло метали та їх сплави, гірше - рідини і ще гірше - гази. Харчові продукти погані провідники тепла, тобто мають низьку теплопровідність. Тому процес приготу­вання їжі - тривалий процес.

Теплопровідність - це процес поширення теплоти в мате­ріалі, сировині завдяки зіткненню частинок з різною температу­рою; при цьому атоми та молекули більш нагрітої частини тіла при зіткненні з молекулами й атомами менш нагрітої частини тіла передають останнім частику своєї енергії.

Є тіла, які добре проводять тепло і навпаки. Властивість тіла проводити тепло залежить від природи речовини, струк­тури, температури, тиску та інших факторів.

Коли нагрівається днище металевої посуди, швидко нагріваються і її стінки. Посуд і апарати виготовлені з діелектриків, мають значно менший коефіцієнт теплопровідності ніж металеві.

У твердих тілах теплота передається за рахунок пере­міщення вільних електронів (у кристалічній решітці твердих тіл коливаються атоми), у газах і рідинах - за рахунок атомів і молекул.

Розглянемо передачу теплоти теплопровідністю через однорідну та неоднорідні плоскі стінки.

Передача тепла теплопровідністю крізь стінку:

а - одношарову плоску; б - одношарову циліндричну; в - багатошарову плоску.

Конвекція - процес поширення теплоти завдяки переміщенню макрочастинок в об'ємі рідини або газу. Конвекція – теплообмін в рідинах та газах. Це коли нижні прошарки рідини нагріваються, піднімаючись вверх переносять тепло, а менш нагріті прошарки опускаються вниз, тобто відбувається перемішування нагрітих і не нагрітих прошарків. Конвекція поділяється на вільну або природну і примусову. Під час природної конвекції переміщення середовища зумовлене меншою густиною більш нагрітих об’ємів та їх підняттям у полі сил тяжіння за законом Архімеда. Якщо переміщення викликається штучно вентилятором, насосом, мішалкою, то така конвекція називається вимушеною. При цьому розповсюдження теплоти, тобто прогрівання всієї маси рідини (газу), відбувається значно швидше ніж під час вільної конвекції. Поряд зі змушеним рухом водночас може розвиватися і вільний.

Конвективний перехід теплоти від рідких і газових теплоносіїв до твердих тіл спостерігається під час варіння харчових продуктів у водному або паровому середовищі, хлібовипіканні, сушінні та інших процесах.

Перенос тепла конвекцією має місце між поверхнею твердого тіла і навколишнім середовищем. Такий випадок поширення тепла зветься також тепловіддачею стиканням, або просто тепловіддачею.

Передача теплоти випромінюванням пов'язана зі складним перетворенням енергії. Теплова енергія більш нагрітої поверхні перетворюється на променеву, яка переноситься через простір, і, потрапивши на холодну поверхню, перетворюється на теплову.

Променевий теплообмін - це процес поширення тепла у вигляді електромагнітних хвиль. Частина теплової енергії тіла перетворюється у променеву і у вигляді електромагнітних хвиль поширюється у простір зі швидкістю світла. Кількість енергії, що випромінюється, визначається температурою тіла, станом його поверхні, властивостями тіла. Стикаючись на своєму шляху з твердими, рідкими чи газоподібними матеріалами, теплові промені частково поглинаються, частково відбиваються і в деяких випадках частково проходять крізь ці тіла. Промені, що поглинулись матеріалом, перетворюються у внутрішню енергію поглинаючого тіла, тобто витрачається на підвищення температури тіла. Такі передачі тепла проводяться, наприклад, лампами інфрачервоного випромінювання або виготовлення шашлика на мангалі.

Довжини хвиль теплового випромінювання лежать у невидимій (інфрачервоній) частині спектра в межах 0,8...800 мкм. Всі тіла здатні випромінювати теплову енергію.