Ошибка! Ошибка связи. Ошибка! Ошибка связи. Если же известна температура мокрого термометра tм, равная температуре испарения влаги со смоченной поверхности

Рис. 4.36 Рис. 4.37

Если же известна температура мокрого термометра tм, равная температуре испарения влаги со смоченной поверхности, то относительная влажность воздуха φв определяется следующим образом. Находят точку 1(рис. 4.37) в пересечении изотермы tм = constс линией φ = 100 %.

Так как теоретический процесс испарения протекает при постоянной энтальпии, то из точки 1по прямой H = const поднимаются до пересечения с изотермой воздуха tв = const. Полученная точка 2и будет отражать состояние влажного воздуха. Кривая φ = const, проходящая через эту точку, является искомой относительной влажностью. Приборы, использующие для нахождения φ температуру мокрого термометра, называются психрометрами.

Основы теплообмена

В промышленности широко используют тепловые процессы в различных установках и аппаратах. К ним относятся котельные установки, отопительные приборы зданий и пассажирских вагонов, промывочно-пропарочные станции, пескосушилки, установки кондиционирования воздуха, рефрижераторные установки, устройства приготовления охлаждающей воды для тепловозных дизелей, а также дистиллята для аккумуляторных батарей и др.

Повышение экономической эффективности отмеченных теплогенерирующих и теплопотребляющих установок связано с вопросами интенсификации теплообмена, улучшения свойств теплопроводящих и теплоизоляционных материалов и теплоносителей, выбора рациональной конструкции теплообменных аппаратов. В основе решения этих вопросов лежит учение о теплообмене.

Под теплообменом понимают перенос тепла от одних частей системы к другим при наличии разности температур между ними. В реальных установках теплообмен является сложным процессом. Например, в топках котлоагрегатов тепловая энергия от горячих газов и факела сначала передается к внешней поверхности труб, затем проходит через стенку трубы и только после этого передается воде, циркулирующей в трубах. По пути теплопереноса от газов к воде имеется несколько участков, на которых протекание процессов осуществляется по различным физическим закономерностям. Обычно рассматриваются три основных способа распространения тепла: теплопроводность, конвекция и из-лучение.

Теплопроводность осуществляется за счет обмена энергии непрерывно движущихся микрочастиц вещества (молекул, атомов, электронов). Частицы более нагретой зоны тела, обладающие большей энергией, передают в контактных взаимодействиях некоторую ее долю частицам с меньшей энергией, таким образом, зона прогрева распространяется внутри тела. При поддержании разности температур на границах тела указанный механизм переноса тепла обеспечивает осуществление непрерывного теплового потока через тело в направлении от большего температурного потенциала к меньшему.

Конвекция происходит в жидкостях и газах за счет перемешивания неравномерно нагретых масс движущейся среды. Чем больше скорость движения, тем интенсивнее конвективный перенос тепла. Как правило, конвекция сопровождается теплопроводностью вследствие контакта частиц с разной температурой. Это явление называется конвективным теплообменом.

Теплообмен излучением представляет собой трехстадийный процесс: испускание лучистой энергии нагретым телом, распространение ее в пространстве в виде электромагнитных колебаний и поглощение ее телами, имеющими меньшую температуру. Обмен лучистой энергией между твердыми телами осуществляется на поверхностях тел, а газы излучают и поглощают энергию всем объемом.

Температурным полем называется совокупность значений температуры t во всех точках тела в данный момент времени:

t = ¦(x, y, z, τ), (5.1)

где x, y, z - пространственные координаты; τ - время.

Уравнение (5.1) описывает трехмерное нестационарное температурное поле, т. е. температура изменяется по всем направлениям и во времени. Это характерно для режимов прогрева или охлаждения тел.

В случае, когда распространение температуры в теле не изменяется во времени, температурное поле называется стационарным:

t = ¦(x, y, z). (5.2)

Если значение температуры изменяется в плоскости, то поле называется двухмерным:

t = ¦(x, y), (5.3)

а если только в одном направлении - одномерным:

t = ¦(x). (5.4)

Изотермическая поверхность - это геометрическое место точек равных температур. Изотермические поверхности не пересекаются между собой, они замыкаются сами на себя или обрываются на границах тела. Изменение температуры в пространстве возможно в направлениях, пересекающих изотермические поверхности. Скорость изменения температуры t по нормали n к изотермической поверхности характеризуется градиентом температуры:

grad t = dt / dn. (5.5)

Градиент температуры есть вектор, направленный по нормали к изотермической поверхности в сторону возрастания температуры.

Количество тепла, передаваемого через изотермическую поверхность площадью F в единицу времени, называется тепловым потоком Q, Дж/с или Вт. Тепловой поток, отнесенный к единице площади поверхности, называется удельным тепловым потоком q = Q / F, Вт/м2.

Теплопроводность

Основной закон теплопроводности, сформулированный французским ученым Ж. Фурье в 1822 г., устанавливает пропорциональность удельного теплового потока температурному градиенту:

q = - l grad t. (5.6)

Знак «минус» показывает противоположную направленность векторов теплового потока и градиента температуры. Множитель l, выступающий в уравнении (5.6) в качестве коэффициента пропорциональности, называется коэффициентом теплопроводности.

Переписав закон Фурье с учетом (5.5) в виде

Ошибка! Ошибка связи. Ошибка! Ошибка связи. Если же известна температура мокрого термометра tм, равная температуре испарения влаги со смоченной поверхности - student2.ru , (5.7)

получаем выражение для установления физического смысла и размерности коэффициента теплопроводности:

Ошибка! Ошибка связи. Ошибка! Ошибка связи. Если же известна температура мокрого термометра tм, равная температуре испарения влаги со смоченной поверхности - student2.ru . (5.8)

Отсюда следует, что коэффициент теплопроводности - это количество тепла, которое передается через 1м2 поверхности в единицу времени при градиенте температуры в 1 K/м и имеет размерность Вт/(м×K).

Величина коэффициента теплопроводности l зависит от природы тел и температуры. Наибольшей теплопроводностью обладают металлы. Так, для стали l составляет примерно 50 Вт/(м×K), для алюминия – около 200. Пористые, волокнистые материалы имеют низкую теплопроводность, поэтому используются в качестве теплоизоляции. Например, пробковая пластина имеет значение l на уровне 0,04 Вт/(м×K), шлаковата – 0,07.

Зависимость l от температуры большинства материалов принимается линейной:

l = l0 (1 + bt), (5.9)

где l0 – коэффициент теплопроводности при 0 °С; b – коэффициент, определяемый опытным путем.

Коэффициент теплопроводности металлов (кроме алюминия) и жидкостей (кроме воды) с ростом температуры убывает, а теплоизоляционных материалов и газов – возрастает.

Наши рекомендации